宁波地铁车站深基坑地下连续墙变形特征研究

胡增辉，竺曙东

（宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315000）

地铁车站深基坑工程作为城市轨道交通工程的主要内容，其安全成为重点关注的对象。宁波地区软土既有强度低、压缩性高等一般软土的共性，又有天然含水量高、土体几乎完全饱和、流变特性显著等特有的个性。处于该类软土地区的深基坑工程，其变形大小和变化规律不仅关系到基坑本体的安全，更对基坑边建（构）筑物、管线等周边环境有着重大影响。因此，本文对宁波软土地区的地铁车站深基坑变形特性进行研究。

1 工程概况

本车站为地下二层岛式车站，车站全长 175 m，标准段宽度 17.3 m，端头井宽度 21.2 m，标准段基坑开挖深度16.41 m，端头井开挖深度 18.15 m。车站主体结构围护采用 800 mm 厚地下连续墙，标准段地下连续墙墙深32 m，端头井地下连续墙墙深 36.5 m。主体结构基坑底部采用水泥搅拌桩抽条加固，端头井裙边加固，加固范围为基坑底下 3 m，搅拌桩加固体与地下连续墙之间间隙采用高压旋喷桩填充。

车站采用明挖顺筑法施工，标准段沿基坑深度方向设置 5 道支撑，第 1 道采用钢筋混凝土支撑，其余 4 道为钢支撑。端头井沿基坑深度方向设置 5 道支撑，其中第 1 道采用钢筋混凝土支撑，第 4 道采用双拼钢支撑，第 2、3 和 5 道采用单拼钢支撑。施工工况 1（挖深1）～工况 7（挖深 7）分别对应开挖第 1 层土～第 7 层土（图 1）。

图1 基坑围护结构及分步开挖示意图

2 地下连续墙变形特性分析

基坑工程在施工之前，根据周围环境保护要求和基坑自身安全要求，依据规范规程确定基坑的保护等级，施工过程中按照一定的工序和工艺进行。随着工况的转变，基坑的状态发生动态变化，通过对布设于地下连续墙内的测斜管的实际监测数据进行分析，探讨连续墙的变形特性。

2.1 测斜管布设及测量方法

2.1.1 测斜管布设

（1）测斜管应布设在基坑周边中部、阳角处及有代表性的位置，不得设置在支撑位置。

（2）沿区间纵向约 30 m 布设 1 个监测断面，每个监测断面监测点数量不少于 2 孔。

（3）监测点的布设位置与连续墙顶部水平变形和竖向变形监测点处于同一断面。

地下连续墙测斜管具体布设见图 2。

图2 地下连续墙侧斜管布设图

2.1.2 测量方法

（1）观测前用模拟探头检查测斜管导槽通畅情况。

（2）启动测斜仪，将探头导轮插入测斜管的导槽内，缓放至孔底。

（3）探头在孔底停留 15 min 后开始自下而上沿孔深 0.5 m 间距测读一次，记录测量深度与相应读数。

（4）每次测量时，将测斜仪探头轻轻滑入预埋的测斜管底部，自下而上每隔 0.5 m 向上拉线并读数，测定测斜仪与垂直线之间的倾角 θ 变化，计算出不同深度部位的水平变形。

（5）将探头旋转 180°，插入同一对导槽内放到孔底，等待 5 min，按（1）～（4）步骤沿孔深重复测量一次。

（6）测斜要定测量基准值时，连续平行测量 2 次以上，并对比 2 次以上的测量值是否接近，若接近则取平均值作为测量基准值。

测量原理如图 3 所示。

图3 测斜装置测量原理示意图

2.2 不同挖深工况下连续墙水平变形

2.2.1 墙体水平变形随挖深变化

图4 给出了车站深基坑标准段地下连续墙在不同工况下，墙体水平变形速率较大的 6 处测点 CX04、CX14、CX05、CX13、CX07、CX11 的测斜管监测结果。图 5 给出了该 6 处测点水平累计变形随开挖深度增加的变化曲线。CX04 与 CX14、CX05 与 CX13 以及 CX07 与 CX11 分别在同一断面上。

