复杂地质条件下地铁深基坑动态监测数据分析

白茂业

(中铁上海工程局华海工程有限公司，上海200436)

随着近年来城市轨道的飞速发展，目前在建的轨道工程很多，尤其是在长三角的发达城市更是处于建设的高潮期。然而长三角地区临近海岸，地质环境较为复杂，一般以淤泥粘土和粉砂夹粉质黏土为主，而且常常会有承压水的出现。对于这种复杂地质条件下的基坑开挖，具有技术难度高、工程周期长、隐蔽性、造价高、外界环境影响大等特点，无论对于设计还是施工都是一个艰难的挑战，所以采取设计、施工、监测的动态反馈是一个很好的解决方式。目前，对于深基坑变形的现场监测已经成为确保地铁深基坑施工工程安全可靠的必要和有效手段［1－4］。本文以宁波轨道交通2号线8标的区间深基坑工程为例，对深基坑围护结构的内力及变形规律进行了现场监测研究。

1 工程概况

宁波轨道交通2号线为西南—东北方向的基本骨干线，线路全长28.350 km。全线共设置车站22座，其中地下车站18座，高架车站4座。其中2号线8标汽车市场～甬江北站区间是宁波市轨道交通2号线一期工程的一个地下两层明挖区间，区间地下二层设有双列位停车线，地下一层为物业开发层。区间采用明挖顺作法施工，围护结构型式为0.8 m厚地下连续墙。区间总长337.132 m，宽17.8～19.3 m，明挖基坑开挖深度16.2～17.2 m，区间布置如图1所示。区间基坑开挖范围内地质为:①1填土、①2黏土、①3淤泥质黏土、②1黏土、②2b层淤泥质黏土、②3层淤泥质粉质黏土、②4层淤泥质黏土、③1层粉土，粉砂夹粉质黏土、③2层粉质黏土、④2层黏土、⑤1层黏土、⑤2层粉质黏土、⑤3层粉土、⑥2层粉质黏土、⑥2a层粉土、⑦1层粉质黏土和⑧1层粉砂、粉土等。地下水主要为第四系松散浅层孔隙潜水类型和深部松散岩类孔隙承压水。区间典型地质如图2所示。

2 基坑围护方案

图1 地铁区间布置

图2 区间地质断面

车站围护结构采用800 mm厚地下连续墙，标准段基坑深约16.2 m，底板大部分位于③1粉土，粉砂夹粉质黏土层，局部位于③1b粉质黏土层，墙趾位于⑤1层黏土中，入土比为0.86，基坑沿竖向共设置五道支撑，其中第一道为800 mm×1 000 mm钢筋混凝土支撑，其余均为钢支撑，其中第二、第三道钢支撑直径为609 mm(t=16 mm)，第四、五道钢支撑直径为800 mm(t=16 mm)。端头井基坑深约17.8 m，底板位于③1粉土，粉砂夹粉质黏土层，局部位于③1b粉质黏土层，墙趾位于⑤1层黏土中，入土比为0.87，基坑沿竖向共设置六道支撑，其中第一道为800 mm×1 000 mm钢筋混凝土支撑，其余均为钢支撑，其中第二～五道钢支撑直径为609 mm(t=16 mm)(第五道双拼)，第六道钢支撑直径为800 mm(t=16 mm)钢支撑。

3 基坑监测布置方案

基坑监测的目的是为了及时掌握开挖过程中围护结构的位移变形情况，以及钢支撑的轴力变化情况，以便与设计相比较，通过这种信息反馈，科学合理的安排施工工序。宁波2号线8标地铁区间基坑开挖过程中监测内容有:基坑外地表沉降、基坑外水位观测、建筑物沉降、钢支撑轴力和地下连续墙墙顶变形。主要监测器材有:全站仪、水准仪、测斜仪、钢卷尺、反力计和应变仪。监测点平面布置图如图3所示。

图3 区间部分监测点平面布置

3.1 基坑外地表沉降监测

由于基坑的开挖，使得基坑外侧土体由于应力场的改变而产生沉降，影响显著区域一般在3倍基坑开挖深度范围内。在垂直于基坑地下连续墙边线外共布设剖面沉降监测点，每一个开挖段布设一组测量断面。每一测量断面在垂直基坑方向2倍挖深范围内布设5个沉降测点。每隔50 m左右布设一个断面，与墙体测斜孔相对应，每断面点与点之间的间距为5 m间隔，由5点组成一个断面。

