1、地鐵區間隧道基坑的變形分析通過對南京地鐵明挖段基坑工程變形狀況進行分析,指出狹長條形基坑的變形特征,并分析不勻稱超載、降水、地表剛度、開挖范圍及開挖時間對基坑變形的影響規律,提出相應的掌握基坑變形的工程措施。近年來,地鐵工程建設在很多城市相繼綻開,已成為現代城市建設的重要部分。地鐵區間隧道的施工中,較多地采納了盾構法和明挖法,前者主要應用于埋深較深的隧道施工,而對于覆土深度淺于5m的隧道,一般則采納基坑支護下明挖法施工。明挖法地鐵區間隧道基坑一般為狹長條形,四周環境變化較大,因而影響基坑變形的因素較多,其中很多因素具有不確定性,使得精確計算基坑的變形非常困難。在工程實踐中,更多地依靠“理論導向

2、、量測定量、閱歷推斷、細心監控”綜合技術掌握基坑的變形。1 工程實例南京地鐵為南北走向,全長由高架段、地面段和地下段幾部分組成,其中埋深較淺的TA4標過渡段區間隧道采納明挖法施工,基坑長312.542m,寬12.9014.00m,北部開挖深度為8.75m,南部3.50m。該工程東邊為城市一主干道,西邊北部為一居民區,住宅樓均為6層磚混結構,筏板基礎,南部為城市道路及部分生活設施管線。主要地層狀況如下:雜填土,層厚1m左右;素填土,層厚3m左右,微透水,Es,12=4·36MPa;粉土,層厚2m左右,微透水,稍密,Es,12=7.04MPa,C=23kPa,=22.8°淤泥質

3、粉質粘土,層厚12m左右,不透水,軟流塑,Es,12=3.71MPa,C=14kPa,=9.6°粉質粘土,層厚7m左右,不透水,可塑,Es,12=7.06MPa,C=61kPa,=9.4°。該工程北部圍護結構為SMW工法擋土墻,水泥土攪拌樁直徑為850mm,搭接250mm,型鋼為700mm×300mm×12mm×14mm的H型鋼,間隔布置(中心距1200mm),水泥土的強度在1.0Mpa以上,設置兩道609支撐;中部水泥土攪拌樁直徑為650mm,搭接200mm,型鋼為500mm×250mm×10mm×12mm的H型

4、鋼,間隔布置,設置兩道609支撐;南部采納由格柵式水泥土素樁組成的重力式擋土墻。依據工程現場狀況及要愛護的建筑物狀況,在現場布置了兩個測斜孔、5個水位觀測孔及18個沉降觀測點,各測點布置圖如圖1所示。 <CENTER</CENTER圍護結構施工完成1個月后開頭進行坑內降水,20天后,估計坑內水位以降至開挖面以下,此時觀測到坑外水位下降了0.38m,穩定水位10天后設置首道支撐(609鋼管),并開頭進行開挖。由于基坑較長,實行分段開挖施工的方法,首先開挖北面大約80m長的一段。當開挖至地表下4.5m處時,測得1號沉降觀測點沉降值達36.1mm并報警,但此時1號測斜孔測得的圍護結構最大

5、側移僅為16.2mm,當時認為沉降較大是由于降水引起,可能基坑未開挖部分某處消失了滲漏,而當時水位已滿意施工要求,便停止降水,連續開挖至地表下6m處,設置第2道支撐,然后開挖至基底,此時測得基坑圍護結構最大側移為58.2mm,超出預估側移35mm較多,地表沉降最大處(4號點)達43.2mm,地面并消失部分平行于基坑方向的裂縫,此后圍護結構側移在開挖停止后仍在不斷增加,但進展較少,澆筑隧道底板后,圍護結構側移也穩定下來。整個施工過程中四周的居民住宅樓未發覺任何破壞。2 變形特征從基坑變形監測結果可看出該基坑的變形具有以下特征:(1)總體看來,該基坑工程的變形較正常狀況大,但基本達到了對四周建筑物

