地铁车站超深基坑围护结构变形监测结果分析

杨春柳

(上海汇谷岩土工程技术有限公司，上海 201108)

0　引言

轨道交通作为地下空间开发利用的主要途径之一，应用最广泛、投资最多。地铁运营网络快速形成的过程中，浅层空间被其他地下工程占用，后续建设的地铁深度则越来越深，意味着后续深基坑、超深基坑会不断出现(一般而言，超过20 m的基坑划分为超深基坑[1])，与此同时受规划和商业开发的影响，涉及地铁建设的基坑面积也越来越大。

由于基坑工程受自然条件和周围环境影响较大，轨道交通领域的基坑工程呈现“深、大、近、紧、难、险”等突出特征。以上海为例，上海中心大厦开挖深度平均达到31.3 m，会德丰广场、淮海中路3号地块、13号线南京西路站等基坑开挖深度均超过20 m。

实际工程研究方面，廖少明等[2]以苏州现代传媒广场大尺度深基坑为工程背景,总结了地铁车站基坑连续墙最大水平位移值平均值为0.2%He，立柱隆起值(δcu)分别为(0.10%～0.23%)He；王旭军[3]以上海中心大厦基坑为例，在不考虑圆形地连墙受偏载作用时，土体采用修正剑桥粘土本构模型，土体计算参数宜采用有效应力指标，并同时考虑地下水位的作用，结果表明墙体变形随基坑开挖宽度增大而增大，但最终趋于收敛。贺炜等[4]根据工程实测结果，从支护结构内力、地下连续墙侧向位移、周边地表沉降及原有桥梁变位规律等方面，分析了基坑开挖本身的安全及对周边环境的影响。江晓峰等[5]根据多个上海软土地区19 m以深超深基坑数据库，从基坑围护结构水平位移和墙后地表沉降两个方面进行了统计研究。

鉴于上述学者的研究方向和超深基坑工程研究中存在理论与实践脱节的问题[5-15]，研究和总结超深基坑开挖过程中围护结构的变形规律，可以加深对超深基坑开挖造成影响的认识和理解，提前做好组织方案，避免不必要的安全事故。

1　工程概况

上海轨道交通18号线杨高中路车站位于杨高中路、民生路路口南侧，为地下3层岛式车站，与既有9号线“T”字通道换乘，9号线为地下2层。车站东侧为证大五道口广场、联洋花园等，西侧为浦东出入境检验检疫局、企业办公楼等。

车站站内净尺寸为161.8 m(长)×19.85 m(宽)，站台宽度12 m，地下一层为站厅层，地下二层为设备层，地下三层为站台层。与已建的9号线杨高中路站“T”字通道换乘，车站标准段开挖深度约为25.17 m，顶板覆土厚3.058～3.382 m，本工程基坑采用明挖顺筑法施工，基坑围护结构标准段采用1000 mm厚地下连续墙，端头井采用1200 mm地下连续墙，竖向设置第一、四道混凝土支撑+5道钢支撑，钢支撑尺寸为Ø609 mm，t=16 mm。车站结构包括的单位工程有车站主体基坑和附属工程。

附属结构一号风亭4号出入口为地下2层结构，开挖深度18.35 m；2号风亭5号A出入口为地下2层结构，开挖深度约10.46 m，6号出入口为地下2层结构，开挖深度约12.35 m，8号出入口，连接佳兆地产建筑区域，开挖深度为10.57 m，附属基坑围护结构根据基坑深度采用800 mm地连墙、Ø800@950 mm钻孔灌注桩围护，竖向采用1道混凝土支撑加若干道钢支撑体系。

2　监测方案

为全面掌握施工中基坑自身变形及对周边环境的影响，对本车站基坑编制了详细的检测方案，本文主要分析研究对象包括围护结构深层水平位移、墙后地表沉降、立柱桩垂直位移、周边管线沉降等，测点布置如图1所示。其中，地下连续墙共安装30个测斜孔，分别为CX1～CX30，附加墙顶水平、垂直监测点S1～S30/C1～C30；坑周地表沉降监测点58个，分别为DB1～DB58；地表断面沉降点12组，分别为B1-1～B12-6；立柱桩竖向位移监测共设10个测点，分别为L1～L10；基坑本体监测点布置图见图1。

图1基坑本体测点布置

3　实测结果分析

3.1　施工步骤节点

为方便后续数据分析介绍，现将基坑施工主要节点汇总如下，见表1。

3.2　围护体墙顶水平位移数据分析

自2017年7月27日第二层土开挖开始至2017年11月21日大底板完成期间，围护体墙顶水平位移变化情况见图2。

由图2可见，基坑从2017年7月27日开挖开始，随着施工的进行，墙顶水平位移变形趋势较为明显，当基坑开挖至设计标高后，变化趋于稳定。东侧墙顶整体向基坑内位移(累计变化量为正)，平均累计变化量约为2.96 mm，西侧墙顶整体向基坑外位移(累计变化量为负)，平均累计变化量约为-4.27 mm，西侧墙体水平位移量普遍大于东侧墙体水平位移量。由于地连墙底部发生踢脚现象，导致首道支撑呈现受拉状态，和轴力测试结果相互印证一致，这种现象在超深基坑监测结果中较少出现，这从侧面说明基坑首道支撑采用砼支撑的必要。

