明挖地鐵車站周邊地表沉降監(jiān)測及分析

楊軍

【摘 要】論文以某地鐵站明挖深基坑為例，對周邊地表沉降情況進(jìn)行檢測和分析，確定監(jiān)測點的排布和分析方法，獲得沉降穩(wěn)定階段地表最大沉降值，希望能為類似工程項目提供一定的參考。

【Abstract】 Taking an open-cut deep foundation pit of a metro station as an example， the paper detects and analyzes the surrounding ground subsidence， determines the arrangement and analysis method of monitoring points， and obtains the maximum surface settlement value in the stage of settlement stabilization. It is hoped that this can provide a certain reference for similar projects.

【關(guān)鍵詞】明挖地鐵車站;地表沉降;監(jiān)測

【Keywords】 open-cut subway station; ground subsidence; monitoring

【中圖分類號】TU413? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）05-0182-02

1 引言

隨著地下空間開發(fā)工程項目越來越多，深基坑工程呈現(xiàn)增多的趨勢，深基坑工程項目的深度和規(guī)模也逐漸增大。在明挖地鐵車站過程中，基坑開挖會導(dǎo)致周圍地表的沉降，影響附近建筑物和地下設(shè)施使用的安全性，導(dǎo)致周圍建筑物開裂和地下管線的破壞。因此，在實際進(jìn)行地鐵車站明挖施工的過程中，一定要做好對周邊地表沉降的監(jiān)測工作，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，實現(xiàn)現(xiàn)場施工的動態(tài)調(diào)整，保證施工的安全性和可靠性。

2 工程概況

某地鐵換乘車站位于十字路口處，車站共有三層，全長為198.3m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為25.65m，基坑兩側(cè)規(guī)劃的路寬為60m，車站結(jié)構(gòu)采用的是鋼筋混凝土箱梁框架結(jié)構(gòu)，頂板埋深和底板埋深分別為4m和18m。車站主體結(jié)構(gòu)采用S10和C40防水混凝土，變形控制等級為特級，外包采取全封閉防水墻的形式。本站采取明挖施工方法進(jìn)行施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是高壓旋噴樁和地連墻結(jié)合的方式，圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)置三道水平支撐，節(jié)點段設(shè)置四道支撐。節(jié)點段開發(fā)深度為23.15m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度為17.12m，該車站場地內(nèi)地層從下到上分別為沖積粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂及粗砂等，上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土及殘積古土壤，全新統(tǒng)人工填土。

3 明挖深基坑施工過程中地表沉降監(jiān)測方案

3.1 基坑周圍土體沉降的原因

基坑明挖過程中造成的地表沉降主要包括以下兩種因素，首先，開發(fā)過程中導(dǎo)致的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體變形會造成土體向坑內(nèi)移動，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，造成土層和地表的沉降。其次，基坑降水會導(dǎo)致附近土體空隙水壓力的消失，使得土地有效應(yīng)力明顯增加，導(dǎo)致土體被壓縮而產(chǎn)生沉降。一般在基坑開挖的過程中需要進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)，以避免地表沉降以及基坑工程對周圍環(huán)境的影響[1]。為了保證基坑明挖工程施工的安全性和可靠性，必須要做好對周圍環(huán)境的尤其是地表沉降等監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析和討論，適時調(diào)整工程進(jìn)展和開發(fā)的位置，防止過度地面沉降對附近環(huán)境產(chǎn)生的影響，避免施工過程導(dǎo)致其他建筑物的破壞[2]。因此，必須要做好地表沉降監(jiān)測點的位置排布工作，明確地表沉降的相關(guān)規(guī)律，從而可以采取針對性的措施，防止大規(guī)模土體沉降現(xiàn)象的發(fā)生，保證施工的安全性。

3.2 地表沉降測點布設(shè)

要想做好深基坑施工過程中地表沉降監(jiān)測，首先要完成地表沉降監(jiān)測點的排布工作，明確測試點埋設(shè)的要求。在硬化地面進(jìn)行測點布設(shè)時，采取開孔機(jī)鉆孔埋設(shè)的方案，在設(shè)計位置鉆孔進(jìn)入到臥原狀土，將直徑大于十六毫米的螺紋鋼筋打入鉆孔中央直到下臥層，保證地表硬化地面與鋼筋的完全脫離，然后用細(xì)砂回填進(jìn)行保護(hù)。對于土質(zhì)地面來說，可以采取預(yù)埋水泥樁和澆筑的方法進(jìn)行監(jiān)測點的布設(shè)，根據(jù)實際施工情況和所要求的車站安全等級，對監(jiān)測點定期進(jìn)行檢查，保證監(jiān)測的效率和監(jiān)測的準(zhǔn)確性，在必要時對監(jiān)測點和基點進(jìn)行加固加密排布，保證最終測試效果。

