无锡地区环形支撑地铁深基坑变形特性分析*

田　娇　朱金波

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

无锡地区环形支撑地铁深基坑变形特性分析*

田娇朱金波

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要结合无锡地区某环形支撑地铁车站深基坑监测数据，分析了地下连续墙受力变形规律，并推荐了无锡地区环形支撑地铁车站基坑围护结构受力变形的合理计算方法，对比分析了支撑内力的监测值与计算值，验证了环形支撑的较好整体稳定性和协调性。

关键词地铁基坑环形支撑地下连续墙m值变形特性

近年来，随着地铁工程的建设，诸多城市出现了许多深度大且周边环境复杂的基坑，地下工程的建设对这些地区深基坑的设计、施工和监测技术提出了重大挑战。无锡尚无本地区的基坑工程设计规范，而且在深基坑工程的实践过程中也不时发生基坑倒塌、围护结构发生过大位移、基坑漏水等事故[1]。因此，针对该地区独特的地质环境，探寻合适的深基坑支护结构计算方法显得十分必要。环形支撑由于具有较好的受力性能，在周边环境复杂及基坑长宽比不大时，较多地区采用了环形支撑围护结构体系[2-5]。鉴于无锡地区地铁深基坑设计施工经验尚少，采用环形支撑的地铁深基坑更鲜见报道，本文对无锡地区某环形支撑地铁车站深基坑的受力变形特性进行分析，为该地区的环形支撑地铁基坑设计提供参考依据。

1无锡地区某环形支撑地铁车站深基坑简介

某地铁车站为地下2层岛式车站，车站基坑与商业结构共同开挖，基坑深度约14.5 m，形状不规则，范围较大。基坑围护结构采用地下连续墙，支撑为3道混凝土环向支撑，支撑分布情况见图1。车站总体采用明挖法施工，端头井断面见

图2，环形支撑断面见图3。

图1　基坑支撑布置图

图2　基坑端头井断面图(单位：mm)

图3　基坑环形支撑断面图

2无锡地区环形支撑地铁深基坑支护结构合理计算方法探讨

基坑环形支撑断面上墙体深层水平位移随时间的变化曲线见图4。由图可知，变形后的墙体呈“大肚状”，随着施工工况增加，墙体变形也在增加，墙体最大位移发生位置有向下移动的趋势，墙体最大位移发生在第五步开挖工况，最大位移为34 mm，约为开挖深度的0.21%，发生在墙体深10 m处。随着开挖工况增加，墙顶位移逐渐增大，第二步开挖时，墙顶位移为15 mm，第三步开挖时，墙顶位移为15 mm，第四步开挖时，墙顶位移为20 mm，开挖至坑底时，墙顶位移达到了24 mm。墙体如此变形可由该车站的特点来解释：车站处原为一广场，地下一层原为地下车库，在已有车库基础上建设地铁车站，车站地下连续墙施作完毕后，车库层高部分的连续墙将处于悬臂状态，当第一道混凝土支撑强度还没有完全达到之前，墙体很有可能发生较大的位移。因此，为了减少墙顶的位移，应及早施作第一道混凝土支撑，可采用早强混凝土使得第一道支撑达到设计强度的日期缩短，尽早发挥作用。

图4　墙体深层水平位移随开挖工况变化图

2.1　墙体深层水平位移监测值与计算值对比分析

基坑环形支撑断面土层信息如表1所示。将墙体深层水平位移值分别与水土分算和水土合算的计算结果进行对比，计算规范选取《上海建筑基坑工程设计规范》[6]和全国性的《建筑基坑工程技术规范》[7]，其中，m值的取法包括按上海规范查表法取、按全国规范公式法取、按全国规范查表法取、按勘察报告给出的值取这4种情况。将按不同计算方法计算出的墙体水平位移值与实测值进行对比，见图5。

表1　基坑环形支撑断面的土层信息

a)　第四步开挖(至13.5 m)　　　　　　　　　　　　　　b)　第五步开挖(至坑底16.1 m)

