天津站改扩建工程地下进站大厅深基坑监测分析

□文/刘永超 张 刚

□张 刚/北京铁路局建设处。

天津站改扩建工程地下进站大厅深基坑监测分析

□文/刘永超 张 刚

文章结合天津站改扩建工程地下进站大厅及东西旅客地道深基坑工程实例，对深基坑开挖过程中的围护结构顶部水平位移、围护结构倾斜变形、围护结构内力以及影响区域的相关沉降进行测试，通过对开挖过程及开挖一定阶段内相关测试资料的分析，研究了深基坑的变形性状。

深基坑；位移；内力；施工监测

工程概况

天津站改扩建工程进站大厅基坑长187m，宽55.6 m，基坑开挖面积约为10472m2，周边长度485.2m，开挖深度为12m。基坑北侧为天津站地下换乘枢纽新建主站房，东西两侧分别为东西旅客地道，旅客地道基坑长247m，宽20m，开挖深度为13.19m，南侧紧邻金山铁路的2条临时正线和天津站既有主站房。施工场地狭窄且紧临铁路运营线，基坑支护难度和安全隐患较多，该地下工程为天津站枢纽改造的关键环节，关系东北大通道的运输安全。基坑支护深度范围内的工程地质情况及场地土相关的物理力学指标见表1。

表1 场地土的物理力学性质指标

基坑支护方案

根据基坑周边的不同安全要求，将南侧临时正线一侧列为一级基坑，其他三侧列为二级基坑。基坑支护采用钻孔灌注桩桩排连续墙结构，开挖深度为12m的区段支护桩长为20.79m，根据基坑深度桩长相应调整，基坑南侧因铁路临时正线有动荷载，采用钻孔灌注桩直径为1200mm，桩间距为1400mm，其他各侧钻孔灌注桩直径为1000mm，桩间距为1200mm，灌注桩外侧采用直径为550mm的双排搅拌桩作为止水帷幕，止水帷幕桩长为21.0m，基坑支护剖面见图1。

图1 基坑支护剖面

基坑监测方案

监测内容

位移和沉降监测以及相关测试的布置见图2。

图2 基坑监测点布置

（1）邻近建筑物沉降和倾斜监测。主要测试南侧既有主站房的变形，设置18个沉降观测点，编号为NJ1～18。

（2）围护结构顶部水平位移和沉降监测。围护结构顶部水平位移是深基坑监测工作中最重要的一个监测内容，地下进站大厅设置20个监测点，编号为JS1～20，西旅客地道设置17个监测点，编号为X-JS1～17，东旅客地道设置17个监测点，编号为D-JS1～17。

（3）围护结构倾斜监测。采用高精度测斜仪进行监测，在关键地方钻孔布设测斜管。地下进站大厅有2个监测点，编号为CX1和CX2，西旅客地道设置3个监测点，编号为X-CX1～3，东旅客地道设置8个监测点，编号为D-CX1～8。

监测项目报警值

在基坑开挖施工监测中，根据对施工和周边环境可能造成安全性威胁程度，需设置报警值，本工程报警值为垂直沉降量≥20mm，沉降变形速率连续3d＞2.0 mm/d；水平位移量≥30mm，水平位移变形速率连续3 d＞2.0mm/d。

基坑全过程监测及结果分析

临时正线的水平测试

在基坑开挖过程中，临时正线的安全和正常使用是该基坑的关键环节，对临时正线进行了水平位移的精密测试，水平位移观测结果见图3。

图3 临时正线水平位移测试结果

铁路临时正线在基坑开挖期间水平位移最大值为18.0mm，测试点位为R9，出现的时间当日工况为基坑开挖至设计标高，开始基础施工，当天位移方向指向基坑内侧即北侧。当天的水平位移测试结果见表2，综合分析表明临时正线的水平位移的不均匀性较小，未影响线路的正常运行。

表2 临时正线水平位移测试结果 m

临时正线的沉降测试

临时正线的竖向沉降观测结果见图4。

图4 临时正线沉降监测结果

在基坑开挖过程中临时正线略有沉降，沉降量较小，最大的沉降量测试点位为R18，最大沉降量16.8 mm，出现最大变形的当天水平位移对比见表3。

当时的施工工况为基坑开挖至设计标高，开始基础施工，沉降变化比较平缓且不均匀沉降较小，保证了运营列车的正常运营。

从图3和图4可以看出，临近基坑的临时正线测试点的变形极值出现在离基坑周边较远的R9号和R18号点，其中R9号点水平位移最大，R18号点沉降变形最大，两个测试点的位置离基坑边线均较远，造成这个结果的原因为该处位置是该项目的建筑材料和土方开挖等物流运输主通道，证明大吨位高密度的汽车运输对线路的影响大于基坑开挖的影响，临时正线未出现因临近基坑开挖而影响运营的变形，表明该基坑的变形控制满足铁路临时正线的正常运营运输要求。

地表沉降

地表沉降测试见图5。

图5 地表沉降测试

图5显示的结果表明地表的沉降与相临既有临时正线的观测结果基本接近，3个地表沉降观测点D1、D2和D3的沉降平均值为6.7mm，而临时正线的相邻沉降测试点R2、R3和R4的沉降平均值为7.8mm，二者差别较小，表明临时正线因运输动载的影响沉降比地表沉降略大，但是该沉降未对铁路的正常运营造成影响。

基坑支护桩测斜管测试结果

采用滑移式测斜仪对基坑支护桩的深部进行倾斜度测试设置在围护结构中的测斜点测斜管埋置深度一般为2倍基坑开挖深度，图6为东侧测斜管cx-2测试点的实测结果。

图6 测斜管cx-2深度-位移曲线

图6表明支护桩的水平位移变化随着深度的变化而不同，位移最大点的深度在地表下5～6m之间，最大位移为6.1mm。

既有站房沉降测试

施工基坑的既有站房的沉降监测点设于既有主站房外墙侧，监测点数量为18个，测试结果见图7。

图7 既有站房沉降测试

图7表明既有南站房在基坑施工过程中沉降量较小，最大的沉降量为8号测试点，沉降值为6.45mm，在测试期间，既有站房的沉降均未超过警戒值且不均匀沉降未超过规范规定的差异沉降量。

基坑支护桩桩顶垂直位移

图8为地下进站厅基坑支护桩桩顶沉降量与时间关系。

图8 基坑支护桩桩顶沉降量与时间关系

图8表明，开挖初期沉降速率大，总沉降量随着时间的推移逐渐增大，到后期变化基本趋于稳定。

基坑支护桩桩顶水平位移

图9为地下进站厅支护桩桩顶水平位移量与时间关系。

图9 支护桩桩顶水平位移量与时间关系

图9表明，在施工初始阶段，靠近既有站房附近的观测孔，如JS20坑外水平位移小；而靠近新建主站房的观测孔，如JS11、JS14反映出其坑外水平位移大。随着施工的进行逐渐转变为向坑内位移，在施工刚开始，新建主站房同时施工，受土体挠动影响地基土结构性遭到一定破坏，强度降低形成坑外位移。

结语

通过对天津站改扩建工程地下进站大厅深基坑监测分析，工程南侧紧邻临时正线的最大沉降量为16.8 mm，临时正线的最大水平位移为18.0mm，基坑支护结构有效保证了临时正线的正常运营；证明采用的支护方法是安全可行的。

TU473.2

C

1008-3197（2010）04-70-04

2010-05-05

刘永超/男，1970出生，高级工程师，天津建城基础公司总工程师，天津大学土木系在读博士，从事岩土工程设计与施工技术研究与管理工作。

□张 刚/北京铁路局建设处。