天津某地铁基坑支护结构及地表变形的探讨

李 忠 伟

(天津市市政工程设计研究院测绘分院，天津 300000)

天津某地铁基坑支护结构及地表变形的探讨

李 忠 伟

(天津市市政工程设计研究院测绘分院，天津 300000)

结合具体工程实例，通过对基坑监测数据进行分析，从监测项目方面进行了论述，提出了基坑数据变化的分析方法，通过对数据的分析研究，达到了开挖过程变化最小的效果，解决了开挖过程中变形过大的问题。

地铁，深基坑，变形规律，现场监测

1 深基坑变形规律研究现状

随着社会的快速发展，经济的快速发展，环境污染成为当下人们最关心的问题之一，国家为了节能减排，大力提倡乘坐公共交通工具，主要城市都大力发展轨道交通，这些工程大多都位于城市密集的繁华区，而这些基坑越挖越深，越来越靠近大型的建筑，桥梁，河流等等，加上城市地下管线密布，特别是带有压力的管线，加大了基坑支护的难度，工程事故时时涌现，究其原因主要是受力特征、地质水文条件的复杂性和不确定性，土力学计算模型的计算假定与实际情况的出入等。所以研究深基坑变形规律对分析评价基坑稳定性和变形特征具有重要价值。目前，随着数值计算方法的进步、计算机性能的迅速提高，FLAC3D和有限元建模在支护结构分析中得到了应用，对于基坑稳定性研究，毕肖普法、简布的普遍条分法和塑性极限分析等给其研究奠定了充分的理论基础。深基坑研究与支护是一门与许多因素相关的技术，有许多理论与实际问题都有待进行一步解决和完善。

2 深基坑开挖过程中的变形原理和影响变形的因素

1)深基坑开挖过程中的变形原理。

深基坑在开挖过程中会产生基坑自身的变形和基坑周围环境的变形，主要包括地连墙的墙体(测斜)位移、基坑的基底回弹，周围地表沉降、地连墙的墙顶竖向位移和水平位移等等，实际上基坑开挖的过程就是基坑土体的卸载过程，同时伴随着基坑的降水过程，在基坑内外降水的过程中土体的硬度会变小、土体颗粒间的缝隙会变大导致周围地表的下沉，在土体卸载的过程中，当基坑内外的土体压力不相等的情况下，地连墙会向基坑内侧偏移，与此同时会导致地连墙的上浮和地连墙竖向位移的上升以及地连墙水平位移向基坑内的偏移，同时与基坑的支护形式和结构有关。

2)深基坑开挖过程中变形的主要影响因素及控制措施。

从上述的深基坑变形机理中可知，影响深基坑变形有多个因素：a.支护形式与结构。根据具体的地质、水文、环境条件，采取相应的支护形式与结构以达到更好的支护效果。b.地下水控制。地下水是影响基坑变形的主要因素之一，因此，要严格按照设计要求和地质勘探的结论采取合理的降水措施，同时确保每一幅地连墙的接缝完好，防止漏水。总之，应根据具体的施工环境制定合理、可行、有效的地下水控制措施以控制基坑变形。

3 天津地铁6号线金钟街站主体结构开挖过程中的围护结构变形研究

3.1 监测方案设计

1)监测目的。

地铁基坑往往设计在人口密集的居住区、繁华的商业区，而且随着技术发展的日新月异，深基坑离高层建筑、地面构筑物、建筑物、道路桥梁、河流、地下管线设施越来越近，因此工程风险在逐渐的加大，不容许有半点马虎，稍有大意就会对基坑自身的安全造成危害，会对基坑周围的建筑物、构筑物、道路桥梁、地下各种管线设施造成破坏，后果是非常严重的，所以采取有效的监测是十分重要的。按照国家相关部门及规范技术文件的要求，需要对基坑工程实施安全监测。

2)监测的内容。

监测内容见表1。

表1 监测内容

3.2 基坑监测数据的分析

1)墙体深层水平位移变化规律见图1～图3。

根据图1～图3分析可知，地连墙的墙体水平位移始终向基坑内偏移，但是由于地连墙的自身的稳定性以及墙体外围的大量注浆和钢支撑的及时支撑的作用下，对墙体的水平位移向基坑内的偏移起到了很好的限制效果，在基坑开挖的整个过程中，地连墙的最大偏移量与基坑的开挖深度和时间有着很大的关系，在开挖到一定的深度没有及时支钢支撑的时候地连墙向基坑内的偏移速率比较大，随着基坑的开挖逐渐加大和钢支撑的及时支撑地连墙的变形曲线图逐渐呈弓字形变化，其最大的变形量逐渐向下位移，地连墙中部的深层水平位移发展最快，变形量最大，当基坑开挖到底的时候，基坑底部的地连墙的变化率也是非常小的，此基坑由于基坑顶部采用混凝土支撑框架结构，该框架结构与地连墙紧紧相连，所以地连墙的顶端水平位移量也是很小的。由墙顶水平位移的变化曲线图可以看出，墙顶水平位移变化非常的小而且数据比较稳定，由墙体水平位移变化曲线图可以看出，墙体的最大变形处不在地连墙的顶部也不在地连墙的底部，而是大约在地连墙的1/2处，同时由图可以看出每隔0.5 m处的墙体变形量。