6、和管線愛護的目的。(2)圍護結構的側移最大處位于開挖面四周稍低于開挖面,總體變化趨勢呈拋物線狀(見圖2)。(3)基坑四周地面沉降最大值發生在基坑邊緣,隨著離基坑距離的增大基本上呈線性減小(如圖3)。其最大沉降值與圍護結構的最大側移值之比大約等于0.75,地表沉降范圍大約為30m,這比文獻計算結果大了近1倍,基本等于住宅樓所在的范圍。3 變形緣由分析 結合工程現場詳細狀況,對該基坑的變形特點進行深化分析討論,筆者認為該工程產生較大變形的緣由主要有以下幾個方面:1)不勻稱超載采納文獻的方法對該基坑進行變形估算,如取地面超載q=30kPa,則基坑圍護結構最大側移為31.2mm,如取地面超載q=100

7、kPa,這基本等于6層居民樓基底的壓力,則計算所得的最大側移將達42.3mm。由于本基坑工程西邊建筑物較密集,而東邊較空曠,兩邊超載差別較大,同時基坑采納了內支撐,使得基坑產生部分向東的整體位移,勢必加劇基坑西邊的變形。工程中雖未對東邊圍護結構的側移進行量測,但沉降觀測結果充分說明白這一現象,當4號點沉降達43.2mm時,16號點的沉降僅為13.8mm,估計東邊圍護結構的側移約為20mm。2)地面剛度由于本工程四周住宅樓的基礎采納了筏板基礎,整體性好且剛度大,這相當于增加了地表的強度與剛度,減小了基坑開挖引起的地表不勻稱沉降,但同時增大了基坑開挖影響范圍,使地表沉降范圍擴大到整個建筑物基礎范圍

8、內。同時,有效地增加了地表對基坑變形的耐受力量,雖然開挖后期,地表消失了很多平行于基坑方向的裂縫,但房屋內地坪未發覺任何新的破壞。3)降水坑內降水勢必造成圍護結構側移,引起坑外地面下沉。同時,地下水位下降后,地基附加應力增加,也將造成地面下沉。本工程在開挖前期,進行坑內降水的同時,引起坑外水位降低了0.38m,所以坑外發生了較大的地面沉降,停止降水后,地面下沉明顯減緩。 <CENTER</CENTER4)時空效應由于本工程所在的土層透水性很差,依據文獻受時間效應的影響,開挖后在相當長的一段時間內,基坑的變形都將緩慢增長。同時,由于本基坑平面為狹長條形,受空間效應的影響,其變形應比一

9、般平面尺寸較小的方形或圓形基坑較大。 <CENTER</CENTER4 掌握基坑變形的工程措施依據當時基坑變形的特點,筆者認為該基坑支護結構的強度已滿意要求,其變形也未造成需要愛護的建筑物的損傷,基本已達到基坑工程支護的目的,但由于變形較大,并且在緩慢增長,對四周的建筑物仍存在潛在的危急。因此,會同工程技術人員提出了以下掌握措施:(1)加快施工進度,提高隧道底部墊層混凝土的強度等級至C30,并在墊層內加配直徑為16mm,間距為200mm雙向鋼筋網片,以期求盡早在基底施加一道支撐。(2)由于工程所處土層透水性很差,在施工可行的狀況下盡量削減降水,并對基坑滲漏處準時堵漏。(3)合理組織

10、施工現場,適當在基坑東邊堆載,以緩和基坑兩邊超載不勻稱的沖突。(4)實行分段施工,減小一次開挖的范圍,每次開挖后,盡快澆筑墊層和底板。經過實行以上措施,有效地掌握了基坑的變形,在后續工段施工的過程中,基坑圍護結構的側移及西邊地表的沉降均有不同程度的減輕。實測基坑圍護最側移掌握在41mm內,地表沉降最大處掌握在30mm以內,保證了基坑施工及四周建筑物的平安。5 結論綜合以上分析可得出如下結論:(1)基坑四周存在不對稱的超載時,將引起超載較大的一邊的變形加大,超載較小的一邊的變形減小,對這類基坑分析應樂觀探討整體分析方法。(2)基坑降水應隨著基坑開挖分階段進行,同時應嚴格掌握基坑四周重要建筑物和管線處的水位。(3)在軟土地區,基坑開挖步序及開挖后暴露時間均對基坑變形產生肯定的影響,在施工中應充分考慮時空效應對基坑變形的影響。(4)整體性較好的建筑物對基坑變形的耐受力量