滨海地区二元地层明挖隧道基坑施工变形实测分析

2023-11-06伍坤

工程建设与设计 2023年19期

伍坤

（江西省天驰高速科技发展有限公司，南昌 330103）

1 引言

随着我国城市建设的快速推进，地铁、隧道及市政等基础设施的建设得到了大规模发展，与之伴随的地下基坑开挖工程也越来越多。基础设施快速发展的同时也使得基坑工程开挖面临的施工环境越来越复杂。例如，在基坑开挖红线外往往分布着密集的建构筑物、地铁、管线等，基坑施工风险性也随之显著提高。研究地下工程开挖对周边环境的影响特性也成为众多学者和工程人员所关注的热点问题之一。

研究基坑开挖对周边环境影响特性的方法和手段众多[1-4]，其中现场实测分析是最为直接、准确的方法，可充分考虑实际复杂地层及施工过程的影响。任城等[5]和董桂红等[6]分别通过现场实测资料分析对基坑开挖过程中土体及支护结构的水平位移、周边地表沉降分布特性进行了研究。李淑等[7]通过对大量北京地铁车站基坑现场实测资料进行统计分析，给出了北京地区地铁车站基坑开挖引起的邻近土层变形特性的经验分析方法。徐凌等[8]对不同支护结构形式下基坑实测变形资料进行分析，建立了基坑围护结构形式（刚度）与地表沉降槽分布范围的规律。徐娜等[9]以厦门地铁2 号线海沧大道车站基坑为研究对象，通过现场实测资料分析得到了滨海地区长大深基坑施工引起的邻近土层变形规律。胡学明[10]采用实测与理论分析相结合的方法对杭州地区的明挖隧道基坑变特性进行了研究，给出了不同围护结构形式下围护结构的内力、变形及土层变形分布规律。

基坑开挖引起的地层变形分布规律受地层条件影响密切，不同地层条件下基坑开挖引起的邻近土层变形分布规律差异较大。本文以某明挖基坑为研究对象，场地上部土层为素填土、粉质黏土层及砂层，下部为风化状态的花岗岩，呈现出典型的滨海地区上下软-硬二元地层分布特性。在施工过程中对基坑进行现场实测分析，通过对围护结构水平位移、地表沉降及立柱变形分布规律进行分析，研究在滨海地区软-硬二元地层条件下基坑开挖过程中的受力变形规律，为类似地层中基坑工程设计和施工提供参考借鉴。

2 工程概况及地质条件

2.1 工程概况

拟建枋钟路隧道接金尚路现状通道，隧道起点位于金尚路隧道东侧出口，与原隧道相接，沿现状枋钟路向东，穿过环岛干道高架后出地面。起点K20+968.120，终点K23+795。其中K21+068.130～K23+565 为暗埋段，长2496.87 m；其余为敞口段，长330.01 m，敞口与金尚路通道连接过渡段。隧道全长约2826.88 m。通道设计双向6 车道，开挖拟采用明挖顺作法施工，需进行基坑支护。隧道主线开挖深度在2.85～17.64 m，匝道单独开挖深度1.69～4.07 m，1#雨水泵房开挖深度20.37 m，2#水泵房开挖深度22.04 m，3#废水泵房开挖深度22.28 m。

2.2 地质及水文条件

地勘报告揭露地层的主要分布特性见图1。其中，软土属软弱土，人工填土、粉质黏土、砂类土、残积土、全风化煌斑岩及全风化花岗岩、强风化花岗岩（砂砾状）属中软-中硬土；强风化花岗岩（碎块状）、中、微风化花岗岩属软质岩石-岩石。

图1 场地典型地层分布

3 基坑围护结构及监测方案

3.1 基坑围护结构设计方案

工程场地为现状道路，两侧分布有建筑物、厂房、水库等，并通过环岛高架，道路地下埋设有管线（需迁改），综合考虑造价及工期，明挖隧道基坑采用钢板桩、灌注桩、灌注桩+止水帷幕工法。当开挖深度小于3 m 时，采用钢板桩支护；当开挖深度大于3 m 时，采用灌注桩+内支撑支护。基坑围护桩采用φ1 000 mm@1 200 mm 钻孔灌注桩，根据实际开挖深度的不同，桩长在20.5～31.5 m。共设置4 道水平内支撑，第一道为混凝土支撑，其余3 道为钢管支撑，具体支撑设计参数如表1 所示。

表1 基坑内支撑设计参数

3.2 基坑围护结构设计方案

作为厦门第二东通道工程的重要组成部分，为保证枋钟路隧道工程安全顺利推进，在基坑开挖过程中，对基坑围护结构及周边环境进行实时监测，并根据现场实测数据，进行信息化施工。以起讫里程K22+551～K22+787 隧道明挖基坑为研究对象，共布置7 道监测断面，监测项目包括地表沉降观测、围护结构水平位移观测、地下水位观测、坑内立柱变形观测及内支撑轴力观测。地表沉降观测点在隧道基坑开挖南北两侧对称分布，每侧共设置沉降点5 个。基坑监测点平面布设如图2所示。

图2 监测点平面布置图

4 实测结果分析

4.1 围护结构水平位移

图3 为不同断面处基坑围护结构水平位移沿深度分布曲线。从图3 中可以看出：从基坑开挖开始到隧道主体结构施工完成期间，围护结构水平位移随工况进行有逐渐增大接着趋近平稳的变形特性。围护结构最大水平位移在26～80 mm，最大位移发生在K22+787 断面处，可能与该位置为堆料场，上部堆载较大有关。最大水平位移发生在围护结构10 m 深度处，且大致位于第四道钢管支撑位置。为了减小基坑围护结构水平位移，需要及时施作最后一道支撑，以快速提供有效的支撑作用力。

图3 不同断面基坑围护结构水平位移沿深度分布曲线

按基坑平均开挖深度16 m 计算，围护结构最大水平位移约为0.16%～0.50%的基坑开挖深度，小于Peck[11]的研究结果1.00%和Clough 等[12]的研究结果0.60%。这可能与本工程中软-硬二元地层的工程地质条件有关系，下部风化岩层能起到较好的嵌固作用，可有效降低围护结构的水平位移值。

4.2 地表沉降

图4 给出了基坑外侧不同位置监测点（DB-0、DB-1）处地表沉降δv随时间的发展曲线，两个测点距坑边距离分别为1 m、9 m。从图4 中可以直观地看出：随着基坑开挖的进行地表沉降值呈现出先增大后逐渐平稳的变化趋势；最大地表沉降约为40 mm，大约为基坑开挖深度的0.25%。不同位置测点处最大地表沉降值存在较大差异，距坑边最近的监测点DB-0沉降值最小，平均沉降值约为8 mm；随着距坑边距离的增大，地表沉降值呈现先增大后减小的趋势，呈现“√”分布特征。最大沉降位于DB-1 测点附近，大致在基坑开挖深度的0.3 倍距离处，这与文献[9]及文献[12]的实测结果稍有差异。