由于墙体位移的测量使用电子传感器元件，测量的时候受外界的影响比较小，在理论上，它与地连墙顶的水平位移的测量值是一致的，所以能有效的与全站仪所测的墙顶位移进行相互的校核。

由钢支撑累计变化曲线图可知，在开挖的初期，钢支撑受力较小，随着基坑的开挖加深，当开挖到基坑深度的1/2处时，墙体的变形最大，钢支撑的受力最大。

2)周边地表沉降和墙顶竖向位移变化规律见图4,图5。

由图4，图5分析可知，基坑周边地面沉降在基坑开挖之前变化不大，趋于稳定，随着基坑的开挖，土压力的卸载，导致基坑内外土体失去平衡是地面下沉的原因之一，其次是坑内在降水，也是导致地面下沉的原因，到基坑开挖结束，底板浇筑28 d以后，地面最大的累计沉降量为-25.27 mm；地连墙墙体竖向位移在基坑没有开挖之前的变化量很小，随着基坑的降水和土体压力的卸载，地连墙逐渐在上浮，最大上升量达到18.31 mm。

4 监测结论

1)在基坑开挖之前地面沉降比较稳定，随着基坑开挖的加快和基坑内外的降水，基坑内外土体压力的不平衡以及工程机械的碾压等外界影响，地面沉降累计变化的速率比较大，在基坑开挖后期，地面沉降累计变化的速率逐渐趋于稳定。影响深基坑支护结构的变形速率因素有很多，主要有工程地质条件和水文地质条件、基坑的大小、基坑围护结构的类型、周边环境的影响、支护结构的形式、施工技术工艺等等，在施工期间应根据设计要求及工程技术规范严格执行，采用形象直观，图文并茂的现场监测，及时和相关部门了解和反馈监测变量信息。

2)桩身水平位移在一定程度上受到基坑两侧钢支撑的限制作用。所以在大型基坑开挖时，一定要制定严密的施工方案，挖土要配合支撑施工，尽量减少时间效应，在保证工程桩、内支撑和降水设备的前提下加快施工速度。在土方开挖时务必遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。最后得到在混凝土支撑和钢支撑的作用下，本基坑地连墙的最大变形处不在基坑的顶端也不在基坑的底端，而是大约在基坑总深度的1/2处。

3)随着基坑开挖深度的增加和钢支撑的增加，围护桩的水平位移和钢支撑的轴力也随之增大，地连墙深层水平位移以及钢支撑的内力都比较稳定，证明钢支撑能够有效地对地连墙的倾斜起到支撑作用。

4)对基坑变形进行同步监测是基坑支护实现信息化施工的关键，也是基坑支护工程中不可忽视的一个重要环节。本文就监测取得的数据经整理后制成日报表和周报表，对各监测项目的结果进行汇总，绘制变化曲线图并结合工况对各监测项目的变化情况进行描述，以便及时采取相应的措施，确保施工和周围环境的安全。

[1] 赵志晋,赵 帆.深基坑工程技术的进步与管理[J].建筑技术,2003,34(2)：93-97.

[2] 占丰林,周玉莹.基坑工程的研究动态与发展趋势[J].山西建筑，2005,31(11)：4-9.

[3] 任建喜,高立新,刘 杰,等.深基坑变形规律现场监测[J].西安科技大学学报,2008,28(3)：445-449.

[4] 刘招伟,赵运臣.城市地下工程施工监测与信息反馈技术[M].北京:科学出版社,2006.

[5] 刘宗仁,刘雪雁.基坑工程[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.

[6] 中铁隧道勘测设计院有限公司.天津地铁6号线金钟街站施工方案[Z].2014.

Inquiry on the subway foundation support structure and surface deformation in Tianjin

Li Zhongwei

(TianjinMunicipalEngineeringDesignInstituteMappingBranchInstitute,Tianjin300000,China)

Combining with specific engineering examples, through analyzing the foundation monitoring data, the paper makes a discussion from the aspect of monitoring project, puts forward foundation data alteration analysis methods, and analyzes and studies data. As a results, it achieves maximum excavation alteration effect, and solves extra excavation alteration problem.

subway, deep foundation, deformation law, field monitoring

1009-6825(2015)02-0194-02

2014-11-05

李忠伟(1984- )，男，助理工程师

TU463

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