由图5可知，随着开挖步的增加，不管选用上海规范还是全国规范，不论水土合算还是水土分算，如果按照勘察资料选取m值，墙体位移最大值的实测值与计算值的相对误差逐渐增加，到最后一个开挖步，相对误差达到30%~50%，这说明勘察资料所给的m值偏大，可能是由于勘察误差所导致。随着开挖工况的增加，监测值曲线与按上海规范取m值水土合算法及按全国规范公式法取m值水土合算法的计算结果较接近。因此，在土层参数不明确时，可以用水土合算方法来初步估算设计无锡地区环形支撑地铁深基坑，m值可以参考上海规范及全国规范取值。

2.2　基坑支撑内力分析

由于现场多个传感器损坏，第一道及第三道支撑轴力监测不准确，这里只分析第二道支撑的内力，支撑轴力的监测值见表2，计算值见图6。可知监测得到的第二道混凝土支撑的最大内力约为2 724 kN，比混凝土支撑的承载极限小很多，由环形支撑断面计算出的混凝土最大支撑轴力为4 880.6 kN，小于混凝土支撑的承载力极限值，可知支撑的承载力是满足要求的。可见，环形支撑有很好的整体稳定性和协调性，能使支撑均匀受力，避免了局部支撑受力过大的现象发生。

表2　混凝土支撑轴力监测值分析

图6　环形支撑断面各道支撑轴力计算值

3结论

(1) 为了减少墙顶的位移，应及早施作第一道混凝土支撑，可采用早强混凝土使得第一道支撑达到设计强度的日期缩短，尽早发挥作用。

(2) 通过对比分析可知，墙体变形监测值与按上海规范取m值水土合算法及按全国规范公式法取m值水土合算法的计算结果较接近。因此，建议用水土合算方法来初步估算设计无锡地区环形支撑地铁深基坑，m值可以参考上海规范及全国规范取值。

(3) 通过对支撑内力的监测值及计算值进行分析，可知环形支撑有很好的整体稳定性和协调性，能使支撑均匀受力，避免了局部支撑受力过大的现象发生。当开挖面积大，长宽比不大的无锡地铁基坑欲采用环形支撑时，可以参考该基坑来设计。

参考文献

[1]葛琪.组合支护体系在无锡深基坑中的应用[D].上海:同济大学,2007.

[2]徐军林.混凝土环梁支撑体系在地铁深基坑中的设计应用[J].交通科技,2011(3)：51-53.

[3]蒋波,楼东浩,郭跃. 环形支撑体系在深基坑工程的应用与研究[J].岩土工程学报,2012, 34(S)：427-431.

[4]金国龙,黄春美.圆环形支撑基坑支护体系设计分析[J].地下空间与工程学报,2013,9(S1)：1694-1700.

[5]王建中,周光熙.对基坑环形支撑系统的几点探讨[J].岩土工程界,2008,11(9)：37-40.

[6]上海市勘察设计协会.DBJ 08-61-2010上海市标准基坑工程设计规程[S].上海：上海市城乡建设和交通委员会，2010.

[7]YB 9258-97建筑基坑工程技术规范[S].北京：冶金工业出版社，1998.

Analysis on the Deformation Characteristics of the Metro Deep Excavation with Ring-shaped Support in Wuxi Area

TianJiao,ZhuJinbo

(Guizhou Transportation Planning Survey &Design Academe Co.,Ltd., Guiyang 550081, China)

Abstract：Combining with the monitoring data of a ring-shaped support metro station deep excavation in Wuxi area, we analyzed the forced deformation regulations of the underground diaphragm wall. The appropriate forced deformation computing method for the ring-shaped support metro station deep excavation in Wuxi region was suggested. Comparatively analyzing the monitoring values and calculating values of support force, we verified that the stability and overall coordination of ring-shaped support were very well.

Key words:the metro excavation； ring-shaped support； underground diaphragm wall；mvalue； deformation characteristics