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摘要：以某地铁车站深基坑工程为例，根据监测结果分析了基坑开挖围护结构的变形规律及邻近建筑物的安全。深基坑施工对周围环境的影响较小，在深基坑周边无复杂环境时，可对支护结构进行优化；深基坑钢支撑存在应力松弛现象，施工过程中应采取科学措施减小预应力的损失；基坑周边地面最大沉降点距基坑边缘有一定距离，地表沉降形状类似于勺形；邻近建筑物整体呈现出向基坑倾斜的趋势，差异沉降较小，且未出现裂缝。
关键词：地铁；深基坑；围护结构；变形；监测
中图分类号:TU74文献标识码： A
引言
城市轨道交通随着我国城市建设的快速发展，我国各大城市的主流发展趋势是向三维空间的发展。地铁建设必然涉及超深基坑的开挖，超深基坑开挖带来的变形问题一直是研究的热点与难点，这与其中很多复杂的不确定因素有关，如土层的不规律分布，土体结构的复杂性，地下水的渗流作用，土体与支护结构的共同作用等。基坑变形带来的最直接表现就是周围土体的不均匀沉降、围护结构的变形，进而导致周围建筑物的沉降与倾斜以及路面开裂。围护结构与基坑变形有着直接关系，因此加强对基坑围护结构变形的观测与研究有重要意义。
一、工程概况
某地铁站为内框架箱形结构岛式车站，采用明挖顺作法施工，车站长度为150.2m，车站标准段宽度22.7m，中心线位置开挖深度约为24.5m，覆土厚度3.5m。车站主体围护结构采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕+内支撑方案，支撑系统采用600钢管与钢筋混凝土支撑相结合的内支撑方式。基坑内从冠梁顶至基坑底共设5道支撑。第1道支撑除端头井及节点段斜撑采用混凝土支撑外，其余均采用600钢管(t=16mm)支撑，车站基坑保护等级为特级。车站场地土层从上至下分别为:全新统人工填土，上更新统风积新、饱和软及残积古土壤、中更新统风积老、冲积粉质黏土、中砂等。场地地下水属潜水类型，稳定水位埋深8.60～12.50m，水位年变化幅度2m左右。潜水赋存于上更新统残积古土壤、中更新世风积和残积粉质黏土及其夹砂层中。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土②层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。
因此，车站开挖对家属楼的影响较大，施工过程中，将该楼作为车站深基坑施工过程中的重点监测对象，全程监测基坑开挖及回填过程中的建筑物变形情况。车站及建筑物平面位置如图1所示。
图1车站及建筑物平面布置
二、地下连续墙水平位移数据统计分析与数值模拟
对于墙趾进入硬土或风化岩层的围护结构，围护结构底部基本没有位移，而对于墙趾位于软土中的围护结构，当插入深度较小时，墙趾出现较大变形，呈现出“踢脚”形态。根据工程经验和模型验证，随着深层土体的不断开挖，墙体最大水平变形也随之下移，最大水平位移总是出现在开挖断面附近，整体变形呈现“大肚形”。本文取3个基坑墙体深层水平位移监测点ZQT20，ZQT22，ZQT23进行资料统计分析，墙体深层水平位移监测点在基坑的位置分布如图2所示。
图2墙体深层水平位移监测点分布
（一）、同一测点不同开挖阶段的变形情况
当顶层支撑施作后，情况就发生了变化，此时管顶的变形受到了限制，而原先作为基准点的管底则随开挖深度的加大逐渐发生变形，因而应该将基准点转至管顶，由上而下累计某深度的变形值，直至开挖结束。ZQT20测点有效测斜深度为25.5m，由于基坑支护结构是多支撑结构且第1道支撑为混凝土支撑，刚度较大所以顶部变形为0，绘制ZQT20测点随基坑开挖深度变化曲线如图3所示。
图3墙体测斜点ZQT20随基坑开挖深度变化曲线
