南京某工程深基坑地连墙支护体系变形规律研究

温 慧 武

(太原市政建设集团有限公司，山西 太原 030002)

中国的社会经济发展迅速，城市建设步伐相对较快，主要城市都在争相发展地铁运输。并且大多数地铁运输都会经过城市的主要商业区和行政区，因此地铁的施工主要分布在城市的大楼之下、管网之中，这也就导致地铁的施工环境复杂、施工难度较大。除此之外，在城市中大面积开挖基坑风险巨大，这就要求工程设计单位提出更安全的设计方案，以保证地铁周围建筑的安全以及地下管网的正常运行。

从工程的角度来看，深基坑的设计已经从最初的强度控制发展到今天的变形控制和系统控制，因此深入研究深基坑支护结构的变形规律对深基坑的优化设计非常重要。国内外学者都对这方面进行了深入的探讨。唐梦雄，陈如贵等人研究了基坑变形与环境影响之间的关系。王卫东等在基坑围护结构为地下连续墙的条件下，对基坑深部的变形特征和相关特征方面进行了研究。李舒等统计了北京市37种基坑开挖方法，通过分析得到了该地区由于深基坑开挖所引起的墙体变形规律，并加以计算得到了深基坑变形量与主变形量范围的比值。严文斌通过对武汉地铁2号线中金崖苑站监测资料的分析，明确了软土层中深基坑地连墙的变形特征及其主要影响因素。张钦喜等将深圳市地铁2号线中车站的基坑实际监测数据与软件计算相结合，并且依托实际工程背景，详细研究了基坑支护结构的变形规律。刘岩等通过结合上海市地铁8号线车站的实用技术，对基坑挡土墙的变形特征进行了分析。任建喜等对北京市地铁深基坑支护结构的变形规律进行了研究，发现基坑的开挖深度与时间都会对围桩的最大水平位移产生影响。本文依托南京地铁站深基坑施工的实际工程背景，结合基坑的实际监测数据，对地连墙的变形进行了深入研究，旨在为江苏省深基坑工程施工提供参照。

1 工程概述

南京轨道交通2号线顺利门站位于京汉路与江汉路的江汉路之间，与江汉路平行。车站的东侧是京阪太极线1号线的桥，西侧是新扎门地下通道，西南侧距离基坑约3.5 m，是RT-Mart超市的三楼地下室，地下1层(基本型筏式地基)武汉造船工业总公司西北30层，距基坑约53 m；东北28层高的建筑(地基为桩基)距基坑约13 m，东南侧正在等待开放空间。

2 场地工程地质条件

在钻探深度范围内，主要为第四纪冲、洪积而形成的素填土、黄土状粉土，以及二叠纪形成的砂岩为主。根据野外钻探、原位测试及室内土工试验结果，将场地土分为四层。土层特性由地面往下分别为：第①层为素填土：呈灰黄色、黄褐色，局部为全风化砂岩，含大量小砾石、小碎石等,表层为耕土，含植物根系，层厚0.3 m～3.5 m。第②层为黄土状粉土：呈黄褐色，稍密～中密，稍湿～湿，无摇振反应，含铁锰结核及小姜石，局部夹大量小砾石、小碎石，局部夹粉质粘土薄层，含白色菌丝，见大孔隙，含碳屑。属中等压缩性土。层顶埋深0.3 m～3.5 m，层顶黄海高程148.51 m～192.59 m，层厚0.8 m～5.9 m。第③层砂岩：呈灰黄色，局部灰白色，全风化～强风化，裂隙发育，结构较破碎，局部层顶风化为小碎石。层顶埋深0.5 m～6.2 m，层顶黄海高程139.73 m～207.31 m,层厚1.9 m～6.3 m。第④层砂岩：呈灰黄色，局部红褐色，中风化，裂隙发育，局部层顶结构较破碎。层顶埋深3.5 m～8.9 m，层顶黄海高程136.63 m～203.91 m,勘察深度范围内最大揭露层厚为17.7 m。