图4 连续墙水平变形速率随挖深的变化曲线

图5 连续墙水平累积变形随挖深的变化曲线

由图 4、图 5 可知，连续墙墙体水平变形速率随挖深增加变化较为稳定，除 CX14 测点在开挖第 5 层土时水平变形速率较大外，其余测点水平变形速率大多控制在 3 mm/天以内，且各测孔的最大水平变形均控制在 40 mm 以内，不超过 2.5‰ h（h 为基坑开挖深度），满足车站基坑变形控制要求。

表1 给出了 6 处测点在不同挖深工况下对应的连续墙墙体水平累计变形占总变形的比重情况。由表 1 可知，开挖第 4 层土时的水平累计变形占总变形的比例最大，应重点控制开挖第 4 层土时的墙体水平变形。开挖第 6 和第 7 层土时的水平累积变形均较小，说明基坑在开挖到底层后，由于基坑底部土层开挖且基底浇筑垫层，水平变形得到控制。

表1 不同挖深工况下连续墙水平累计变形占比 %

2.2.2 墙体水平累计变形随挖深变化

图6 给出了连续墙标准段 CX04、CX07 和 CX13 等3 个测点的连续墙水平累计变形随挖深的变化曲线。

由图 6 可知，首道支撑采取混凝土支撑可以有效控制连续墙顶水平变形，在整个基坑开挖过程中可近似认为墙顶位置固定；架设首道支撑后，随着开挖深度的加深，墙体水平累计变形曲线特征表现为墙顶和墙底两端变形小并趋于收敛，中间变形大，最大水平变形发生位置随开挖深度的增大而逐渐向下移动，最终在开挖到基坑底面时，深度为 15～20 m 左右的墙体水平累计变形达到最大值。

图6 连续墙水平累计变形随挖深的变化曲线

3 施工控制措施

根据本工程施工场区内①3层灰色淤泥质黏土、②2-1 层灰色淤泥和②2-2 层灰色淤泥质黏土均为高灵敏度软弱土层特点，基坑开挖时充分利用“时应效应”理论，采用“化整为零”施工技术，划分开挖单元，并做到“随挖随撑”。

3.1 基坑变形控制原则

（1）基本原则。分段、分层、分单元、分块、对称、平行，留土护壁。

（2）分段原则。根据结构施工段，按施工工期、管线保护、交通组织要求划分开挖阶段。

（3）分层原则。根据竖向支撑道数分层开挖，每层挖深至同层支撑中心下约 30 cm。

（4）放坡原则。每层按 1 ∶ 2.5 放坡，纵向总坡比控制在1 ∶ 3。

（5）开挖单元。按基坑纵向每开挖 1 个单元架设2 道支撑的原则划分开挖单元。

（6）分块原则。端头井、加宽段等设置斜撑部位先挖，直撑段后挖。对于直撑段，按先中间后两侧的原则分块。

3.2 无支撑暴露时间控制

施工过程中发现，通过减少每步开挖到支撑完毕的时间，即无支撑暴露时间，可明显控制地下连续墙的水平变形。本工程在开挖过程中对各层土的无支撑暴露时间具体要求如下。

（1）第 2～第 6 层土开挖单元长度约为 6 m，即每次只挖 2 根支撑（斜支撑 3 根）的范围。

（2）第 2、第 3 层土方要求无支撑暴露平均时间控制在 13 h，其中土方开挖 7 h，支撑架设 5～6 h。

（3）第 2、第 5、第 6 层土方要求无支撑暴露平均时间控制在 16 h，其中土方开挖 10 h，支撑架设 5～6 h。

4 结论

（1）该地铁车站深基坑连续墙变形主要发生在工况 5 阶段（开挖第 5 层土），通过在基坑开挖过程中重点控制该阶段的施工质量，使基坑开挖过程中地下连续墙变形速率和累计值控制均达到了规范要求。

（2）随着开挖深度的加深，墙体水平累计变形曲线特征表现为墙顶和墙底两端变形小并趋于收敛，中间变形大，最大水平变形发生位置随开挖深度的增大而逐渐向下移动。

（3）当垫层浇筑完成后，墙体水平变形速率得到控制，但未停止变形，滞后性明显。

（4）基坑开挖时充分利用了“时应效应”理论，采用“化整为零”施工技术划分开挖单元，并做到“随挖随撑”。通过减少每步开挖到支撑完毕的时间，即控制无支撑暴露时间，明显减少了地下连续墙的水平变形。

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