基于灰色理论的深基坑变形监测分析

聂建省

摘要：为了能更好控制深基坑开挖过程中周边环境变形，为城市深基坑施工提供保障，本文在灰色理论基础上，通过建立深基坑变形预测模型，对大学城地铁车站进行控制桩水平位移和沉降实时监测。结果表明：灰色理论应用到深基坑变形监测数据分析上是可行的;灰色预测模型能很好的反映深基坑变形监测数据的发展趋势;水平位移和沉降监测结果反应出来的深基坑周边变形情况基本一致。

Abstract： In order to better control the surrounding environment deformation during excavation of deep foundation pit and provide guarantee for the construction of deep foundation pit in the city， based on the grey theory， this paper established a deep foundation pit deformation prediction model， and conducts real-time monitoring of the horizontal displacement and settlement of the university city subway station. The results show that： it is feasible to apply the grey theory to the deformation monitoring data of deep foundation pit; the grey prediction model can reflect the development trend of deep foundation pit deformation monitoring data; the deformation of deep foundation pit of horizontal displacement and settlement monitoring results is basically the same.

關键词：灰色理论;基坑;仿真模拟;变形监测

Key words： grey theory;foundation;analogue;deformation monitoring

中图分类号：TU753                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）16-0129-03

0  引言

随着社会经济的发展，城市地铁建设突飞猛进，地铁站深基坑的规模也随之不断扩大。那么，在城市中开挖较大规模的深基坑势必会对周边环境造成巨大影响，并有可能在深基坑开挖施工过程中引起工程事故。所以，为了减少事故的发生，需进一步对深基坑开挖过程中周边环境变化趋势深入研究。

在深基坑开挖过程中需对基坑壁进行有效的支护，支护效果的好坏可通过对基坑周边环境控制点进行实时监测，其监测的主要方面是地表控制点沉降和移动情况，为了对实时监测数据进行有效的分析，本文通过灰色理论模型对监测数据的变化趋势进行了预测，并对实际监测数据进行有效分析，得到了较好的结果。

1  灰色理论

灰色理论是对离散原始数据进行处理来寻求变化规律的，主要有累加生成法。累加生成法是通过数据列间各时刻数据的依次累加得到新的数据和数列。累加之前的数列称作原始数列，累加后的数列则称作生成数列。若有原始数据列x（0）（i），i∈N，多次累加后获得生成数列x（ξ）（i），i∈N，则累加生成的基本关系式为：

生成后的数据列x（ξ）（i），i∈N，一般表现出较强的规律性。若有原始数据列（1，2，1.5，3）的图形，表现出来毫无规律。如果把它们依次累加，得累加数列（1，3，4.5，7.5），其曲线表现出较强的规律性，如图1所示。

而指数函数是随着时间的增加急剧增长的，在基坑发生不稳定情况下能很好的反映深基坑变形的发展情况，将式（2）中参数取如下值：a=0.6，c=0，b=0.20、0.25、0.30，则变形发展态势如图2所示。

从图2中可以看出，随着k值的增加，变形值随之增大，当控制参数a为一定值时，变形值的大小随着b值的增加而增大。从图中可以看出基坑变形速度的快慢可从b值的大小来体现，b值越大指数增长速度越快，b值越小增长速度越慢。灰色预测模型应用到深基坑开挖变形中能很好的反映深基坑在开挖过程中周边环境变形发展趋势，为有效采取防治措施提供有力的依据。

2  工程概况

西安地铁临潼市域线大学城站地处于陕鼓大道与芷阳路十字路口，沿城市主干道秦唐大道设置，呈东西走向。车站紧邻西安工程大学和西安科技大学两所高校，距离建筑物较远。车站施工范围内管线埋深较浅，无控制性管线。大学城车站采用二层双柱三跨结构，站台采用岛式，最大埋深为18m，顶部覆土3.0m左右。车站设计起点里程为YDK18+181.279～YDK18+420.779，有效站台中心里程为YDK18+260.479m，有效站台中心轨面高程为421.479，车站长度为239.5m。

3  动态施工监测结果

在深基坑开挖前需要对基坑周边环境变形区内建立控制点及控制桩结构，如图3为深基坑施工变形监测控制桩。对控制桩的监测主要是桩顶水平移动和桩顶沉降情况。

由图4监测变化数据分析，测点水平位移-时间曲线可以看出，深基坑施工坑顶水平位移变化有如下特点：①各测点的监测值随时间的增长而逐步增大，且中间测点的水平位移值明显大于角点水平位移值;②各测点的水平位移值随时间的增长渐趋于稳定;③由于施工工程中各工序的影响，使得各测点水平位移呈现无序性，从总体上分析具有一定的规律性。

通过对SP1、SP2、SP3三个具有代表性的控制桩顶沉降位移进行监测，可得桩顶沉降位移監测数据变化趋势图，如图5所示。

由图5桩顶沉降监测变化数据分析，可得坑顶沉降值变化具有以下特点：①监测初期，测点沉降量较小，缓步发展、波动不大，比较稳定;②多数测点的沉降值小于10mm，可见基坑的沉降变形比较稳定;③深基坑桩顶监测点沉降量随时间的推移逐步增大，且各位移点的变化幅度基本一致;④与水平位移相比较，测点沉降变形更为明显;⑤沉降值的大小与基坑周边堆载、重型机械震动、碾压扰动的大小密切相关，SP1、SP2号测点沉降值较大，说明基坑周边的附加荷载对基坑顶部的变形影响很敏感;SP1号测点的沉降值超出警戒值，这与水平位移反映出来的情况基本一致，说明超挖、锚固效果及基坑周围土体土质对基坑顶部变形影响很大。

4  结论

①深基坑坑顶水平和沉降位移变形值逐渐增大，最后趋于稳定;坑顶沉降大小受基坑深度、坑顶堆载及其他扰动较大，采取较好的锚固支护能很好减小坑顶沉降。

②通过对控制桩水平和沉降监测数据分析，可以看出沉降位移变化趋势和水平位移变化趋势反映出来的情况基本一致。

参考文献：

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