由图3可以看出，在基坑开挖到底时，最大变形位置出现在坑底(17.28m处)附近，约19m处，在开挖深度的1.1倍处，从开挖伊始位置到开挖断面变形不断增大，从开挖断面往下，墙体变形开始不断往回收缩。阶段4是刚开挖到设计标高的测斜曲线，阶段5是10d之后的测试值，阶段5与阶段4相比，最大变形位置基本没有改变，但是随着坑外土体对墙体的持续作用，最大值略有增加。
（二）、同一开挖深度下不同测点的变形情况
墙体测斜点ZQT22，ZQT23有效测斜深度分别为23.0，24.5m，测得ZQT20，ZQT22，ZQT23在开挖即将完成时的变形曲线如图4所示。
图4基坑不同位置测点变形曲线
根据图2中3个测点所处的基坑位置，结合图4可以发现，同一开挖深度变形大小:ZQT20＞ZQT23＞ZQT22，即靠近基坑边中间位置的测点，其在同等深度下的变形要大于靠近端头位置的测点。
三、桩体变形及钢支撑轴力点布设
（一）、桩体变形测点布设
桩体测斜管深度与桩深度保持一致。在灌注桩钢筋笼内埋设测斜管时，需先将一段测斜管牢固绑扎在灌注桩钢筋笼内，另一段测斜管上端用绳子将测斜管与钢筋笼绑扎。钢筋笼在孔口主筋焊接完毕后，将上下两段测斜管连接，并牢固绑扎在钢筋笼上，最后焊接箍筋。管体与桩体钢筋笼迎土面钢筋绑扎牢固，绑扎间距2m；管内有一对十字槽必须与基坑边线垂直，上下端管口用专用盖子封好，接头处用防水胶带密封。
（二）、钢支撑轴力测点布设
布设轴力测点时，在钢支撑活动端部焊接一块250mm×250mm×25mm加强垫板，然后将轴力计托架与加强垫板焊接牢固，须保证轴力计中心与钢支撑中心大致在同一中心线上。最后将轴力计放入托架用固定螺栓拧紧，固定牢固即可，同时将数据电缆保护好。
四、监测结果与分析
（一）、桩体变形
从开始施工到基坑完工，对临近家属楼的桩体位移进行了监测。测斜孔的顶部与桩的顶部是齐平的，测斜孔孔深都设为26m。不同工况下桩体变形规律如图5所示，其中，桩体变形曲线图中正数表示桩体向基坑内侧偏移。
图5围护桩变形监测结果
从图5可看出，在整个基坑开挖过程中，围护桩水平位移总体变化不大，在所统计的测点中，围护桩水平位移的最大值仅有1.14mm，与桩体测斜报警值24mm还相差很大，这充分反映出了深基坑不同与软土地区的显著特点，由于本身的结构性，侧向变形较软土地区要小得多。
在基坑开挖的初始阶段，由于的结构性，支护桩的位移很小，从监测数据可以看出:钢支撑的架设很大程度上控制了桩体的变形，其预加轴力使得桩体发生反向位移，初始监测围护桩位移出现向基坑外侧偏移，最大值达到－1.79mm，因此，施工中除监测桩后地表沉降外，还应重视桩体反位移可能造成的地表隆起。
（二）、钢支撑轴力
对于支撑体系的内力监测可以有效地监控支撑体系的受力状态，预示危险信息，考虑到基坑开挖深度较大，在支撑上会产生较大的轴力，通过对支撑轴力的监测可以指导施工，防止由于轴力过大使支护结构发生破坏。通过对监测结果的分析，还可以优化调整支撑的位置，甚至减少支撑层数，提高支撑效果。本工程钢支撑轴力监测结果如图6所示。
图6 钢支撑轴力监测结果
从图6可以看出，在深基坑中有多道支撑时，每道支撑的轴力随时间的变化规律不尽相同，在每层中不同段支撑轴力的变化规律却又基本相同，该工程中支撑轴力最大处出现在第3道支撑，约在地表以下15m处，该深度处也是桩体水平位移较大处。在整个基坑开挖过程中，随着时间的推移，第1道支撑从预加轴力施加后就逐渐出现应力松弛现象，第2道支撑从开始也出现了一定的应力松弛，而后逐渐增大，最后趋于平缓，第3，4道支撑轴力都有逐渐增大而后平缓或者降低的趋势，第5道支撑轴力变化较缓和。
结束语
连续墙及轴力监测结果受监测条件的影响较大，监测过程中应减少人为因素对监测结果的影响。地区支撑普遍存在应力松弛现象，在施工中，應尽快按照钢支撑的设计轴力施加预应力，同时应选用合理且牢固的锁定方法以减小预应力的损失。
参考文献
[1] 林志,蒋树屏,谢锋. 地下工程施工对房屋影响的损害评价[J]. 重庆建筑大学学报, 2008,30( 3) : 78-82.
