陈捷敏

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

随着我国城市的经济快速发展，地铁作为一种便捷的交通方式[1]，更快地走进了人们的生活。目前，地铁车站均布设在城市主要繁华地段，邻近建筑物和周边地下管线较多，周边环境较为复杂，地铁车站一般采用明挖方法，基坑支护采用连续墙(桩)加钢管(或钢筋混凝土)撑，但也有部分工程，其支护形式因受场地条件的限制，采用逆作法施工。就目前而言，逆作法施工，其变形受力特征较少进行研究。基此，本文根据福州市轨道交通2号线工程某站深基坑大量的施工监测资料，进行整理、分析、总结，得到了逆作法施工中地下连续墙的变形、受力规律及其影响因素，希冀能为类似工程提供借鉴参考。

1 工程概况

该工程位于福州市台江区工业路与白马南路交叉口西侧。车站北侧侵入工业路约9.5m，南侧靠近三迪家居广场地下室，距其地下室边线约3.73m。工业路现状路面宽30m，车流量大，宁化路现状道路宽约12m，车流量较大。白马河距车站东侧端头井约5m，河宽16m～30m。工业路地下存在给水管、煤气管、雨水管、污水管、电力管、通讯管、军用管等多种管线。车站为地下3层岛式站台车站，双柱三跨箱形框架结构，车站标准段挖深约23m～24.1m，北侧与中防万宝城人防工程坑中坑相连接(深度约8m～11m)；西侧与中防万宝城人防工程坑中坑相连接(深度约11.4m)。车站南侧与2号风亭相接的坑中坑基坑深度约8m～10m(图1)。车站与中防万宝城人防工程同期实施，采用盖挖顺筑法施工。

根据岩土工程勘察报告,场地土层自上而下依次为：杂填土，粘土，淤泥，淤泥夹砂，(含泥)中砂，(含泥)粗中砂，卵石(砂质填充)，强风化花岗岩(砂土状)，中风化花岗岩。区间地下水按埋藏条件分为上层滞水和承压水两种类型，其中承压水按赋存介质又可分为松散地层类孔隙承压水和基岩风化岩孔隙-裂隙承压水。

图1 车站主体基坑围护剖面图

2 周边环境及风险评估

2.1 周边环境

上文所述，地铁宁化站位于工业路与白马南路交叉口西侧，沿工业路设置，呈东西走向。车站北侧侵占工业路约9.5m，南侧标准段距离三迪家居广场的地下室边线约3.73m，东侧端头井距离白马河约5m，河宽约16m～30m。工业路原路面宽30m，车流量大，宁化路原路面宽约12m，车流量较大。工业路地下存在给水管、煤气管、雨水管、污水管、电力管、通讯管、军用管等多种管线。

2.2 风险评估

①两侧道路车流量大，车辆动荷载将产生较大的不利影响；②地下管线较多，特别是自来水管、天然气管、雨水、污水；③与周边建筑物距离较近，土方开挖或坑外降水可能引起地面和建筑物的沉降及倾斜；④车站与万宝人防工程存在施工对接风险。

3 监测难点

该站采用盖挖逆作法施工，与拟建中防万宝城人防工程同期施工无缝连接且部分顶板施工结束后，将全线恢复道路通车，因此给监测工作带来了很大的监测困难及设备保护困难。

4 监测方法

①地下连续墙(桩)顶水平位移；②支护结构侧向变形、土体侧向变形监测项目采用测斜仪进行监测，观测方法：用测头检查测斜管导槽；使测斜仪测读器处于工作状态，将测头导轮插入测斜管导槽内，缓慢地下放至管底，然后由管底自下而上沿导槽全长每隔0.5m读一次数据，记录测点深度和读数。测读完毕后，将测头旋转180°插入同一对导槽内，以上述方法再测一次，深点深度同第一次相同；每一深度的正反两读数的绝对值宜相同，当读数有异常时应及时补测；③钢支撑轴力；④梁、板内力；⑤采用几何水准测量方法，使用Trimble DINI03电子水准仪观测，采用电子水准仪自带记录程序，记录外业观测数据文件，并按照相关规范及设计要求进行观测。采用闭合水准路线时可以单程观测，采用附合水准路线形式观测必须进行往返测，取两次观测平均高差进行平差。观测顺序：往测：后、前、前、后，返测：前、后、后、前。⑥地下水位观测设备采用SWJ-80型钢尺水位计，观测精度为1mm，其观测原理：水为导体，当测头接触到地下水时，蜂鸣器发出连续不断的蜂鸣声响，此时读写出钢尺电缆在管口至水面标尺刻度，读数为地下水位离管口的距离，再通过固定测点的标高及与地面的相对位置换算成从地面算起的水位埋深及水位标高。

5 监测结果分析

5.1 连续墙深层水平位移监测分析

在基坑支护结构变形监测中，选出不同埋设位置监测点(图2)作为该车站深基坑在开挖过程中的连续墙深层水平位移进行分析[1]。负二层的基坑短边中点部位QCX1#测点的最大变形值分别为6.19mm，而长边中点QCX11#、QCX14#测点最大变形值分别为5.25mm、6.23mm。地面上的基坑短边中间部位QCX9#测点的最大变形值分别为8.05mm，而长边中点QCX4#、QCX7#测点最大变形值分别为8.14mm、6.02mm。因此，在地铁车站深基坑施工过程中[1]，应对短边中间测点、长边之间测点等部位增加监测频率。

