地鐵車站深基坑開挖實測變形數據分析

謝東 孫向東 陳立強

摘 要：文章以烏魯木齊市軌道交通4號線紅光山車站為依托工程，分析了基坑開挖過程中圍護結構水平位移、地表沉降的現場實測變形數據，得出基坑在不同開挖工況下，不同監測斷面的圍護結構和地表的變形規律，對類似基坑的施工和監測工作有一定的指導意義。

關鍵詞：深基坑 水平位移 地表沉降

1.工程概況

烏魯木齊市軌道交通4號線紅光山站為明挖地下3層、局部4層島式車站，兩端均為盾構區間。站臺中心里程為右YDK22+126.988，車站起點里程右YDK22+37.628，車站終點里程右YDK22+207.828，車站總長170.20m，標準段寬22.7m，底板埋深約28m。

車站位于紅光山路和南湖北路路口東南，呈東西向布設于紅光山路南側綠化帶內，該道路為城市交通主干道，車流量極大。車站基坑北側緊鄰紅光山路，南側現為在售樓盤售樓處，基坑西側及東側為人行道及綠化。

2.基坑監測設計

2.1測點選取

截止2017年10月16日，紅光山車站西端頭已開挖至21m，安裝完成3道鋼支撐。按照紅光山站的施工監測方案，結合現場施工進度，選取西端頭附近的部分監測點作為研究對象。共選取基坑西端頭4個圍護結構水平位移測點和基坑南北兩側各3排地表沉降點進行實測變形數據分析。ZQT01、ZQT02位于基坑北側，ZQT20、ZQT21位于基坑南側，其中ZQT01處于西端頭中部，ZQT02和ZQT21位于基坑西端頭陽角處。北側設置DBC01、DBC02、DBC03共3個地表沉降監測斷面，南側設置DBC31、DBC32、DBC33共3個地表沉降監測斷面。

2.2工程監測工況

圍護結構和周邊地表的變形是隨著基坑的開挖動態變化的，通過監測這種動態變化得到的數據對于基坑分步開挖施工過程中的安全控制具有重要的指導意義。在實際工程中，關注的是每個施工步驟圍護結構和周邊地表的變形情況，在紅光山車站基坑工程中，把現階段的施工過程分為6個施工監測工況，從而在監測數據里找到每個工況對應的數值，分析變形的基本規律。

3.實測結果分析

3.1圍護結構水平位移

根據紅光山站西端頭ZQT01、ZQT02、ZQT20、ZQT21圍護結構水平位移在不同施工工況時的曲線可知，在冠梁施工和安裝第一道鋼支撐時，圍護結構水平位移很小，僅在頂部有少量位移。當土體開挖0～9m時，位移曲線發生顯著改變，常規位置的圍護結構水平位移（ZQT01、Z Q T 20）呈拋物線型，最大位移在-7.5m處；陽角位置的圍護結構水平位移（ZQT02、ZQT21）從頂部往下依次減小，最大位移在-0.5m處。安裝第二道鋼支撐后位移曲線變化不大，有少量的恢復。當土體開挖9～17m時，各水平位移最大值有所增大但規律不變，常規位置的圍護結構水平位移（ZQT01、ZQT20）最大位移下移至-10.0m處。加第三道鋼支撐后位移曲線無顯著變化，并有少量恢復。當土體開挖17～21m時，各水平位移最大值繼續增大，常規位置的圍護結構水平位移（ZQT01、ZQT20）最大位移下移至-13.5m處；陽角位置的圍護結構水平位移（ZQT02、ZQT21）最大位移仍在-0.5m處。

表1統計了各圍護結構水平位移測點在不同工況下的最大值，從表1可看出，隨著基坑土方的開挖，各圍護結構的水平位移逐漸增加，處于基坑陽角處的ZQT02、ZQT21的水平位移最大值較常規位置的ZQT01、ZQT20小，這體現了基坑開挖的空間效應，說明基坑角部圍護結構穩定性好，變形可控。位移基坑北側的ZQT01、ZQT02圍護結構變形比南側的ZQT20、ZQT21大，原因可能是基坑北側的施工荷載較大，周邊超載造成土體向基坑內側向變形，引起圍護結構變形。

3.2地表沉降

3.2.1地表沉降與基坑開挖時間的關系

紅光山車站西端頭已累計開挖至21m，取車站北側DBC01、DBC02斷面，南側DBC32、DBC33斷面的地表沉降點作為研究對象。結合現場施工進度分析地表沉降-時間關系，可得出以下結論：