[2]樊胜军,胡长明,刘振江.某深基坑施工期围护结构变形监测与数值模拟分析[J].施工技术,2010,39(9):82-84.
关键词：地铁；深基坑；围护结构；变形；监测
中图分类号:TU74文献标识码： A
引言
城市轨道交通随着我国城市建设的快速发展，我国各大城市的主流发展趋势是向三维空间的发展。地铁建设必然涉及超深基坑的开挖，超深基坑开挖带来的变形问题一直是研究的热点与难点，这与其中很多复杂的不确定因素有关，如土层的不规律分布，土体结构的复杂性，地下水的渗流作用，土体与支护结构的共同作用等。基坑变形带来的最直接表现就是周围土体的不均匀沉降、围护结构的变形，进而导致周围建筑物的沉降与倾斜以及路面开裂。围护结构与基坑变形有着直接关系，因此加强对基坑围护结构变形的观测与研究有重要意义。
一、工程概况
某地铁站为内框架箱形结构岛式车站，采用明挖顺作法施工，车站长度为150.2m，车站标准段宽度22.7m，中心线位置开挖深度约为24.5m，覆土厚度3.5m。车站主体围护结构采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕+内支撑方案，支撑系统采用600钢管与钢筋混凝土支撑相结合的内支撑方式。基坑内从冠梁顶至基坑底共设5道支撑。第1道支撑除端头井及节点段斜撑采用混凝土支撑外，其余均采用600钢管(t=16mm)支撑，车站基坑保护等级为特级。车站场地土层从上至下分别为:全新统人工填土，上更新统风积新、饱和软及残积古土壤、中更新统风积老、冲积粉质黏土、中砂等。场地地下水属潜水类型，稳定水位埋深8.60～12.50m，水位年变化幅度2m左右。潜水赋存于上更新统残积古土壤、中更新世风积和残积粉质黏土及其夹砂层中。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土②层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。
因此，车站开挖对家属楼的影响较大，施工过程中，将该楼作为车站深基坑施工过程中的重点监测对象，全程监测基坑开挖及回填过程中的建筑物变形情况。车站及建筑物平面位置如图1所示。
图1车站及建筑物平面布置
二、地下连续墙水平位移数据统计分析与数值模拟
对于墙趾进入硬土或风化岩层的围护结构，围护结构底部基本没有位移，而对于墙趾位于软土中的围护结构，当插入深度较小时，墙趾出现较大变形，呈现出“踢脚”形态。根据工程经验和模型验证，随着深层土体的不断开挖，墙体最大水平变形也随之下移，最大水平位移总是出现在开挖断面附近，整体变形呈现“大肚形”。本文取3个基坑墙体深层水平位移监测点ZQT20，ZQT22，ZQT23进行资料统计分析，墙体深层水平位移监测点在基坑的位置分布如图2所示。
图2墙体深层水平位移监测点分布
（一）、同一测点不同开挖阶段的变形情况
当顶层支撑施作后，情况就发生了变化，此时管顶的变形受到了限制，而原先作为基准点的管底则随开挖深度的加大逐渐发生变形，因而应该将基准点转至管顶，由上而下累计某深度的变形值，直至开挖结束。ZQT20测点有效测斜深度为25.5m，由于基坑支护结构是多支撑结构且第1道支撑为混凝土支撑，刚度较大所以顶部变形为0，绘制ZQT20测点随基坑开挖深度变化曲线如图3所示。
图3墙体测斜点ZQT20随基坑开挖深度变化曲线
由图3可以看出，在基坑开挖到底时，最大变形位置出现在坑底(17.28m处)附近，约19m处，在开挖深度的1.1倍处，从开挖伊始位置到开挖断面变形不断增大，从开挖断面往下，墙体变形开始不断往回收缩。阶段4是刚开挖到设计标高的测斜曲线，阶段5是10d之后的测试值，阶段5与阶段4相比，最大变形位置基本没有改变，但是随着坑外土体对墙体的持续作用，最大值略有增加。
