明挖地铁车站周边地表沉降监测及分析

杨军

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都611130）

1 引言

随着地下空间开发工程项目越来越多，深基坑工程呈现增多的趋势，深基坑工程项目的深度和规模也逐渐增大。在明挖地铁车站过程中，基坑开挖会导致周围地表的沉降，影响附近建筑物和地下设施使用的安全性，导致周围建筑物开裂和地下管线的破坏。因此，在实际进行地铁车站明挖施工的过程中，一定要做好对周边地表沉降的监测工作，并对监测数据进行有效处理，实现现场施工的动态调整，保证施工的安全性和可靠性。

2 工程概况

某地铁换乘车站位于十字路口处，车站共有三层，全长为198.3m，标准宽度为25.65m，基坑两侧规划的路宽为60m，车站结构采用的是钢筋混凝土箱梁框架结构，顶板埋深和底板埋深分别为4m 和18m。车站主体结构采用S10 和C40 防水混凝土，变形控制等级为特级，外包采取全封闭防水墙的形式。本站采取明挖施工方法进行施工，围护结构采用的是高压旋喷桩和地连墙结合的方式，围护结构标准段设置三道水平支撑，节点段设置四道支撑。节点段开发深度为23.15m，标准段基坑开挖深度为17.12m，该车站场地内地层从下到上分别为冲积粉质黏土、粉土、细砂、中砂及粗砂等，上更新统风积新黄土及残积古土壤，全新统人工填土。

3 明挖深基坑施工过程中地表沉降监测方案

3.1 基坑周围土体沉降的原因

基坑明挖过程中造成的地表沉降主要包括以下两种因素，首先，开发过程中导致的围护结构墙体变形会造成土体向坑内移动，引起围护结构破坏，造成土层和地表的沉降。其次，基坑降水会导致附近土体空隙水压力的消失，使得土地有效应力明显增加，导致土体被压缩而产生沉降。一般在基坑开挖的过程中需要进行围护结构保护，以避免地表沉降以及基坑工程对周围环境的影响[1]。为了保证基坑明挖工程施工的安全性和可靠性，必须要做好对周围环境的尤其是地表沉降等监测工作，根据监测的数据情况进行分析和讨论，适时调整工程进展和开发的位置，防止过度地面沉降对附近环境产生的影响，避免施工过程导致其他建筑物的破坏[2]。因此，必须要做好地表沉降监测点的位置排布工作，明确地表沉降的相关规律，从而可以采取针对性的措施，防止大规模土体沉降现象的发生，保证施工的安全性。

3.2 地表沉降测点布设

要想做好深基坑施工过程中地表沉降监测，首先要完成地表沉降监测点的排布工作，明确测试点埋设的要求。在硬化地面进行测点布设时，采取开孔机钻孔埋设的方案，在设计位置钻孔进入到卧原状土，将直径大于十六毫米的螺纹钢筋打入钻孔中央直到下卧层，保证地表硬化地面与钢筋的完全脱离，然后用细砂回填进行保护。对于土质地面来说，可以采取预埋水泥桩和浇筑的方法进行监测点的布设，根据实际施工情况和所要求的车站安全等级，对监测点定期进行检查，保证监测的效率和监测的准确性，在必要时对监测点和基点进行加固加密排布，保证最终测试效果。

此外，还需要明确测试点布置的相关要求，根据实际施工理论和沉降测点的相关技术标准，合理布置监测点。一般要求沉降监测点布置在基坑剖面垂直于基坑边的位置处，坡面之间的间距一般不超过20m，测试点按照先密后疏、由内向外的原则进行排布，每个剖面线上面布置有八个测试点，确定测试点与围护结构外边线的间距，提高检测的准确度[3]。

4 监测数据分析

从监测结果来看，地铁车站按照从南到北的方向进行基坑开挖和结构施工的过程中，地表的沉降主要包括初步沉降，急速成长和稳定成长三个阶段，分别对应于不同的施工阶段。在工程施工过程中，随着基坑深度的不断加大，对地表沉降影响的程度也不断增大。离基坑相对较远的位置处地表沉降速率变大，而距离较近的地表沉降速度则变小，从检测结果可以看出沉降的最大值并不是距离基坑最近的位置，一般在距离基坑8m 左右的位置处发生最大沉降。在沉降稳定的阶段，基坑开挖深度与基坑外地表沉降最大值之间的比例为0.06%左右，可见该工程项目围护结构施工优良，沉降程度较低。

本文采取强度折减有限元法，利用相关软件建立起土层参数的有限元模型，对土地沉降变形过程进行分析，取大于三倍积坑宽度的土体范围进行研究。分析各工况图体沉降曲线以及基坑开挖过程中的对周围土体的影响，总结出地表沉降过程有以下几个特点，随着施工的不断深化，基坑周围地表沉降值的数目不断增大，而且沉降值的数值与基坑距离有关，距离不同沉降值也各不相同，基坑附近地表沉降整体变形的性状呈现抛物线的趋势。在开发的过程中，随着工程进度的不断加大，对附近地表环境的影响也越来越大，最大沉降位置出现在距离坑边围护桩的10m 附近处，甚至连距离基坑开挖深度1.5 倍的距离处都受到了影响。计算得到的最大地表沉降数值约为七毫米，满足工程正常施工的要求和地面沉降控制需要，能够保证工程项目稳定安全施工，利用有限元数据分析计算的结果还可以了解基坑附近地表沉降的影响范围和大体的变化趋势，作为基坑变形分析的有效手段可以指导明挖基坑施工工作，尽可能地减少施工过程对附近建筑物和地下管线的影响，保证施工的可靠性[4]。

5 监测结论

通过建立有限元模型对明挖基坑过程中的土体沉降进行分析，可以得到以下结论。首先，在开发的过程中，最大沉降发生在距离基坑坑壁8m 左右的位置处，而且随着开发的进行，地表沉降不断增大。沉降的形状类似于勺子，并沿着坑壁水平方向周围地表沉降，呈现曲线分布形式。在距离开挖基坑一定范围距离之内沉降最大，并随着距离的不断增大影响逐渐减小，最后趋于稳定。随着开挖程度的不断扩大，沉降量也会逐渐增加，而且每个环节形成的沉降分布曲线基本相似，基坑开挖影响范围在30m 左右。

从实际监测结果与有限元计算结果来看，实际监测值和周围地表实际沉降值吻合良好，有限元计算的结果可靠可信，利用软件分析的方法可以有效得到地表沉降的相关数值以及变化趋势，为后续施工调整和施工作业提供参考[5]。数值计算的结果表明，最大沉降位置在距离坑边围护桩6～10m 左右的位置，开发过程会对基坑深度1 倍到1.5 倍范围内的土地沉降产生影响。由此可见，有限元计算结果在很大程度上能够代表实际地铁深基坑导致的沉降问题，在实际施工的过程中可以结合两种方法，保证检测结果的准确性。

6 结语

综上所述，明挖深基坑地铁车站工程必然会对周围地表环境产生一定的影响，导致附近建筑物和地下管线的沉降。结合监测数据和软件进行沉降稳定性分析和沉降趋势变化探讨，可以指导明挖地铁基坑施工工作，保证施工的安全性和可靠性。本文以某地铁车站的实际施工情况作为案例进行分析，指出明挖深基坑施工过程中地表沉降的监测方案，并进行了监测数据分析工作，得出相应的监测结论，希望能为地铁车站周边地表沉降工作提供一定的参考。