地铁某坑中坑车站基坑开挖监测

简焰坤

(广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510060)

0 引 言

随着我国城市化进程不断的加快，城市轨道交通得到迅猛的发展，地铁已成为各大城市的主要交通设施[1-3]。修建地铁车站时容易遇到各种深基坑复杂工程，且大多属于具有较大危险性的工程。然而对于基坑工程的安全性而言，影响因素多种多样，因此必须对基坑工程的变形等进行监测和控制，以保证基坑工程的安全和质量[4-5]。

1 监测方案

某明挖法车站主体全长290.475 m，标准段和扩大段宽度分别为25 m和40 m，底板深度为17.6 m，为地下二层岛式车站。车站北侧为坑中坑型基坑，长90 m，宽30 m，内外坑最宽距离为10 m，最窄距离为3 m；外坑基坑深10 m，内坑基坑深9.1 m。

基坑支护设计方案如下所示：

根据基坑现场条件，采用明挖顺作法进行车站施工，采用军便梁铺盖的方式开挖局部中心里程处，其北侧基坑形式为坑中坑型，采用钻孔灌注桩的方式作为基坑围护结构，并设置三道钢管内支撑于基坑内。

1.1 标准段基坑支护方案

(1)按照1400 mm间距，布置800 mm桩径的钻孔灌注桩于基坑四周，设置1.4m×0.8 m的钢筋混凝土冠梁于桩顶处，并使其兼做抗浮梁，喷射100 mm厚度的混凝土面层和设置A6.5@150×150 mm的钢筋网片于桩间，作为喷锚网支护。

(2)按照间距为7 m和5.5 m的方式设置3道φ609、壁厚16 mm的钢管作为水平钢支撑于基坑内，并按照水平和纵向间距在3～4.5 m的范围内设置斜撑于基坑阴角处。第一道钢支撑按照6 m间距的方式，使两端设置于冠梁上；第二和第三道水平支撑按照3 m间距的方式，使两端设置于钢围檩上。

1.2 坑中坑型基坑支护方案

(1)按照1 400 mm的间距，布置桩径为800 mm的钻孔灌注桩于外坑侧和内坑侧基坑，设置1.4 m×0.8 m的钢筋混凝土冠梁于桩顶，使其兼做抗浮梁，喷射100 mm厚度的混凝土面层和设置A6.5@150×150 mm的钢筋网片于桩间，作为喷锚网支护。

(2)按照6 m的水平间距将一道水平钢支撑布设于基坑外侧，并使其支撑于冠梁；按照3 m的水平间距和5.5 m的竖向间距布置2道钢支撑于基坑内侧；第一道内支撑分别支撑为基坑内侧的冠梁和标准段基坑的钢围檩；第二道支撑设置于钢围檩上。

1.3 基坑监测的内容和项目

(1)桩顶(体)水平位移和桩顶垂直位移分别采用全站仪和水准仪进行监测，监测范围为沿基坑边设3～4主测面，基坑长短边的中线和基坑阳角边，测点间距控制在基坑每边>3个，测试精度控制在1.0 mm以内。

(2)地表沉降采用水准仪进行监测，布置范围为基坑四周距坑边10 m范围内，按照5～10 m的间距布设测点，控制测试精度在1.0 mm以内。

(3)标准段基坑采用钢筋砼支撑，采取预埋式混凝土轴力计；坑中坑型基坑采用钢支撑，采取表面式轴力计，均使用振弦式读数仪进行监测，分别布设在支撑端部或中部，在每个截面位置按照>4点的方式对称布置测点。

上述方案量测时间间隔均相同，见表1。基坑监测点布置如图1所示。

表1 量测频率

图1 基坑监测点布置示意图

2 周围建筑物沉降监测结果分析

在西北角大楼，环保局大楼，以及东北角大楼(既坑中坑周边)选取17个测点布置。在东北角大楼距开挖基坑5 m、9 m以及18 m选取具有各自代表性的测点，描绘出位移监测曲线。如图2所示。并在其余大楼测点中选取部分测点，根据开挖基坑的深度即监测顺序选测点的沉降数值绘制成曲线，由于篇幅限制，本文仅列出部分数据，具体如图3、图4所示。

图2 东北角大楼坑中坑周边沉降位移曲线图

从图2可看出随着基坑的开挖，坑中坑周围的竖向位移不断增加，且在距离基坑9 m处有最大沉降位移9.2 mm。而由于同基坑距离较近，在基坑周边5 m和9 m处所受开挖基坑的影响较大，且具有相近的位移沉降趋势，即前期开挖时出现小幅度隆起，中后期出现沉降，而5 m处的隆起和沉降位移变化量远小于5 m处；在距基坑较远的18 m处，所受开挖基坑的影响较小，沉降位移趋于基本平稳，波动值小于3 mm。

图3 西北角大楼沉降位移曲线图

图4 环保局大楼沉降位移曲线图

从图3、图4可看出，坑中坑周边建筑物伴随着基坑的开挖整体呈现出沉降趋势。由于基坑开挖时土体的扰动，致使原有土体平衡遭到破坏，最为明显的是土体的竖向位移变形，而后期由设置了内支撑，对坑中支撑力有所填补，对坑外的土体压力产生一定的抵抗作用，对基坑支护结构的变形起到了一定的控制作用，使坑中坑周边建筑的位移变形得到一定的有效控制。而由于采取了分段开挖的方式进行施工，使得不同建筑物的位移沉降趋势有所不同。距离基坑较近的西北角大楼多为隆起状态，且由于楼层较低，对周围的扰动较小，整体隆起趋势较小；在环保局大楼处由于距离基坑较远，以及开挖基坑时的支护影响，使该处整体呈现较为平缓的沉降。该建筑物前期施工时均呈现出隆起状态，然而随着基坑的不断开挖，向下沉降的幅度不断增大，导致施工后期呈现出向下沉降的位移出现。建筑有附加应力在地基上，而支护桩外侧的主动土压力会由于附加应力而提高，在该种作用下，靠近建筑的桩体变化会有所增加，进而降低了桩后土压力，距离基坑较远的监测点的位移沉降量小于距基坑较近的监测点。

