某地铁站深基坑开挖监测分析

□文/汪晨晨 刘 龙 孙巍巍

地铁以运输能力强、运输速度快等优点成为城市建设可持续发展、改善城市交通状况的重要途径之一；而随之面临的深基坑开挖过程中如何保证基坑稳定和周边构筑物安全问题成为研究热点[1～3]。在实际工程研究方面：杨守兴等[4]研究得出锚索预应力的变化规律并且发现桩锚支护这种形式的围护结构能够控制深基坑的水平变形；陈福建等[5]通过开挖过程中下穿高架桥段深基坑监测数据，总结了围护桩和地表位移、桥墩竖向位移变化规律；江杰等[6]、黄钟晖等[7]基于广西南宁市的深基坑监测数据，总结了该地区复杂环境下基坑支护变形规律；王海超等[8]通过监测数据与数值模拟，得出围护结构位移与连续墙深度变化规律。本文通过对广东佛山市某地铁站深基坑施工过程实时监测，分析地下连续墙墙体水平位移、周边地表沉降和地下水位的变化规律，为同地区相似工程提供参考。

1 工程概况

某地铁站主体结构基坑长473.60 m，深约16.58 m，标准段宽19.7 m，为单柱双跨两层的结构形式，属深基坑工程。该站标准段基坑比较规则，围护结构采用800 mm 厚地下连续墙，开挖前采用深井降水，标准段设三道内支撑：第一道是700 mm×900 mm 的混凝土主支撑，肋撑尺寸为500 mm×700 mm；第二道是1 000 mm×1 100 mm的混凝土主支撑，肋撑尺寸为600 mm×800 mm；第三道支撑为φ609 mm，t＝16 mm钢支撑。

2 地质及水文条件

该站场地属于三角洲平原地貌，地势平坦，地面高程1.70～4.80 m；河涌、鱼塘位置地面高程较低，为-0.13～0.16 m；受人类建设活动影响，地面现状稍有起伏。地下连续墙底部嵌入强风化岩层，基坑底部主要处于淤泥质土层、粉质黏土层，局部处于冲洪积砂层、残积土层。地下水埋深较浅；每年4～10月为雨季，大气降雨充分，地下水位会略有上升；而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，变幅为2.5～3.0 m/a。

3 监测内容及测点布置

对深基坑开挖过程中围护结构及周边环境进行全面实时监测。监测项目主要为墙顶水平位移、地下水位和周边地表竖向位移；监测内容为GB 50911—2013《城市轨道交通工程监测技术规范》规定的应测项目，采用现场巡视检查和仪器测试结合的方式进行监测。

墙体水平位移监测点布设于钻孔桩（地下连续墙）内，各测点间距30 m，共布设55孔，编号ZQT-01～ZQT-55。基坑周围的竖向位移测量点布置在断面和垂直基坑的方向上，标准断面沿基坑两侧各布设3个点，间距分别为2、3、5 m，编号为DBC-i-j(i表示测点位置；j表示测点编号)。基坑水位监测点沿基坑外侧土体间隔约20 m 布设，共布设53 孔，编号为DSW-01～DSW-53。见图1。

图1 地铁站监测点

4 监测数据分析

4.1 断面地表沉降

为了解开挖对周边地表沉降影响，选取深基坑具有代表性的两个断面上的测点为研究对象，正值和负值分别代表上升和沉降。断面2 位于深基坑的中部，断面3位于基坑的东侧。见图2和图3。

图2 断面2地表沉降变化

图3 断面3地表沉降变化

从图2 和图3 可以看出，随着深基坑开挖的进行，各测点沉降先缓慢增大，然后随着开挖深度加大沉降明显增大，最大沉降量为-114.86 mm(DBC-02-06)和-125 mm(DBC-03-06)。

断面2和断面3沉降曲线有共同的现象：地表沉降变化最大的点并不是离基坑最近的点，最大沉降发生在距离基坑大约10 m处的监测点DBC-02-06和DBC-03-06 上，即开挖深度的0.6 倍距离处，最大沉降位置不随施工进度而变化，符合有支护基坑桩后地表沉降的变化规律。基坑附近的地表沉降在允许的变形范围内；可以看出，基坑支护体系稳定安全。

4.2 墙体水平位移

对地下连续墙墙体水平位移的监测能够直观反映基坑内深层土体的位移状态，本文选取具有代表性的测斜点ZQT-01，取现场不同工况下的监测结果绘制墙体水平位移。随时间及深度变化曲线，见图4。

图4 墙体水平位移变化曲线

从图4 可以看出：基坑开挖第一层土体到第一道混凝土支撑架设完成期间，墙体的水平位移近似一条直线，这是由于基坑开挖深度较浅，混凝土支撑承受了主要的土压力；第一道混凝土支撑架设完成到第二道混凝土支撑架设完成期间，随着开挖深度的增加，墙体所受侧向土压力随之增大，墙体开始明显向基坑内倾斜，位移明显增大，最大位移7.09 mm 位于基坑深度8.5 m 附近；第二道支撑架设到第三道钢支撑架设完成期间，墙体水平位移进一步增大，最大位移12.08 mm位于基坑深度9.5 m处；第三道支撑架设完成至底板浇筑完成期间，墙体水平位移还在增大，但是增大幅度减小，这是受两道混凝土支撑和钢支撑的共同作用，墙体水平位移变形受到限制，墙体下部的水平位移没有发生明显的变化，这是因为底板很好地约束了连续墙底部位移，所以变形不大；底板浇筑完成后，墙体水平位移达到最大值12.95 mm，因为土体应力释放存在时间效应，所以墙体最大水平位移出现在底板浇筑完成后。从整个监测过程来看，曲线呈抛物线形，符合多层内支撑围护结构的变形规律。

4.3 地下水位

开挖过程中监测点水位随时间变化曲线见图5。图5中，正负值分别表示水位上升与下降。

图5 地下水位变化

从图5 可以看出：除DSW-01 外的其余测点水位变化量比较稳定，但测点DSW-01 最大沉降变化量940 mm 仍小于控制警报值1 000 mm。孔隙承压水和基岩裂隙水是场地的主要地下水类型，由于孔隙承压水主要存在于粉细砂中，而岩裂隙水主要存在于强、中等风化岩中，这两种地下水都不具有承压性，加上基坑内降水合理，所以开挖时地下水位变化波动较小。

5 结论

1）监测结果表明，深基坑的围护结构和多道支撑对开挖变形有明显的限制作用，周边地表沉降随着开挖深度增加缓慢增大，地表沉降变化最大的点并不是靠近基坑的点，而是发生在开挖深度的0.6倍距离处，最大沉降的位置不会随施工的进行发生改变。

2）混凝土支撑+钢支撑组合能够满足现场施工和结构设计要求，从整个监测过程来看，墙体水平位移曲线随开挖深度变化有明显的特征：两头小、中间大，呈抛物线形；这也符合多层内支撑围护结构的变形规律。从监测数据也可以看出第一道混凝土支撑和底板对墙体有较强的约束作用。

3）该地区地铁站的深基坑监测数据分析结果表明，基坑开挖时地下水变化幅度不大，对类似环境的工程具有指导意义。