表1　基坑开挖施工主要工序时间节点汇总

3.3　围护体深层水平位移数据分析

自2017年7月27日第二层土开挖开始至2017年11月21日大底板完成期间，围护体深层水平位移变化量较为明显。限于篇幅，此处选取基坑东西两侧中部测点(东侧CX25，西侧CX10)进行分析。变形情况见图3、图4。

由图3、图4可见，基坑从开挖开始，随着施工的进行，深层水平位移变形量较为明显，变形最大点随着开挖深度的增加而逐渐向下移动，开挖至设计标高时，地连墙变形最大处稳定在接近底板位置以上附近，深度为0.93～1.07倍开挖深度。变形较大的测点主要位于基坑西侧标准段，基坑东侧地连墙变形量较基坑西侧偏小，端头井地连墙变形最小，平均变形量约为开挖深度的1.79‰。变形最大的测点为CX10，累计变化最大量达到83.47 mm，约为开挖深度的3.3‰。监测结果还可以看出长方形基坑长边中部变形量最大，由中间向两侧端头井方向变形量逐步减小。由此可见地铁超深基坑采用设置中隔墙、分区分层挖土、支撑及时到位等措施可有效控制超深基坑的累计变形量。

图2围护体墙顶水平位移变化曲线

图3　围护体深层水平位移变化曲线(西侧CX10)

图4围护体深层水平位移变化曲线(东侧CX25)

3.4　围护体墙顶垂直位移数据分析

自2017年7月27日第二层土开挖开始至2017年11月21日大底板完成期间，围护体墙顶垂直位移变化情况见图5。

图5围护体墙顶垂直位移变化曲线

由图5可见，基坑从开挖开始，墙顶呈现隆起状态。当第六层土开始出土时，降水井开始启动运行，墙顶隆起趋缓，进而呈现墙顶沉降；当第七、八层土开始开挖时，由于上覆土的卸载量较大，墙顶隆起趋势恢复，大底板施工完成后，隆起趋势停止，随着主体结构的施工，墙顶转为沉降状态。基坑围护墙顶垂直位移隆起量较为同步。平均累计隆起量约为13.14 mm，约为开挖深度的0.52‰。

3.5　立柱桩垂直位移数据分析

自2017年7月27日第二层土开挖开始至2017年11月21日大底板完成期间，立柱桩垂直位移变化情况见图6。

图6立柱桩垂直位移变化曲线

由图6可见，基坑从开挖开始，由于土体的大量、快速卸载，立柱桩呈现明显隆起状态。与前述围护体墙顶变形趋势一致。当第六层土开始出土时，降水井开始启动运行，立柱桩隆起趋缓，进而呈现沉降趋势；当第七、八层土开始开挖时，由于上覆土的卸载量较大，墙顶隆起趋势恢复明显，大底板施工完成后，隆起趋势停止，随着主体结构的施工，墙顶转为沉降状态。基坑围护标准段内立柱桩垂直位移隆起量较为同步，端头井范围内测点隆起量明显偏小(测点L9、L10)，上抬量为标准段范围内测点的35%左右。平均累计隆起量约为23.02 mm，约为开挖深度的0.91‰。

4　结论

前文以地铁车站超深基坑为工程背景，分析了其围护结构变形监测结果，得出以下结论。

(1)本工程超深基坑围护体墙顶水平位移量数值较小，东侧墙顶整体向基坑内位移(累计变化量为正)，平均累计变化量约为2.96 mm，西侧墙顶整体向基坑外位移(累计变化量为负)，平均累计变化量约为-4.27 mm，变形趋势与支撑轴力监测结果一致。围护体墙顶垂直位移隆起量较为同步，平均累计隆起量约为13.14 mm，约为开挖深度的0.52‰。

(2)由于围护体出现踢脚现象，导致首道支撑呈现受拉特征，间接表明首道支撑采用砼支撑的必要性。另外一方面也表明，适当增加围护结构的插入比，减小由于围护体变形过大造成周边地表和管线的过大沉降量。

(3)地连墙变形最大处稳定在底板位置以上附近，深度为0.93～1.07倍开挖深度，平均变形量约为开挖深度的1.79‰。变形最大的测点为CX10，累计变化最大量达到83.47 mm，约为开挖深度的3.3‰。长方形基坑长边中部变形量最大，由中间向两侧端头井方向变形量逐步减小。由此可见地铁超深基坑采用设置中隔墙、分区分层挖土、支撑及时到位等措施，积极利用好“时空效应”特征，可有效控制超深基坑的累计变形量。

(4)基坑围护标准段内立柱桩垂直位移隆起量较为同步，端头井范围内测点隆起量明显偏小，上抬量为标准段范围内测点的35%左右。平均累计隆起量约为23.02 mm，约为开挖深度的0.91‰。由于立柱桩本身重力及桩底埋深与地下连续墙相比明显偏小，故立柱桩隆起量约为围护体隆起量的1.75倍。