地铁车站深基坑施工对地面变形特点研究

【摘要】城市地铁大多修建在周边建筑较为密集的区域，施工环境较为复杂。南昌市首次进行地铁建设，无相关经验，因此选取赣江东岸的中山西路站作为实验站，在施工的同时结合工程建设，对深基坑施工对地面变形特点以及周边环境的影响等问题进行分析、研究，既保证了实验站的顺利施工，还为下一步的南昌市地铁设计、施工积累了相关经验。

【关键词】地铁车站；深基坑；地面变形特点

Study on Ground Deformation Characteristics of Deep Foundation Pit Construction in Subway Station

Wang Ze-dong

（China Railway eleventh Bureau Group Fourth Engineering Co，ltdNingbaoZhejiang315100）

【Abstract】Most of the urban subway construction in the surrounding buildings are more intensive areas， the construction environment is more complex. Nanchang City， the first time for subway construction， no relevant experience， so the east coast of Gan River in Zhongshan West Station as an experimental station， in conjunction with the construction of the construction of the deep foundation pit on the ground deformation characteristics and the surrounding environment and other issues ， Research， both to ensure the smooth construction of the experimental station， but also for the next subway Nanchang design， construction has accumulated relevant experience.

【Key words】Subway station；Deep foundation pit；Ground deformation characteristics

1. 引言

随着城市不断发展，拥挤的交通既影响了市民的出行，也阻碍了社会经济的发展。为合理开发城市空间、改善市民出行的条件、减少地面交通的压力，南昌市的地铁工程开始进入真正的建设实施阶段。轨道交通1 号线是南昌市同时也是江西省的第一条地铁。地铁车站深基坑[1～3]开挖施工存在着较大的安全风险，国内外因为深基坑施工出现的质量、安全事故较多。基坑内土体开挖后，在坑外土压力及水压力的作用下，围护结构往往会变形，进而易出现基坑围护结构渗漏水、涌水、涌砂、坑底隆起等，进而引起坑外地面及建（构）筑物变形[4～6]等，更为甚者酿成基坑失稳坍塌的安全事故。为此，根据南昌市的工程及水文地质情况，并结合国内地铁深基坑施工情况采用资料筛选及文献总结法对深基坑施工对地面变形特点、深基坑施工监测的意义、深基坑施工监测方法等进行研究。

2. 工程概况

南昌市轨道交通1号线总体呈由先由东向西向然后转由南北向，奥体中心站是起点，途经北京东路、北京西路、中山路、中山西路、穿赣江、世茂路、丰和大道，一路向北到下罗的蛟桥站。线路为24.8Km，一共有24座车站。

2.1地形地貌。

（1）施工场地处赣抚冲积平原1级阶地，场地西侧约200m处为赣江，北侧约30m处为抚河支流；东侧约280米处为抚河，南侧为中山西路详见图3.现场场地标高在19～24m之间，总体上呈南高北低，场地南侧的中山西路地面标高一般为23～24m，场地北侧为居民生活区，场地标高一般为19～24.2m，高差3～5m。

（2）拟建场地及周边环境较为复杂，场地处在中山西路及居民生活区，居民住房为底层，层数为1～3层，民房之间建有大量的临时搭建房。车站基坑北侧30m左右为抚河，宽为70m左右，两侧均有混凝土挡墙护岸，其在场地的西北端汇入赣江。其北侧空地原为抚河一部分，后来由于抚河南岸护堤的修建，后被回填成现状。填土较厚，一般为4～5m，成份主要为生活垃圾及碎石块，填土底部夹有0.3～0.5厚的淤泥。场地西北侧为南昌市水利局宿舍楼及航务局机修段，层高为3～6层，局部地段原为水塘，后修建住房而回填；基坑西侧填土底部有老抚河护堤的块石、河流防汛墙基础。南侧为蓝湾半岛花园高档小区，均为高层建筑，且均带有地下室。

2.2工程地质构造。

2.2.1拟建场地位于江南台隆构造单元的萍乡-乐平台陷之北侧，构造上主要受赣江大断裂影响。上部为第四系松散层所覆盖，厚约20.00m左右，基底为巨厚的泻湖相碎屑岩沉积层。第三系中存在着一些北东向、近南北向和北西向缓倾斜背斜和向斜构造，勘探深度内未见有断裂构造痕迹。

2.2.2据钻探揭露及勘探深度内，场地地层上部为人工填土（Qml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、下部为第三系新余群（Exn）基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为①1杂填土、①2素填土、②1粉质粘土、②2粉土、②3细砂、②3-1砾砂、②5粗砂、②5-1淤泥质粉质粘土、②6砾砂、⑤泥质粉砂岩。

