管廊基坑稳定性及变形特性研究

■中铁十八局集团有限公司天津国际工程分公司 苏天臣

近年来，随着城市综合管廊的推广以及广泛应用，管廊基坑的安全施工以及经济效益越来越受到关注。如何实现高效、经济、安全的管廊基坑施工，显得格外重要。由于地下综合管廊具有很强的综合性，其施工特性也较为复杂，若管廊基坑较深则施工更为复杂，对周边环境更易产生不利影响，且管廊基坑施工路段常常面临复杂的交通环境，使得管廊施工更为受限，难度更高、更复杂。

为了实现管廊基坑的快速安全开挖，基坑开挖过程中需进行实时监测。国内许多学者对基坑进行了研究，但是这些研究大多聚焦建筑深基坑的研究与分析，其中对管廊基坑的研究也较少分析基坑的稳定性和变形特性。本文以沙特法赫德国王石油矿产大学校园内综合管廊基坑为例，对基坑施工过程中的变形和稳定性进行分析。

1.工程概况

该项目位于沙特法赫德国王石油矿产大学校园内，项目包括区域A 和区域B 两个区域，单位工程包括综合管廊、维修房、道路、绿化等。综合管廊为钢筋混凝土结构，高4.9m、宽4.3m，占地8200m2，全长1.9km，主线1.7km、支线0.2km，开挖平均深度为8m，管廊内主要包括给排水管、水处理系统、照明、输电系统、通信和消防报警系统等市政设施。

该项目综合管廊为单舱断面，综合舱内布置1根DN315消防水管、1根DN160灌溉水管、1根DN110灰水管、1根DN90饮用水管、3个回路13.8KV 的电力中压电缆、4孔通信电缆和通风管道设备，断面净空尺寸为3.5m×4.1m。管廊主体结构采用现浇混凝土结构，结构型式分为两种结构断面，主体结构顶底板及侧墙壁厚0.40m。

2.管廊施工特点

该项目综合管廊建设工程位于区域A，与地面道路走向布置一致，位于机动车道下方，综合管廊中线与道路中线偏差1m，综合管廊基坑开挖深度约5.27m ～10.1m，属于深基坑。根据地质勘察报告，18个探孔未发现明显地下水，该基坑所处区域地层为粉砂土、粉砂、砾砂及其组合，距地表的深度为11m，基坑底部位于此土层内。根据实际的地质概况和现场环境，决定对管廊基坑进行放坡开挖，其中，粉砂层的坡度为1：0.75，坚硬土层的坡度为1：0.3。土层开挖采用反铲式挖掘机机械开挖，开挖过程中遇到坚硬土层时采用镐头机开挖。开挖方法采用台阶开挖法，开挖时设置足够的设备安全距离，因其基坑开挖较深，在开挖时应做到及时支护。由于综合管廊所在区域外侧公路高于校内公路，呈坡状走向。雨季来临时，大量雨水将从外侧流向校内，从而流入综合管廊基坑内，而粉质黏土层、粉砂、砾砂，均属于透水系数非常大的土层，因此，降水和排水是其中的关键环节，应该严格按照规范进行。

基坑边坡开挖要做到随挖随运，严格按照施工规范进行开挖，严禁基坑周边2m 内堆土，以保持基坑边坡的稳定。当基坑挖至设计标高后，每隔100m 设置一个集水坑，以做好基坑的排水工作，并及时进行坑底施工，确保基坑安全。基坑开挖后若遇到软弱夹层，应将软弱夹层清除；若遇到异常情况，应停止开挖，并查明原因且采取措施解决，解决后才能继续开挖，基坑开挖应杜绝超挖。此外，由于基坑开挖施工工序较多、工期较长，需要大量的机械和人员作业，一旦出现偏差就会引起事故，若出现滑坡或者塌方漏水事故，将会引起较大的人员伤亡和财产损失，因此，施工过程中需要对基坑加强监测，以提前告知预警。