3 支护结构

地铁车站的主要支护结构是800 mm厚的连续地下墙，并带有内部支撑。地下室的连续壁通过刚性工字梁连接，最大人类深度为50.8 m～53.1 m。支撑系统的设计是在标准部分设置四个支撑结构。第一个支撑结构选用钢筋混凝土结构支撑，其余3个采用钢结构支撑，其中第三个支撑结构选用双分裂支撑。盖板钻孔部分设计有五个支架，第二个采用钢支架。另一根是钢筋混凝土柱，顶部有五根柱子，第一根是钢筋混凝土柱，第二到第五根柱是钢柱，第四根柱是双分裂柱。钢柱由直径为609 mm，壁厚为16 mm的钢管制成。为了增加基坑的稳定性，在五个大角落安装了300厚的C30混凝土角架。

4 具体监测方案

为保证监测的准确性以及实时性，对支护结构进行了全面的三维连续监测，并增加了支撑结构敏感区域内监测点和监测项目的数量，另外还进行关键监测，并对主要组件之外的区域进行了系统监测。墙顶水平(ZQS)、沉降(ZQC)的监测布点间距不大于15 m，墙体水平(ZQT)的监测布点间距不大于30 m，并且每个监测断面都设有较为完整的监测体系。如图1所示为车站支护结构监测点位布置断面图。

在支撑结构的钢筋笼中埋有紧束的测斜管，方法是将测斜管直接粘贴到连续墙壁钢筋笼中，以达到固定的目的，随即沉入凹槽中。放样间隔小于1.5 m。固定管和加固笼必须牢固放置，以便在浇筑混凝土时斜管不会掉落。泥浆的浮力可防止混凝土漂浮或向侧面移动。捆扎时，调整方向，使管道上的一对测量槽垂直于基坑的侧面。管道的底部必须与钢筋笼的底部齐平或略低于钢筋笼的底部，并且顶部要达到地面或导向壁的顶部。连接测斜仪管的管段时，上下管段的斜槽必须彼此对齐，以使测斜仪的探头在管中平稳工作，并且要利用弹性密封剂或密封条来将接头密封。位于墙顶部的水平位移监测点和垂直位移监测点是共用的。具体方法是在基坑支护结构的冠梁处开孔，将定制的监测点棱镜对中螺栓插入预先开孔，随即用大理石胶固定。对中螺栓要竖直放置，这样定制棱镜就可以绕螺栓自由转动，以达到在任意方向定向的目的。

5 监测数据分析

在地铁深基坑的开挖施工过程中，地连墙的变形量(墙体位移、墙顶位移、墙底沉降)是判断支护结构是否稳定的主要因素。因此必须对检测项目进行全面分析。本文针对地铁车站具有代表性的ZQT1，ZQT9两个扩大段以及ZQT05，ZQT13两个标准段墙体的监测数据进行了具体分析。

5.1 墙体监测数据分析

地铁车站西侧是最早的扩大开挖段，如图2所示是布置的墙体变形监测点ZQT1所得到的位移变化曲线。通过图2可以看出，在基坑开挖前，墙体并无位移变化。在第二道钢支撑结构施工完毕后，距墙顶11 m深处的墙体由于受到主动土压力向内发生变形，位移量为17.42 mm。随着开挖深度增加，墙体的变形量也逐渐增加。当基坑挖至设计标高并架设第三道钢支撑之后，距墙顶13 m深处的墙体的位移量达到了52.71 mm，待基坑底板浇筑完成后墙体变形量减少。可以看出，墙体变形主要集中在7 m～16 m深度处。

