巨厚流塑状淤泥质地层区间隧道深基坑开挖对周边环境的影响分析

王彦虎

（中铁隧道局集团有限公司，杭州 310007）

1 引言

温州作为典型的软土地区之一，其软土不仅具有高压缩性、低强度、灵敏脆弱、流塑状等软土普遍特点，还具有较强的结构性，并且长期处于饱和流塑-软塑状态，使该地区的地质环境极为敏感、脆弱[1-4]。这种深厚软土在工程建设过程中会导致在软硬过渡段产生差异性沉降，深基坑施工期间稍有不慎，易引发基坑坍塌失稳等工程事故。为了保证施工过程中的安全性，在基坑开挖过程中进行变形监测极为重要。

本文通过现场实测数据分析的方法对温州巨厚流塑状淤泥质软土地层中地铁区间隧道深基坑开挖对周边环境的影响进行了详细分析，可以为类似地质条件下深基坑工程施工提供数据参考，从设计与施工两方面对此种地质条件下采用何种结构的围护形式，以及施工过程中各项监测数据的变化趋势提供可借鉴的经验。

2 工程概况

温州市市域铁路S1线一期工程奥体中心站至永强站区间隧道工程，起止里程为DK34+448.0～DK36+083.11，路线全长1 635.11 m，区间隧道采用明挖顺做法施工，线路沿龙湾区内围垦路敷设，其间下穿3条河道，分别为遐福河、前房河及北洋河。深基坑施工位置如图1所示。

图1 深基坑施工位置示意图（虚线区域）

工程所在地区的地质为人工填土、淤泥土、黏土等。从地质剖面可以看出，淤泥地层：标高主要集中在1.51～-31.25 m，厚度30.53～32.59 m；黏土地层：面层标高主要集中在-44.72～-43.56 m，厚度12.32～15.54 m；黏土地层：土面层标高主要集中在-44.72 m以下。施工深度区域主要位于淤泥地层，试验获得其液性指数和灵敏度都较高（液性指数IL=1.31属于流塑状态；灵敏度St=3.08属于一般黏土）。

施工监测点位布置示意图如图2所示，选取地表沉降观测点32个，地连墙顶部沉降及水平位移点8个，地连墙深层水平位移监测孔8个，地下水位监测孔8个，混凝土支撑轴力监测点共4个。

图2 监测点位置示意图（部分）

3 监测过程

本工程监测点的布设与监测工作紧随工程施工进度分段逐步开展，周边环境及围护体监测的实施一般在基坑围护体开挖施工前1周采集初始值，监测期6个月，即自2017年3月24日开始，至2017年10月24日止，根据现场施工工况和监测频次进行监测。

4 结果分析

4.1 地表沉降

从图3地表沉降曲线图分析可知：随着基坑开挖深度和暴露时间的增加，地表沉降量逐步增大，主要原因为坑内土体荷载卸除后坑外两侧土体向内挤压，因地连墙阻挡土体侧向压力部分转换为向下位移的力造成地表下沉。

4.2 地连墙顶部变形

图3地表沉降变化趋势图

图4 给出了部分地连墙顶部变形监测点的实测数据变化情况。由图4分析可知，施工前期，地连墙出现了局部隆起的现象，最大隆起点位于QC18处，数值约为+15.38 mm。但是地连墙顶部的水平位移变化不大，位移最大值位于QW26处，数值约为14.69 mm。分析其主要原因为：深基坑施工期间，由于基坑开挖，土体内部应力得到缓慢释放的过程，基坑两侧土体向坑底挤压造成基坑底部土体先会发生一定的隆起现象，从而带动地连墙出现一定的隆起量，之后随着时空效应的转变，最终缓慢下沉，但是由于第一道钢筋混凝土支撑的存在，有效限制了地连墙顶部的水平位移，减小了围护体系变形，降低了施工风险。

图4地连墙顶部变形趋势图

4.3 地连墙深层水平位移

图5 给出了CX13、CX14地连墙墙体水平位移的变化情况。由图可知，随着基坑深度的增加，墙体向基坑内侧水平位移量逐步增大，变化量最大的部位基本处于基坑底部位置。其主要原因是坑外土体的侧向压力对地下连续墙结构产生的压力造成墙体向坑内变形，随着基坑开挖深度的增加，对应位置产生的水平位移也逐步增大，最终变化量最大位置基本处于基坑底部位置。

图5 地连墙水平位移变化趋势图(CX13、CX14)

4.4 混凝土支撑轴力

表1给出了该区段混凝土钢筋计监测数据，监测期从2017年3月24日至4月24日。表中数据正值表示受压，负值表示受拉。由表1可知，最大压力变化发生在ZH4处，数值为989.6 kN，最大拉力变化发生在ZH5处，数值为-870.6 kN。其主要原因是基坑开挖引起周边土体应力状态改变，并逐步传导至混凝土支撑梁上，从而引起混凝土支撑梁内力状态的变化，可能存在受压或者受拉的状态。

表1 混凝土钢筋计内力实测数据记录表

4.5 坑外地下水位

图6给出了部分坑外地下水位随时间的变化曲线图。从图6可以看出，随着时间的增大，地下水位不断缓慢下降，最大的水位沉降约为-412.92 mm，对周边环境的影响不大。分析其主要原因为：坑内进行降水会对坑外水位造成一定的影响，由于地下连续墙的隔水、止水效果较好，基坑开挖施工对周边地下水的影响较小。具体表现地下水位下降不大。

图6 基坑外部地下水位变化趋势图

5 结论

本文对温州软土地层地铁区间隧道深基坑开挖对周边环境的影响进行了详细分析，主要包括：地表沉降分析，地连墙顶部变形分析，地连墙深层水平位移分析，混凝土支撑轴力分析，坑外地下水位分析等，总结如下：

1）由于基坑开挖卸载和暴露时间增加，周边地表也出现了一定的沉降，最大累计沉降量约-23.60 mm。同时地下水位监测表明，施工期间坑外地下水位出现了一定程度的下降，最大累计沉降量约-412.92 mm，各项监测指标值均未超设计预警值。

2）地连墙深层水平位移监测表明，施工期间地连墙水平位移最大累计值约34.62 mm，监测指标未超设计预警值。

3）混凝土支撑轴力变化较小，均未超过设计的预警值。表明该区间隧道采取地下连续墙支挡围护结构形式的设计可以使得基坑开挖处于安全可控状态。