（1）地表沉降點的累計沉降量隨著基坑施工的進行不斷增大，DBC01-01、DBC02-01、DBC32-01、DBC33-01最終沉降量分別為-6.93mm、-14.02mm、-12.65mm、-9.34mm?；游鞫祟^角點處的DBC01-01、DBC33-01最終沉降相對較??；北側02監測斷面的最終沉降最大，可能的原因是該監測斷面處于西端頭中間位置，相比角點位置更容易受基坑開挖卸荷的影響，同時該位置大型施工機械較多，容易引起地面下沉。

（2）各監測斷面地表沉降01號點在第8d左右有較明顯的增加，因為此時基坑開挖較快，深度已達到7m左右，鋼支撐仍未安裝，導致圍護結構變形較大，地表沉降也發展很快，在鋼支撐安裝后（第12d左右），地表沉降速率明顯減緩。到第二層土體開挖時，地表沉降又有一次明顯的增加，安裝對應的鋼支撐后沉降速率明顯減緩。

（3）距離基坑最近的各監測斷面01號點，在基坑開挖過程中，沉降量始終最大，滿足實時沉降量01號>02號>03號>04號，且隨著基坑開挖的進行，差異沉降量越來越大。

3.2.2地表沉降與基坑距離的關系

按照地表沉降點與基坑距離的遠近，將地表沉降點分為4組，每組6個測點。根據最終地表沉降與距基坑距離的關系可知，基坑角點位置（DBC01、DBC33）的最終地表沉降較小，本工程基坑開挖引起的地表沉降呈曲線狀，距離基坑越近，沉降量越大，其中距離基坑1m處地表沉降最大，原因是基坑擋墻背后填土未充分壓實，土體自然沉降較大，對監測結果造成一定影響。

紅光山站西端頭處地質條件較好，以巖石地質為主，基坑周邊其它位置地表沉降較小，距離基坑9m位置地表沉降約為2～4mm?？晒浪惚净娱_挖主要影響范圍為開挖深度的1/2左右。

3.3圍護結構水平位移與地表沉降相關性

經過分析，可發現地表沉降與圍護結構水平位移存在一定程度上的同步關系，圍護結構隨著基坑的每一次開挖，最大變形增加，速率呈增大趨勢，同時地表沉降量也隨著基坑的每一次開挖也在增大，鋼支撐安裝后，圍護結構水平位移和地表沉降量均得到有效的控制，變形速率明顯減緩。

ZQT01的圍護結構水平位移值最大，DBC02的地表沉降最大，且兩者處于同一監測斷面?？傻贸鲈谕槐O測斷面，無超載作用下圍護結構水平位移越大，對應位置的地表沉降也越大，圍護結構的變形間接上可反映周邊地表的沉降趨勢。

4.結論

（1）基坑開挖會引起圍護結構水平位移顯著增大，常規位置圍護結構水平位移呈拋物線狀，最大位移的位置會隨著基坑開挖逐漸下移，而陽角處圍護結構的最大位移始終在樁頂處，在鋼支撐安裝后變形速率會明顯減緩；

（2）處于基坑陽角位置的圍護結構水平位移相對較小，此處結構穩定性好，變形可控；

（3）基坑周邊地表沉降隨著基坑的開挖逐漸增大，處于基坑角點處的監測斷面地表沉降量較小，中間位置的監測斷面地表沉降量較大；

（4）鋼支撐的及時安裝，可有效控制地表沉降速率，施工中應及時安裝支撐，確保變形可控；

（5）本基坑主要以巖石地質為主，在開挖過程中，地表沉降呈曲線狀，沉降量與距基坑的距離呈反相關關系，離基坑越近，沉降量越大，開挖主要影響范圍為開挖深度的1/2左右；

（6）地表沉降與圍護結構水平位移存在一定程度上的同步關系，圍護結構的變形間接上可反映周邊地表的沉降趨勢。

5.結束語

綜上所述，文章通過工程實例分析得出不同監測斷面的圍護結構和地表的變形規律，使用這種規律，能提高工程的施工效率，同時保證了施工的質量，因此，該方法在地鐵施工有著重要的意義，值得推廣應用。

參考文獻：

[1]劉博韜.地鐵車站深基坑開挖對周邊建筑物的影響研究[D].南京：東南大學，2016.

[2]劉均紅.西安地鐵車站深基坑變形規律現場監測與FLAC模擬研究[D].西安：西安科技大學，2010.