3.基坑稳定性监测

基坑在施工过程中需要全过程监测，以保证基坑施工的安全保障。基坑监测包括监测点的水平位移和竖直位移，基坑监测点的布置在基坑的两侧，沿着基坑开挖线平行布置，间距20m，部分区域需要加密布置，间距为10m。监测段为T2基坑 K0+100-K0+800，T1基坑 K0+50-K0+350。该基坑的控制标准为基坑顶部水平位移为30mm-35mm，变化速率为5-10mm/d；基坑顶部竖直位移为20mm-40mm，变化速率为3-5mm/d。

3.1 管廊基坑坡顶水平位移

图2 管廊基坑坡顶竖直位移

综合管廊基坑坡顶部分重点测点的水平位移监测结果，如图1所示。由图1可知，随着监测次数的增加，监测点的水平位移逐步增大，最终在第9次、10次趋于稳定，表明监测点的水平位移随着基坑开挖深度的增加而增大，并在基坑开挖结束后基坑监测点的位移趋于稳定。基坑在开挖之初，坡顶的水平位移非常小，开挖之后水平位移迅速增大，且增速一直较大，待基坑开挖完毕后，水平位移增速迅速减小趋于0，水平位移基本上处于一个稳定的状态。基坑开挖至设计标高后2周内，坡顶监测点水平位移基本保持不变，表明监测点位移已经趋于稳定。

不同基坑段的监测点最大位移不同，T2 基坑K0+100-K0+290段的最大水平位移为28.5mm，监测点为3#测点；T2基坑K0+400-K0+650段的最大水平位移为32.1mm，监测点为11#测点；T2基坑K0+700-K0+800段的最大水平位移为31.2mm；T1基坑K0+100-K0+300段的最大水平位移为31.0mm。所有路段的最小水平位移约在5mm 左右，但是就某个监测点的发展历程而言，监测点的位移变化波动不大，基本上呈平稳发展姿态，且没有出现上下波动现象，说明监测数据是有效的。各监测点的最大水平位移均在坡顶水平位移监测点控制范围以内，表明基坑开挖施工支护效果较好。

3.2 综合管廊基坑坡顶竖向位移

综合管廊基坑坡顶部分重点测点的竖向位移监测结果，如图2所示。由图2可知，随着监测次数的增加，监测点的竖直位移逐步增大，最终在第7次到第10次趋于稳定，表明监测点的竖直位移随着基坑开挖深度的增加而增大，并在基坑开挖结束后基坑监测点的位移趋于稳定。基坑在开挖之初，坡顶的竖直位移非常小，开挖之后竖直位移迅速增大，且增速一直较大，待基坑开挖完毕后，竖直位移基本上处于一个稳定的状态。基坑开挖至设计标高后2周内，坡顶监测点竖直位移基本保持不变，表明监测点位移已经趋于稳定。

不同路段的监测点最大位移不同，T2 基坑K0+100- K0+290 段的最大竖直位移为-23.8mm，监测点为7#测点；T2 基坑K0+400-K0+650 段的最大竖直位移为-28.7mm，监测点为11#测点；T2 基坑K0+700-K0+800 段的最大竖直位移为-20.4mm；T1基坑K0+100-K0+300段的最大竖直位移为-19.9mm。就某个监测点的发展历程而言，监测点的位移变化波动不大，基本上呈平稳发展姿态，没有出现上下波动现象，说明监测数据是有效的。各监测点的最大竖直位移均小于30mm，均在坡顶竖直位移监测点控制范围以内（20mm-40mm），表明基坑开挖施工支护效果较好。

4.结语

该项目综合管廊基坑属于深基坑，工程量大、工程周期长。管廊基坑的稳定性和变形特性，是影响基坑能否顺利开挖的重要因素。基坑工程根据其施工特点采取了相应的施工方案以及合理的支护措施。通过分析地层分布情况，针对粉砂土、粉砂土层分别采用开挖支护措施，并对基坑开挖全过程进行监测，通过对监测点的水平位移和竖向位移分析得出，管廊基坑监测点最大位移均在可控范围之内，表明基坑开挖方案可行且效果较好。