地铁深基坑支护结构变形监测分析及应用张军

地铁深基坑支护结构变形监测分析及应用张军

张军

张军

南京市测绘勘察研究院股份有限公司江苏南京210000

摘要：由于地铁车站大多规划在人口稠密、地下管线密布、周边建筑形式多样的建城区内，因此对车站深基坑的变形控制要求极高，做到将施工对周边环境的影响降到最低。本文通过某市一地铁车站深基坑施工方案设计与过程管理研究了降低地铁车站建设对周边环境影响的控制措施与成功经验。

关键词：地铁深基坑；支护结构；变形监测

一、工程概况

1、工程概述

某市一地铁车站主体结构总长237.7m，标准段基坑宽度约20.7m，开挖深度为16.88~18.73m，围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深30.48m；盾构井段基坑宽度为25.3m，开挖深度为18.76m，围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深为33.76m。

主体结构为地下2层岛式站台车站，采用两柱三跨的现浇钢筋混凝土箱型框架结构，结构高度13.51m，站中心顶板覆土厚度为3.118m，车站采用明挖法施工，车站共设4个出入口及2个风道。

车站西侧有3栋24层框架剪力墙结构的住宅，其与基坑距离在53~56m间，均位于主体基坑2.0倍坑深（盾构井深18.73m）以外。住宅基础形式为l=25.5m的灌注桩，桩端标高–34.720m。

车站基坑外侧距离较近的管线均呈南北走向，与基坑基本平行，分别是：基坑东侧直径500mm雨水管道、DN600mm天然气管道、10kV供电管线、路灯线、输配水管；基坑西侧有220kV电力管沟、通讯管沟。

2、工程地质与水文地质条件

某市地处华北平原，属海积–冲积滨海平原地貌，本车站范围内及周边除地面沉降无其他断裂、滑坡、泥石流、岩溶等其他不良地质作用。本次勘察钻孔最大深度55m，根据勘察结果及区域性地下水资料，地下水类型主要为松散岩类孔隙水，钻孔深度范围内地下水可细分为：潜水、第一层承压水、第二层承压水。车站基坑横剖面与工程水文地质条件如图1，2所示。

1、土方开挖

1.1土方开挖形式

本文中车站采用明挖顺作法施工，首先施工围护结构、格构柱、降水井，完成后分层分段进行基坑开挖，根据开挖顺序及时施工钢筋混凝土支撑、架设钢支撑，开挖完成后分单元施工车站主体结构。主体结构施工完成后进行盾构区间和车站附属结构的施工。

根据主体结构诱导缝设置及施工能力，主体结构施工沿纵向划分为10个施工单元，每段长度在17.75~34.2m之间，土方开挖分为两个开挖面，自两侧端头井向基坑中部同时进行土方开挖施工，为两侧盾构井提供两个平行施工作业面创造条件，土方开挖基底清理为结构底板单元施工创造条件。

1.2土方开挖前的控制措施

车站围护结构采用地连墙加钢筋混凝土、钢支撑内支撑的支护形式。端头井设置1道钢筋混凝土撑和5道钢支撑，标准段设置1道钢筋混凝土撑和4道钢支撑。支撑随土方开挖进程进行施工，随主体结构施工进程及时拆除。考虑到工期要求，结合实际划定的施工场地作业条件及道路交通组织，挖土总体方案按照“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖、均衡连续开挖”的原则进行土方施工作业。施工场地内基坑开挖范围以外已全部硬化，满足土方施工机械设备对地面强度的要求。做到场内排水畅通，无积水现象。

基坑开挖前，应检查井点降水效果。当降水效果和降水深度满足要求方可进行基坑开挖。根据交桩资料，组织对控制网进行复测，对施工区段内有关控制桩点等基本数据进行复测包括GPS网点、精密导线点、高程控制点等。根据设计人员提供的基本数据测量资料精确地测定建筑物的位置，进行放样和全部测量数据的计算工作。地面施工高程测量以二级水准点为