图2 连续墙深层水平位移监测点位图

根据图3，基坑支护的变形曲线一般呈波浪形，通常测点位于土方开挖面以上1m～2m范围内，最大水平位移随开挖深度的增加。由于原土体受开挖扰动，导致开挖面应力释放，土体向基坑内侧运动，挤压连续墙向基坑内侧变形。随着土方的不断开挖，开挖面的应力随之增大，连续墙持续不断地向基坑内侧偏移。基坑开挖到底以及底浇筑工作的展开，变形速率呈减少趋势。

图3 为各监测点累计水平位移曲线

由图3可以看出，连续墙变形的过程与施工的进展情况基本吻合，为科学合理的安排施工提供了指导作用。从土体深层水平位移监测结构来看，可以得出如下结论：①土方开挖期间的变形曲线与以往工程类似，曲线呈波浪形；②基坑在路面以下-2m～-23m处变形量最大；③在开挖过程中，支护墙位移逐渐增大；后期，随着底板的浇筑以及其他施工工序的进行，墙体变形速率逐渐减少并趋于稳定。

5.2 地表沉降监测分析

地表沉降对周边地下管线、建(构)筑物的安全会产生一定影响因素，若不及时处理将造成损失。选取东侧端头井南侧和标准段南侧宁化路的原现状地表沉降监测断面作为分析对象，垂直于基坑边每个监测断面布置5个监测点，图4～图5为断面各测点的地表累计沉降曲线。

图4 DBC11-1～11-5#监测点地表沉降曲线

图5 DBC4-1～4-5#监测点地表沉降曲线

从图4～图5曲线可以看出：基坑开挖施工期间，车站主体的东侧端头井南侧周边(DBC11-1～11-5#监测点)地表累计沉降为-13.00mm～-17.37mm，沉降基本正常，各测点在整个基坑开挖中未出现突变，累计沉降未达到报警值。车站主体的标准段南侧宁化路的地表(DBC4-1～4-5#监测点)累计沉降为-26.34mm～-68.82mm，沉降偏大, 已超过设计报警值(25mm)。分析其原因：基坑周边地表下降幅度偏大，主要原因是因支护结构局部止水效果不够理想，基坑侧壁渗水、漏水、流沙现象，以及道路行车等影响。但经过底板及内衬墙的浇筑后，沉降速率逐渐减少并趋于稳定。

5.3 地下水位观测分析

该场地存在强透水含水层，地下水丰富，地下水位监测主要对地下结构开挖期间或开挖后支护结构的止水状态进行监控，以防止支护结构渗漏水引起坑外大量水土向坑内流失，从而导致基坑部分破坏、周围地面沉降、周边建筑物破坏或地下管线破坏。

图6 DSW1～DSW2#监测点地下水位曲线

从图6曲线可以看出：在基坑开挖过程中，车站主体的标准段南侧宁化路周边DSW1～DSW2#地下水位累计变化-4.252m～-4.724m，水位变化较大, 均已超过设计报警值，于2017年3月12日发出预警通知单。 经巡视检查，该基坑侧壁部分位置有渗漏点。分析其原因，基坑周边地下水位下降幅度较大，主要原因是因地连墙结构交接处局部位置止水效果比较差，基坑施工降水及侧壁部分位置有渗水、漏水、流沙、周边地下空间基坑施工降水等影响。但经过底板及内衬墙的浇筑后水位下降有所减少。

5.4 立柱沉降观测分析

立柱对支撑体系起到一定的支承和约束作用，其沉降特别是立柱之间的差异沉降、立柱和地下连续墙的差异沉降，将直接影响支撑体系及的安全稳定性，故应加强对其竖向位移监测。由于基坑开挖面积大、开挖深度大，通过监测立柱顶端的高程变化，得到施工阶段立柱桩之间、立柱桩与围护墙之间的差异沉降。

从图7曲线可以看出：基坑开挖施工期间，立柱沉降小，变化基本正常，各测点在整个基坑开挖中未出现突变，累计最大值未超过设计报警值(30mm)。底板的浇筑后以及其他施工工序的进行，变形速率减少并趋于稳定。

图7 立柱桩的累计沉降变化曲线

6 结论

地铁车站基坑开挖施工过程中的变形监测结果进行了分析[2]，对不同开挖层次下基坑周围地表的沉降、基坑支护桩(墙)体水平位移和立柱沉降的变化规律进行了对比分析[2]，得出如下结论及建议：

(1)该工程基坑大部分变形较小，未超出报警值。表明地连墙结构沉降、倾斜、弯曲刚度十分良好，基坑总体安全。

(2)基坑周边地表下降幅度偏大，主要原因是因地下连续墙连接处局部止水效果不够理想，基坑侧壁渗水、漏水、流沙现象，以及道路行车等影响，造成地表沉降报警的一个原因。

(3)盖挖逆作法施工中，立柱沉降在监测过程中，各点累计沉降均在允许范围内，立柱沉降基本正常。

(4)根据该工程基坑监测的情况，提出以下几点建议：①基坑支护设计和支护结构施工是基坑安全施工的前提，所以在进行支护结构施工时严格按照设计方案施工，确保基坑施工的重要性。②地连墙支护结构的施工质量直接决定坑外水位变化结果。③在基坑施工过程中，严禁在基坑边堆放大量重型物品，控制基坑边重型车辆的通行。

综合以上结果监测分析判断，该工程基坑开挖期间，支护结构变形受力基本正常，对周边地表道路变形影响不大，该工程支护设计和施工总体上是成功的。