3 桩顶沉降和桩身位移监测

3.1 桩顶沉降监测结果

在基坑中选择39根C01-CY4支护桩桩进行监测，并取坑中坑基坑中部外坑侧C12和东北角部外坑侧C13，基坑东侧最窄处C14和东南角端部C17进行18次监测，并将所得数据绘制成位移曲线，如图5所示。

图5 桩顶沉降曲线图

从图5可看出，C12桩的横撑具有较大的支撑力度，且纵向基坑处无土压力存在，整体具有较大的位移变化量，且随着基坑的开挖和内支撑的施加整体出现起伏趋势；C13桩由于设置斜撑作为内支撑，且基坑跨度较小，在施工时损失了较大的预应力，桩顶具有较为平缓的沉降，无明显的突变趋势，稳定于0.1 mm处；在C14桩处由于施工为由东至西进行，因此施工并无造成较大的影响，故该处桩顶具有最小的位移量；C17桩处设置有部分斜撑，且坑边堆载具有较大的变化情况，在初期和后期的监测中桩顶具有上升的突变位移，具有较大幅度的隆起变形情况，其余阶段则保持在小幅度位移的稳定状态。

3.2 桩身位移监测结果

监测基坑中的CX01-CX17共17根支护桩，按照间距为0.5 m的方式在每根桩桩顶到桩底设置监测点。其中选取三根较有代表性的桩的5次监测数据作分析，三根支护桩分别为CX07、CX13和CX15。数据分析如图6～图8所示。

图6 CX07桩水平位移示意图

图7 CX13桩水平位移示意图

图8 CX13桩水平位移示意图

从图6～图8可看出，支护桩桩身的水平位移随着基坑的不断开挖而不断增大。在施工时，桩顶处有桩身的最大水平位移出现。当土体在开挖时，由于对原有土体产生一定的扰动，导致在施工前期的桩身水平位移有较大的增加速率；桩身的水平位移在施工后期则趋于稳定。CX13桩由于长达23 m，以及周围环境的多变性，导致桩身变形具有较多的突变点；跟CX13桩相比，CX07和CX15桩的位移变化较为平稳，整体变形较为显著。三根支护桩的水平位移最大值均出现在第五次监测中，其中CX07桩在距地面0.5 m处有最大位移出现，为7.90 mm；CX13桩在距地面2 m处有最大位移出现，为8.20 mm，CX15桩在距地面1 m处有最大位移出现，为10.15 mm。

4 内支撑轴力监测结果分析

选取坑中坑基坑处所设置的内支撑监测ZL11，ZL13位置的三层支撑轴力，其中第一层内支撑为ZL11-01和ZL13-01，第二层内支撑为ZL11-02和ZL13-02，第三层内支撑为ZL11-03和ZL13-03，轴力变化曲线如图9所示。

图9 内支撑轴力曲线图

基坑外侧土压力的累计值随着基坑开挖深度的增加而较大，由于支护桩的位移变形朝向坑内，导致有较大的端部荷载需由内支撑承受，不断增大了三道内支撑的轴力。在施加新内支撑的时候，三层内支撑相互影响，土体对原有内支撑的压力逐渐减小，轴力具有减小的突变趋势，在新内支撑施加完成后趋于平稳。由于基坑具有较大的深度，第一和第二层内支撑具有较为稳定的轴力，且整体的变化较小，曲线较为平缓，在完工前期第三层内支撑的轴力较为平稳，而在完成施工的后期则有明显的增大趋势。ZL13-01处的内支撑由于坑顶处堆载较为长期，且周边建筑物同基坑距离较近，应力较为扩散，致使该处第一层内支撑的轴力同ZL11-01处的内支撑轴力相比较大，而后期由于未能及时清除施工荷载等原因，导致该处的桩后主动土压力进一步增加，为使桩后主动土压力有所平衡导致该处内支撑轴力不断增加。该处具有较为良好的下层土体，变形较小，ZL13-02处和ZL13-01处相比具有较小的轴力，在添加了第三层内支撑后，ZL13-01处的轴力得到缓解。

5 结 论

本文以某地铁车站坑中坑型基坑工程为依托，通过对坑中坑新基坑桩-撑支护结构的变形以及受力进行分析研究，共得到以下结论：

(1)随着基坑的开挖周边建筑物的竖向位移不断增加。基坑开挖对距离较近的建筑物影响较大，在位移前期有小幅度隆起趋势，中后期则呈现出沉降的趋势；基坑的开挖对距离较远的建筑物影响较小，位移基本趋于平缓下沉趋势。

(2)随着基坑的开挖支护桩的水平位移不断增大，桩顶处为最大位移。在设计时需增强支护桩的顶部整体性和强度。

(3)坑中坑型基坑三层内支撑相互作用，且轴力逐渐增大。第一和第二道内支撑的变化较小，整天较为稳定；在施工前期第三道内支撑较为稳定，而后期呈现出增大的趋势，因此需对第三道支撑加强设计和后期监测。