此外，還需要明確測試點布置的相關(guān)要求，根據(jù)實際施工理論和沉降測點的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，合理布置監(jiān)測點。一般要求沉降監(jiān)測點布置在基坑剖面垂直于基坑邊的位置處，坡面之間的間距一般不超過20m，測試點按照先密后疏、由內(nèi)向外的原則進(jìn)行排布，每個剖面線上面布置有八個測試點，確定測試點與圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線的間距，提高檢測的準(zhǔn)確度[3]。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從監(jiān)測結(jié)果來看，地鐵車站按照從南到北的方向進(jìn)行基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工的過程中，地表的沉降主要包括初步沉降，急速成長和穩(wěn)定成長三個階段，分別對應(yīng)于不同的施工階段。在工程施工過程中，隨著基坑深度的不斷加大，對地表沉降影響的程度也不斷增大。離基坑相對較遠(yuǎn)的位置處地表沉降速率變大，而距離較近的地表沉降速度則變小，從檢測結(jié)果可以看出沉降的最大值并不是距離基坑最近的位置，一般在距離基坑8m左右的位置處發(fā)生最大沉降。在沉降穩(wěn)定的階段，基坑開挖深度與基坑外地表沉降最大值之間的比例為0.06%左右，可見該工程項目圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工優(yōu)良，沉降程度較低。

本文采取強(qiáng)度折減有限元法，利用相關(guān)軟件建立起土層參數(shù)的有限元模型，對土地沉降變形過程進(jìn)行分析，取大于三倍積坑寬度的土體范圍進(jìn)行研究。分析各工況圖體沉降曲線以及基坑開挖過程中的對周圍土體的影響，總結(jié)出地表沉降過程有以下幾個特點，隨著施工的不斷深化，基坑周圍地表沉降值的數(shù)目不斷增大，而且沉降值的數(shù)值與基坑距離有關(guān)，距離不同沉降值也各不相同，基坑附近地表沉降整體變形的性狀呈現(xiàn)拋物線的趨勢。在開發(fā)的過程中，隨著工程進(jìn)度的不斷加大，對附近地表環(huán)境的影響也越來越大，最大沉降位置出現(xiàn)在距離坑邊圍護(hù)樁的10m附近處，甚至連距離基坑開挖深度1.5倍的距離處都受到了影響。計算得到的最大地表沉降數(shù)值約為七毫米，滿足工程正常施工的要求和地面沉降控制需要，能夠保證工程項目穩(wěn)定安全施工，利用有限元數(shù)據(jù)分析計算的結(jié)果還可以了解基坑附近地表沉降的影響范圍和大體的變化趨勢，作為基坑變形分析的有效手段可以指導(dǎo)明挖基坑施工工作，盡可能地減少施工過程對附近建筑物和地下管線的影響，保證施工的可靠性[4]。

5 監(jiān)測結(jié)論

通過建立有限元模型對明挖基坑過程中的土體沉降進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論。首先，在開發(fā)的過程中，最大沉降發(fā)生在距離基坑坑壁8m左右的位置處，而且隨著開發(fā)的進(jìn)行，地表沉降不斷增大。沉降的形狀類似于勺子，并沿著坑壁水平方向周圍地表沉降，呈現(xiàn)曲線分布形式。在距離開挖基坑一定范圍距離之內(nèi)沉降最大，并隨著距離的不斷增大影響逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。隨著開挖程度的不斷擴(kuò)大，沉降量也會逐漸增加，而且每個環(huán)節(jié)形成的沉降分布曲線基本相似，基坑開挖影響范圍在30m左右。

從實際監(jiān)測結(jié)果與有限元計算結(jié)果來看，實際監(jiān)測值和周圍地表實際沉降值吻合良好，有限元計算的結(jié)果可靠可信，利用軟件分析的方法可以有效得到地表沉降的相關(guān)數(shù)值以及變化趨勢，為后續(xù)施工調(diào)整和施工作業(yè)提供參考[5]。數(shù)值計算的結(jié)果表明，最大沉降位置在距離坑邊圍護(hù)樁6～10m左右的位置，開發(fā)過程會對基坑深度1倍到1.5倍范圍內(nèi)的土地沉降產(chǎn)生影響。由此可見，有限元計算結(jié)果在很大程度上能夠代表實際地鐵深基坑導(dǎo)致的沉降問題，在實際施工的過程中可以結(jié)合兩種方法，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

綜上所述，明挖深基坑地鐵車站工程必然會對周圍地表環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致附近建筑物和地下管線的沉降。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和軟件進(jìn)行沉降穩(wěn)定性分析和沉降趨勢變化探討，可以指導(dǎo)明挖地鐵基坑施工工作，保證施工的安全性和可靠性。本文以某地鐵車站的實際施工情況作為案例進(jìn)行分析，指出明挖深基坑施工過程中地表沉降的監(jiān)測方案，并進(jìn)行了監(jiān)測數(shù)據(jù)分析工作，得出相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)論，希望能為地鐵車站周邊地表沉降工作提供一定的參考。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王俐瑤. 地鐵車站明挖基坑地下連續(xù)墻質(zhì)量通病分析及預(yù)防對策[J]. 價值工程，2017， 36（33）：85-87.

【2】劉正初， 田魯魯， 郭永發(fā)， et al. 地鐵明挖區(qū)間隧道襯砌開裂及沉降治理措施[J].中國水運（下半月），2018（2）：215-217.

【3】李向群， 李培豪， 侯學(xué)飛. 基坑開挖對周邊地表沉降的影響因素分析[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報，2018，135（2）：23-26.

【4】孔樂. 明挖法深基坑施工變形觀測與分析[J].科技與創(chuàng)新，2018（7）：12.

【5】李煒明， 任虹， 柳雨葉，等. 短時強(qiáng)降水對地鐵車站明挖施工引起的地表沉降與結(jié)構(gòu)變形的影響[J].鐵道建筑， 2018， 58（7）：110.