（二）、同一开挖深度下不同测点的变形情况
墙体测斜点ZQT22，ZQT23有效测斜深度分别为23.0，24.5m，测得ZQT20，ZQT22，ZQT23在开挖即将完成时的变形曲线如图4所示。
图4基坑不同位置测点变形曲线
根据图2中3个测点所处的基坑位置，结合图4可以发现，同一开挖深度变形大小:ZQT20＞ZQT23＞ZQT22，即靠近基坑边中间位置的测点，其在同等深度下的变形要大于靠近端头位置的测点。
三、桩体变形及钢支撑轴力点布设
（一）、桩体变形测点布设
桩体测斜管深度与桩深度保持一致。在灌注桩钢筋笼内埋设测斜管时，需先将一段测斜管牢固绑扎在灌注桩钢筋笼内，另一段测斜管上端用绳子将测斜管与钢筋笼绑扎。钢筋笼在孔口主筋焊接完毕后，将上下两段测斜管连接，并牢固绑扎在钢筋笼上，最后焊接箍筋。管体与桩体钢筋笼迎土面钢筋绑扎牢固，绑扎间距2m；管内有一对十字槽必须与基坑边线垂直，上下端管口用专用盖子封好，接头处用防水胶带密封。
（二）、钢支撑轴力测点布设
布设轴力测点时，在钢支撑活动端部焊接一块250mm×250mm×25mm加强垫板，然后将轴力计托架与加强垫板焊接牢固，须保证轴力计中心与钢支撑中心大致在同一中心线上。最后将轴力计放入托架用固定螺栓拧紧，固定牢固即可，同时将数据电缆保护好。
四、监测结果与分析
（一）、桩体变形
从开始施工到基坑完工，对临近家属楼的桩体位移进行了监测。测斜孔的顶部与桩的顶部是齐平的，测斜孔孔深都设为26m。不同工况下桩体变形规律如图5所示，其中，桩体变形曲线图中正数表示桩体向基坑内侧偏移。
图5围护桩变形监测结果
从图5可看出，在整个基坑开挖过程中，围护桩水平位移总体变化不大，在所统计的测点中，围护桩水平位移的最大值仅有1.14mm，与桩体测斜报警值24mm还相差很大，这充分反映出了深基坑不同与软土地区的显著特点，由于本身的结构性，侧向变形较软土地区要小得多。
在基坑开挖的初始阶段，由于的结构性，支护桩的位移很小，从监测数据可以看出:钢支撑的架设很大程度上控制了桩体的变形，其预加轴力使得桩体发生反向位移，初始监测围护桩位移出现向基坑外侧偏移，最大值达到－1.79mm，因此，施工中除监测桩后地表沉降外，还应重视桩体反位移可能造成的地表隆起。
（二）、钢支撑轴力
对于支撑体系的内力监测可以有效地监控支撑体系的受力状态，预示危险信息，考虑到基坑开挖深度较大，在支撑上会产生较大的轴力，通过对支撑轴力的监测可以指导施工，防止由于轴力过大使支护结构发生破坏。通过对监测结果的分析，还可以优化调整支撑的位置，甚至减少支撑层数，提高支撑效果。本工程钢支撑轴力监测结果如图6所示。
图6 钢支撑轴力监测结果
从图6可以看出，在深基坑中有多道支撑时，每道支撑的轴力随时间的变化规律不尽相同，在每层中不同段支撑轴力的变化规律却又基本相同，该工程中支撑轴力最大处出现在第3道支撑，约在地表以下15m处，该深度处也是桩体水平位移较大处。在整个基坑开挖过程中，随着时间的推移，第1道支撑从预加轴力施加后就逐渐出现应力松弛现象，第2道支撑从开始也出现了一定的应力松弛，而后逐渐增大，最后趋于平缓，第3，4道支撑轴力都有逐渐增大而后平缓或者降低的趋势，第5道支撑轴力变化较缓和。
结束语
连续墙及轴力监测结果受监测条件的影响较大，监测过程中应减少人为因素对监测结果的影响。地区支撑普遍存在应力松弛现象，在施工中，應尽快按照钢支撑的设计轴力施加预应力，同时应选用合理且牢固的锁定方法以减小预应力的损失。
参考文献
[1] 林志,蒋树屏,谢锋. 地下工程施工对房屋影响的损害评价[J]. 重庆建筑大学学报, 2008,30( 3) : 78-82.
[2]樊胜军,胡长明,刘振江.某深基坑施工期围护结构变形监测与数值模拟分析[J].施工技术,2010,39(9):82-84.