本车站（图1）在位于西河滩路以东，亨字路以西、中山西路以北，呈东西走向，为地下三层岛式站台车站，地下三层为站台层、地下二层为设备层、地下一层为站厅层。

2.3水文条件。

2.3.1地表水。

勘察场地范围内地分区表水主要为赣江及抚河，场地西侧约200米处是江西省第一大河流赣江，全长827Km，总流域面积8.3万Km2。据场地上游6公里处外洲水文站资料，赣江最高洪水位25.5m（1988年，吴淞高程，），最低水位13.50m（2007年），勘察期间水位标高为14.59m（4月26日测）；最大洪峰流量21200 m3/s（1982年6月20日），最枯流量172m3/s，最大流速2.53m/s。

场地北侧为抚河支流，在场地西北端300m左右处汇入赣江，往市郊东南隅由青岚湖汇入鄱阳湖。抚河在南昌境内流域面积200.3Km2，平均年迳流量146亿m3。据钱溪闸水文站资料，多年平均最高洪水位20.07m，多年平均最低水位15.38m，勘察期间水位标高为15.10m，河流两侧岸坡均有砼挡墙护岸。

2.3.2地下水。

根据地下水含水空间介质、水动力特征及赋存条件，拟建工程场地地下水类型可分为上层滞水、松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙溶蚀水三种类型。

2.3.3上层滞水。

上层滞水主要赋存于杂填土层之中，主要接受降雨入渗补给、抚河及城区下水管的渗漏补给。水位随气候变化大，无连续的水位面。勘察实测地该层地下水的埋深在3.40～4.90m。

2.3.4松散岩类孔隙水。

孔隙水主要赋存于第四系全新统冲积层的砂砾石层中，该层地下水为潜水，地下水位埋深较浅，且含量较为丰富。勘察期间属平水期，其水位埋深3.90～9.60m，标高14.52～15.21m。地下水位年变幅1～3m，地下水主要接受赣江及抚河地表水体的侧向补给，地下水受人为开采影响小，平水季节及枯水季节地下水补给地表水，地下水向赣江、抚河排泄；汛期赣江、抚河水位上涨，地表水体返补给地下水。勘察期间抚河水位标高为15.10m（测量日期4月24日），赣江（八一桥上游）水位标高为14.59m（测量日期4月27日）。

因受岩性变化所致，局部钙质泥岩、含钙砂岩层段，其构造节理发育时，多具一定的溶蚀现象，为碎屑岩层中地下水的相对富集地带，根据区域地质资料，其单井涌水量总体而言相对较大，含水层综合渗透系数为1～15m/d，单井涌水量多在200～500 m3/d左右，最大可达1500m3/d；已有资料与原有工程经验均反映，此类构造裂隙溶蚀水富水区的分布与岩性、胶结物和构造发育有关。

3. 地铁车站深基坑施工对地面变形特点的研究

3.1地铁车站深基坑变形监测中等精度的特点。

在对地铁车站深基坑工程监测时，并不要求监测出绝对值，只要监测到相对的变化值就可以，在对深基坑的测量中，要对建筑物在地面进行相对的定位，可得出绝对量的坐标和高程的测量，在进行深基坑围护结构侧壁变形观测时，仅仅测量深基坑边壁相对于开挖前的移动即可。

3.2地铁车站深基坑变形监测中时效性的特点。

在监测地铁车站深基坑变形时，严格要求时间的时效性，在使用变形监测的设备和方法时，在采集数据时要适应不同的天气条件，无论白天还是夜晚都需要进行整天的操作。

3.3地铁车站深基坑变形监测中高精度的特点。

在监测地铁车站深基坑变形时，要用精度相对高的仪器进行监测，监测出来的数据将十分准确，不仅可达到高精度监测的目的，还能够适应高精度监测的要求。

4. 地铁车站深基坑施工变形监测的意义、内容和要求

4.1地铁车站深基坑施工变形监测的意义。

（1）因为地铁车站深基坑的施工为城市地下施工的内容，它与普通的建筑施工不一样，在开挖地铁车站深基坑时会受到地质条件的影响，再由于地铁车站是人流量相对大和建筑物十分密集的地方，对深基坑开挖中会由于周边的环境受到限制，这也对周边的建筑物有较多的影响。所以在对深基坑施工的过程中进行变形监测，可增加全部工程的安全性，除了对地铁车站的安全性有相关保障，还可以确保地铁车站工程的质量，对于保证线路和人员以及周围建筑构筑物、管线等的安全有着非常重要的意义。

（2）对地铁车站深基坑的工程而言，它是一项较为复杂的工程，不要仅仅依靠以往的施工经验去施工。由于工程地质及水文地质的复杂性，无法判断和预测深基坑的变形，一定要严格按照开工前编制的《深基坑监测方案》要求的监测项目及频率进行监测。