3.2 基坑外水位观测

地下水位观测孔沿基坑周边布设，每40～50 m间布设一孔，保证每侧至少布设1孔。深度为基坑开挖深度以下1 m。

3.3 建筑物监测点

基坑工程施工会引起周围建筑物产生沉降，较大的沉降或不均匀沉降都会危及周围建筑物的安全，为全面了解施工引起的对周围建筑物的影响情况，并能根据监测信息实时的调整施工参数，以确保周围建(构)筑物的安全，在施工期间内对建筑物的沉降进行观测。

3.4 地下连续墙墙顶变形

监测地下连续墙顶部变形监测点对应地下连续墙垂直、水平位移监测孔布置。

3.5 支撑轴力监测

支撑轴力监测是在基坑开挖及主体结构施工过程中，对支撑轴力的大小和变化情况进行观测，结合围护结构的位移情况对支撑结构的安全和稳定性做出评价。支撑轴力每24 m至少确保有一组墙体变形的监测点，每两个开挖段有一组支撑轴力监测点。在混凝土支撑上各布设钢筋应力计断面，每个断面在支撑四边中心的主筋上对称安装4个钢筋应变计，在钢支撑上安装反力计。

4 监测成果及分析

监测的成果如图4～8所示。

从图4、图5可以看出，基坑周围各个测点的地表累积沉降位移值以及地下连续墙墙顶累积沉降位移值均随着时间的推移逐渐增大，各个测点的累积沉降曲线基本相同，变形速率较为均匀。地表沉降位移平均速率与地下连续墙墙顶沉降位移平均速率均在一个数量级内，两种沉降位移值均随着基坑的开挖深度增大而增大。在相同时间内，距离基坑近的地表沉降大于距离基坑远的地表沉降。所以在施工过程中应时刻注意基坑附近的地表变形情况，同时较少堆载及重载机械的逗留、行驶，尽量保证一个安全距离。两种曲线均出现沉降反弹现象，这与基坑的开挖息息相关。当基坑开挖进行时，沉降速率增大，当支撑架设完毕后一段时间内沉降则逐渐反弹，所以应该根据沉降的变形曲线合理安排开挖的时间及开挖断面。

从图6可以看出，建筑累积的沉降变化波动在5 mm之间，各测点呈现波动的变化，变形的交替变化与水位及基坑开挖具有相关性。当水位回升及基坑停止开挖及时支持后，沉降出现回弹现象。但是建筑的累积沉降总体是有沉降的趋势，不过沉降较小，在控制范围之内，反映基坑开挖的工序较为合理。

图4 地表累积沉降时间曲线(“+”为上升，“－”为下降)

图5 地下连续墙墙顶累积沉降时间曲线(“+”为上升，“－”为下降)

图6 建筑累积沉降时间曲线(“+”为上升，“－”为下降)

图7 水位变化值(“+”为上升，“－”为下降)

图8 钢支撑轴力增量时间曲线(“+”为压力，“－”为拉力)

从图7可以看出，基坑外水位变化在2 m内，同时从图6的建筑沉降回弹现象也可以得知，基坑外地下水位变化较小。其中在3月2号至7号一直出现大暴雨，导致水位出现上涨。

从图8可以看出，所有钢支撑均受压，未出现拉力。基坑开挖采取分层、分段、放坡的开挖方式，从2月份到3月底，基坑一直在第一、第二层开挖，基坑的深度相对有限，未出现拉力、松脱现象。此时，钢支撑轴力的增量随着开挖深度的增大及时间的延续逐渐增大。

5 结论与建议

地铁基坑工程的监测对基坑工程的设计与施工非常重要，也是实现信息化施工所必须具备的。根据监测数据的分析结果能够很好地把握基坑支护结构的变形规律以及受力特点，为安全生产提供更有效的保证。

(1)地表沉降、墙体位移的持续发展，说明基坑暴露时间不宜过长，否则对稳定不利。

(2)基坑的开挖要考虑“时空效应”的影响，应做到随挖随撑，尽量避免超挖及尽量减少无支撑的暴露时间。

(3)基坑开挖时应注意天气的变化，当出现特大暴雨时，应勤测水位及加强监测密度，同时应注意土体坡度，避免对降水井造成破坏。施工过程中注意对监测点的保护，阴雨天应加强现场巡视，发现隐患及时处理，确保基坑及周边环境的安全。

(4)基坑的开挖、水位、建筑沉降、地表沉降和钢支撑轴力这五者之间具有相关性，随着基坑开挖深度的增大，应加强这一相关性之间内部规律的分析。

［1］陈忠汉，黄书秩，程丽萍.深基坑工程［M］.北京:机械工业出版社，2003

［2］夏才初，李永盛.地下工程测试理论与监测技术［M］.上海:同济大学出版社，1999

［3］JGJ 120—99建筑基坑支护工程技术规程［S］

［4］JGJ/8—97建筑变形测量规程［S］