地铁车站东侧的扩大开挖段吸取了西侧扩大开挖段的教训，体现在施工过程紧贴技术要求，合理布置实施各道工序。如图3所示是布置的墙体变形监测点ZQT9所得到的位移变化曲线，可以看出，距墙顶6.5 m深处的墙体变形量仅为4.9 mm，8 m深处的墙体变形量也不太明显。待基坑开挖至第三道支撑位置时，墙体发生较明显变形，但在13 m深 度处也只向坑内方向发生了9.6 mm的变形。在扩大段中部靠近地连墙一侧的位置设有施工集水坑，集水坑处的开挖深度较标准段的开挖深度深2.73 m。另外，当基坑开挖至设计标高后墙体位移发生突变，15.5 m深度处的变形最大，可达36.68 mm，并且当基坑底板浇筑完成后墙体变形量未有明显变形。

图4，图5分别表示的是标准段在同一断面监测点ZQT6，ZQT12的位移变化曲线。标准段的支撑形式均为全撑结构，理论上讲是可以有效防止墙体变形的，但从实际监测数据上看，当基坑开挖至第二道支撑位置以下，两个监测点均有较大的侧向变形。经分析认为是支撑的预加轴力较小，开挖速度较快，在较短时间内取走大量土体引起墙体所受主动土压力变大所导致的。

5.2 墙顶监测数据分析

对于基坑整体稳定性的监测可采用上壁水位监测。如果墙体变形太大，可以根据需要修改墙体坡度测量数据，以适应墙体顶部水平变形的大小。该项目使用具有自动记录功能的高精度TS11全站仪进行现场数据收集。

监测墙上方的水平位移监测点沿基坑周长每15 m定位一次。诸如基坑两侧中心，太阳角度，深度变化部分，对于基坑周围建筑物及地下管网、地质条件等其他重要部分的监测点布置较为复杂。监测点的位置在字段中选择，避免在距基坑300 mm的基坑侧面上使用安全导轨，这不会影响结构并且易于保护。极坐标法用于监测数据的收集，全站仪用于选定水平位移监测参考点，对中精度准确，其他水平位移监测参考点向随之确定，利用选定的监测点和监测参考点，通过确定之间的角度、计算距离，得到每个监测点的坐标。本文选择了与上述四个墙面监测点相对应的墙上监测数据进行了统计分析，结果如图6所示。

如图6所示，显示了在基坑施工过程中具有不同水平坐标的墙顶变形。在基坑开挖之前，墙顶几乎没有变形，但是在开挖到第二根支柱之后，墙顶发生了很大的变形，并且变形随着开挖深度的增加而继续增加。当发生变形时，最大程度集中在底板浇筑阶段的第二至第三支撑件和第三支撑件中，变形相对较小，并且有变形稳定的趋势。最初的支持是具体的支持，整体稳定性较强。但从数据统计的角度来看，四个壁顶点均移至凹坑，最强烈位置为6.82 mm。除此之外，需要提及的是两个水平监测点ZQS11和ZQS23位于同一监测段中，但是，这两个点都将转换为凹坑，并且最大变形时间将集中在第三个支架上。

从图6中可以看出，孔口的上述四个斜率的变形与水平坐标的变形有很大不同。坡度数据基于孔的底部估计整个墙的变形，但是墙连接到地面。如若相对插入率较小，则基坑四周桩荷载较大，或者因为地质条件较差，则地下断层壁的最深部分也可能变形。用孔底为0来计算倾角仪是不精确的。对图1～图6的综合分析表明，需要通过墙顶的水平坐标变形来校正墙的真实变形，实际变形要比直接使用倾角仪测量的墙变形效果明显。

6 结语

通过对南京地铁车站深基坑开挖施工过程中的综合监测，并根据监测数据中所体现的钻进条件和变形关系，对数据加以分析与处理，可得以下结论：1)由于施工条件(高水位砂砾层)的特殊性，导致基坑的变形量难以控制，但科学严谨的施工程序是解决这一问题的有效手段。2)监测过程中所用到的测深仪需要埋入支护结构，而埋入质量直接影响到监测所得数据的准确性。3)基坑开挖过程的最大变形是发生在第二至第三道支撑，及时完成支撑施工能够有效减少基坑变形。4)将测斜仪的监测数据和墙顶部变形量相结合，辅以适当修正，能够有效反映墙体的实际变形。