4.1.1要掌握变形的大小，依照深基坑监测的数据进行分析，就能够定量的评定深基坑开挖对周边建筑物的影响，以便施工单位确定施工的进度。

4.1.2因为在施工中要受到许多环境的影响，而且在深基坑开挖时周围的建（构）筑物不稳定，对于其变形并无章可循。所以要根据现场变形监测的数据去评定基坑的变形状况，可以为施工单位确定科学且合理的施工方案提供可靠的依据。

4.1.3因为深基坑的开挖是一项较为复杂的工程，在施工中，施工单位没有考虑深基坑监测数据的重要性，故会造成安全事故，通过对变形监测的数据进行分析，可以迅速发现安全隐患，并及时采取措施进行处理，消除安全隐患，保证施工安全。

4.2地铁车站深基坑施工变形监测的内容。

在地铁车站深基坑开挖的过程中，要关注变形监测的内容。通常的变形有：坑底周围土体、深基坑外地层、围护结构的变形或坑底回弹的变形等。所以要针对上述的变形进行监测，这样才可以保证地铁车站深基坑施工的安全性以及可靠性。

4.3地铁车站深基坑变形监测的要求。

4.3.1在进行深基坑变形的监测前，除了编制监测专项方案，制定监测的计划，还需要按照相关的技术文件去执行，这样才能够保证监测数据的准确性以及完整性。在进行监测中，需要使用精度较高的监测仪器，要求工作人员及时对监测仪器进行保养和维修，并确保工作人员在使用监测仪器时可以观测出准确度高的数据，要提高工作人员的技术水平，可以进一步的确保监测数据的可靠性。因为深基坑的开挖是动态的，所以在监测时，要求及时发现安全隐患，并及时采用措施去预防。

4.3.2对深基坑变形的监测之前，要按照实际工程的现场以及特点设定预警值，当发现大于预警值时，就要采取相关措施去解决。在对深基坑变形监测中，要确保观测记录的完整可靠，以及监测的连续性。在地铁车站深基坑监测时，要按照固定的表格去记录监测数据，并对记录进行保存。对于每次的监测得到的数据，要迅速进行反馈，若某个或某几个数据超过预警值，必须分析原因，并及时解决，以消除隐患。

5. 地铁车站深基坑施工变形监测的方法

5.1对围护墙体的变形进行监测。

在围护墙体的变形中，通常分为垂直和水平两个方向。水平方向的变形是由于深基坑开挖的深度太深所致，导致墙体内侧的土体的支撑力缺乏，但外侧的土体中的作用力都在围护结构上，便导致墙体的变形或倾斜。但这种压力不均匀的，对紧靠坑体底部位置的压力十分小，墙体的变形也相对小。所以要加固围护墙，这即可保证开挖深基坑中的安全，还可以保证周围建筑物的稳定。

5.2对墙后土体沉降进行监测。

由于工程地质及水文地质较为复杂，在深基坑开挖时，因为土体的流动性较大，地下土体从基坑由外而内的移动，就会导致墙后土体沉降，要使用精度较高的仪器去监测，并对数据进行分析，便可掌握围护结构的全部变形特征。

5.3对深基坑坑底土体变形进行监测。

基坑开挖后，由于挖去了坑内土体，破坏了坑内土体的原始应力，坑底土体就有可能隆起变形。若基坑开挖较深时，一定要监测围护结构的内移。在监测坑底土体是否隆起时，通常就是利用精密水准仪监测，此时要在不同的时间对相同的地方进行多次监测，然后分析监测获取的数据，从而算出实际变形值的大小。

5.4对不同的监测项目进行不同的监测频率。

为了保证监测数据的真实性以及可靠性，需要对不同的监测项目进行严格监测，在发现问题时，要迅速处理，并针对以上三点对不同项目分别进行监测，尤其对监测指标变化较大的项目要提高监测频率，相反，对监测数据变化不大，或数据相对稳定的项目，其监测频率可以适当降低。这样可以有效的保证地铁车站深基坑施工的安全。

6. 结束语

地铁车站深基坑施工，对地下的土体和周围的环境会造成一定的影响，且由于深基坑的施工是动态的，在施工过程中避免不了突发情况，要保证地铁车站深基坑施工的安全性，除了完整的设计施工图纸和可靠的施工方案外，还必须要制定详细的《深基坑监测方案》。除了利用监测仪器，还要把握监测仪器的精准度，在基坑开挖前、开挖过程中直至主体结构施工结束后都必须对深基坑施工进行相关的监测，并保证监测质量，提高监测水平，对在施工过程中出现的问题，要即时采取措施并迅速解决，这样可以很好的保证深基坑施工的顺利进行及施工的安全性。根据工程施工实践，上述方法值得推广。

参考文献

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[作者简介] 王泽东（1974.12-），男，民族：汉族，籍贯：四川西充，西南交通大学土木工程专业，工作单位：中铁十一局集团第四工程有限公司；职称：高级工程师。