地铁某车站深基坑开挖变形特性研究

于 燕 时 宇

1上海城建市政工程（集团）有限公司辽宁分公司（110000）

2上海城建市政工程（集团）有限公司（200000）

1 工程概况

1.1 概述

长白北站为岛式站台车站，站台宽度为12m，车站主体结构总长239.9m。车站为双层三跨箱型框架结构，顶板覆土厚度为3m，标准段宽20.5m，底板埋深约16.45m；盾构段宽24.9m，底板埋深为18.05m。本车站主体部分采用明挖顺作法进行施工，基坑的围护采用钻孔灌注桩，并在坑内设内支撑。主体为箱型的框架结构，并且主体外设有防水层。车站共设出入口4个、地面风亭2组、安全疏散出入口1个、无障碍电梯1个、消防水池1个。长白北站～长白岛站区间沿线场地的车流和人流量较大，局部为绿化带和居民楼，沿线路走向（南京南街西侧）分布有军用光缆一条，距离基坑较远。

1.2 地质条件

车站基坑各层土的特征:①素填土（Q4ml）:黏性土，层厚0.8~7.1m；②黄土状土（Q4al）:粉土，局部粉质黏土，层厚1.5~7.0m；③卵石（Q4al）:颗粒的母岩主要是灰岩和花岗岩，层厚10.0~14.8m；④强风化砂岩（E1-2）:细粒结构，成岩的作用低且遇水时容易软化。

1.3 水文条件

本工程勘察期间钻探深度范围内观测到一层地下水，地下水类型为潜水。据现场实地调查，场地北侧与浑河相距约600m；南侧约700m处路东侧有一施工工地正在进行施工降水，基槽深度约13.5 m，水位在槽底以下1.5～2.5m。

1.4 工程环境

1.4.1 周边地下管线

长白北站施工场地内存在较多管线，施工时需对其进行永久或临时改移。其中有一根200mm×200mm的通信光纤横跨基坑，需悬吊保护。A、D出入口暗挖通道垂直下穿1根DN800mm给水管、1根DN900mm给水管、2根DN800mm排水管。

1.4.2 周边建构筑物

长白北站临近深航翡翠城居民区4栋居民楼，均为33层高层剪力墙结构，埋深7m；深航翡翠城居民楼距离主体结构水平净距最小为21.35m，距离C出入口12.2m，根据风险源划分原则，属于三级风险源；长白北站临近1栋3层售楼处，埋深3.7 m，距离基坑边线约19m，售楼处距离1号风亭10.6 m；远洋天地居民楼临近长白北站A、D出入口，A、D出入口暗挖通道垂直下穿DN800mm给水管、DN800mm排水管，竖向最小净距约2.91m。

2 监测基坑的变形

2.1 监测点和监测项目

结构监测平面图显示的监测点及监测项目为：22个监测点对桩顶的水平位移进行监测，14个监测点对桩体的水平位移进行监测，22个监测点对桩顶的垂直位移进行监测，13个监测点对地下的水位进行监测，12个断面共计48个监测点对支撑轴力进行监测，50个监测点对地表的沉降进行监测，36个监测点对地下管线的沉降和水平位移进行监测，24个监测点对建筑物的沉降进行监测，15个监测点对建筑物的倾斜进行监测。

2.2 监测点

车站的主体围护采用C30等级混凝土钻孔灌注桩，直径为1200mm，桩间距为1.5m；支撑使用钢管焊接，第一道支撑位于冠梁上，第二、第三、第四道支撑位于钢围檀上。

2.3 监测结果

2.3.1 桩顶位移

桩顶位移由内支撑附近和内支撑之间的两个监测点测得，桩顶水平位移的绝对值随时间的增加而提高，从7月份开挖至9月份，最大的水平位移为-10.5mm，处在警界范围内，而内支撑之间的监测点位移和内支撑附近的监测点位移则变化十分平缓，说明内支撑可以有效控制桩顶的位移。

表1 模型土层的相关参数

2.3.2 桩体位移

每周的详细监测数据显示，监测点桩身的水平位移伴随时间的增加而增加，离桩顶约2m处的位移变化稳定，然后又快速地发展，并且桩身2/3的位置位移最高，随后则以不高于上升时的速度降低，桩底的位移则在0值上下波动，可以忽略不计。并且随着基坑的加深，各水平的位移w随时间而逐渐加大，最后趋于相对稳定的状态。

2.3.3 地表沉降

总共选取8个监测点，分别是ZT5-1、ZT5-2、ZT5-3、ZT7-1、ZT8-2、ZT9-1、ZT9-1、ZT1-1，由其对地表的沉降和基坑开挖之间的联系进行分析。ZT7-1、ZT9-1和ZT10-1位于基坑横向平行线，并且十分靠近基坑的中心，另外，ZT8-2和ZT9-2也是类似的监测点；监测结果显示:ZT7-1、ZT9-1、ZT10-1、ZT8-2、ZT9-2等监测点的沉降变化大致相同。ZT5-1、ZT5-2、ZT5-3则是位于基坑纵向平行线的监测点，根据顺序逐步离基坑渐近，ZT5-2监测点表现出的沉降变化趋势最大，然后是ZT5-3和ZT5-1；监测结果表明，离基坑的位置越近则沉降越大，并且沉降发生的变化也大。

3 数值模拟对比

3.1 模型参数

本次构建的模型类型为二维模型，对材料的分类则利用总应力的参数，而材料的模型为弹塑性模型，大小为90m×60m，x轴是基坑的宽度，y轴则是开挖的深度。将模型的两侧边界条件设定为x，底的边界条件设定为X/Y，设定基坑的两侧超载20 kPa。基坑的深度为24m，而在其内外的降水深度是-24.5m，桩顶高程为-1.5m，嵌固的深度为7.5 m，第一道、第二道、第三道、第四道支撑的施加预应力分别为200kN、500kN、700kN、700kN。模型土层的具体参数见表1。

3.2 监测结果与模拟结果的比较

通过相同的监测点对监测和模拟开展计算和分析，对比桩身与桩顶的水平位移。在对比模拟与监测的结果时，主要选择模拟的第4步、第8步、第12步等基坑开挖时的工况进行对比分析，并与实际的对应开挖工况结果比较。第4步与监测的结果比较，两者桩身位移的发展趋势大致相同，最大的水平位移为-10m；第8步与监测结果对比，显示位移逐步变大，最大位移为-15m；第12步与监测结果对比，显示两者的最大水平位移相同，进而说明伴随基坑开挖和加撑，桩顶表现出的水平位移则越来越小。就模拟和监测的结果对比来讲，模拟结果变化的速率小，主要是因为模拟时不能将现实的各种影响因素完全考虑进去[1-2]。而通过结果显示虽然存在一些误差，但计算的变化趋势大致相同，进而表明模拟分析是可行的，由此证明模拟分析可以呈现出变形的特性[3]。

4 结论

基于实际的基坑监测数据，对基坑附近的沉降和位移的变化规律进行分析，得出以下结论:

1）桩顶的水平位移变化和桩与钢支撑的距离相关。当桩与钢支撑的距离越近时，发生的水平位移则越小，由此表明钢支撑可以有效地控制桩顶的水平位移。

2）地铁地表的沉降与监测点离基坑的边距相关。与基坑的边距相同时，地表的沉降发生的相关变化大致相同；而离基坑越近，受到的影响就越大。

3）桩身的水平位移伴随基坑深度的增加而表现为先快后慢、先陡后缓的发展变化，并且在桩身2/3位置显现最大的位移值。