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基准点，采用常规方法控制标高。

土方开挖施工主要包括车站内施工的控制导线测量、水准控制测量、开挖面定向测量等，在施工过程中及时纠正土方开挖偏差。

1.3土方开挖过程中深基坑变形控制管理办法

本工程以机械开挖为主，人工配合为辅。随土方开挖进程进行钢筋混凝土支撑及钢支撑和钢连系梁的施工，钢支撑安装完成后应按图纸要求与地连墙连接。开挖前，对所有地连墙接缝进行探挖，探挖部位探挖孔必须紧贴地连墙，探孔深度应超过挖土层深度，经检查确认不渗漏后再全面开挖。土方开挖在基坑围护结构施工完成后，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则进行。

为控制地铁车站深基坑变形，施工过程中的管控方案与检测措施显得尤为重要。按照施工工序，具体措施如下。

（1）支护结构方面。控制地连墙的成型、质量；冠梁、钢筋混凝土支撑有无裂缝出现；支撑、立柱有无较大变形；地下连续墙墙体及接缝处是否漏水；墙后土体有无裂缝、沉陷及滑移；坑内有无涌土、流沙、管涌现象。2）基坑开挖方面。开挖后暴露出的土体土质情况与岩土勘察报告有无差异；基坑开挖范围及开挖深度、各土层退台宽度、标高、动态坡坡度是否与设计一致；场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水设施是否运转正常；基坑周边有无超载，若超载，分析超载大小及分布特征。（3）基坑周边环境方面。周边管道有无破损、泄露情况；周边建筑有无新增裂缝出现；周边道路（地面）有无裂缝、沉陷；临近树木及植被变化情况。（4）监测设施方面。基坑周边布设的基准点、监测点是否完好；预埋的监测元件、设备是否完好；有无影响监测工作的障碍物。（5）根据设计要求或当地经验确定的其他巡视、检测内容。

2、基坑支护

2.1冠梁、混凝土支撑施工的控制重点

中间格构柱和降水井施工完成后，开挖冠梁及支撑部位土方，破除超灌地下连续墙混凝土，混凝土支撑与冠梁同步施工，底模采用原土夯实，10cm厚C20混凝土垫层，上铺模板隔离层，主要用于防止开挖时支撑下面的垫层粘连，混凝土碎块砸伤基坑内施工人员，造成安全事故；侧壁支设木模板。混凝土支撑施工，根据所需作业面宽度挖槽施工，而不采用大面积开挖的方式。本工程在基坑内的阴角部位设置钢筋混凝土角撑。待主体结构工序完成，且强度达到要求后，再进行破除清理混凝土支撑。混凝土支撑施工完毕，混凝土强度达到设计强度后，深基坑土方采用小挖机坑内分层分段开挖的方法，以便最大程度避免大范围集中开挖造成对基坑外周边环境的影响。

2.2钢支撑施工的控制重点

基坑标准段设置3道钢支撑+1道换撑，盾构段设置4道钢支撑+1道换撑。钢支撑下设置钢连系梁，钢支撑固定在钢联系梁上，同时钢连系梁与格构柱相连接。

钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，钢支撑的架设必须准确到位，并严格按设计图的要求施加预应力。尤其要注意斜支撑的制作、安装必须保证其稳定、强度、变形的要求；使用的材料、设备及相关构件必须符合设计要求。

钢支撑架设是保证基坑开挖和主体结构施工安全、控制基坑收敛和位移的有效措施。必须严格按照“时空效应”，分层分段挖土的同时，在土方完成8h之内安装好该施工段的支撑并施加预应力。钢支撑安装采取先撑后挖，紧跟基坑开挖进度。

结束语

本文通过对地铁车站深基坑施工各工序的详细分析，阐明了影响周边建构筑与市政管线沉降等敏感环境的各项因素及相应管控措施。分析了项目管理架构、机械与原料供应、施工工艺、劳动力分配等影响因素与深基坑变形过程控制的管理重点与难点，为后续相似项目的实施与管理提供了极具价值的参考经验。

参考文献:

[1]地下铁道工程施工及验收规范：GB50299—1999[S].

[2]城市轨道交通地下工程建设风险管理规范：GB50652—2011[S].