地铁区间隧道基坑的变形分析.doc

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1、地铁区间隧道基坑的变形分析摘　要　通过对南京地铁明挖段基坑工程变形情况进行分析,指出狭长条形基坑的变形特征,并分析不均匀超载、降水、地表刚度、开挖范围及开挖时间对基坑变形的影响规律,提出相应的控制基坑变形的工程措施。关键词　侧移　沉降　不均匀超载　降水　地表刚度近年来,地铁工程建设在许多城市相继展开,已成为现代城市建设的重要部分。地铁区间隧道的施工中,较多地采用了盾构法和明挖法,前者主要应用于埋深较深的隧道施工,而对于覆土深度浅于5m的隧道,一般则采用基坑支护下明挖法施工。明挖法地铁区间隧道基坑一般为狭长条形,周围环境变化较大,因而影响基坑变形的因素较多,其中许多因素具有不确

2、定性,使得精确计算基坑的变形十分困难。在工程实践中,更多地依靠“理论导向、量测定量、经验判断、精心监控”[1]综合技术控制基坑的变形。1工程实例南京地铁为南北走向,全长由高架段、地面段和地下段几部分组成,其中埋深较浅的TA4标过渡段区间隧道采用明挖法施工,基坑长312.542m,宽12.90~14.00m,北部开挖深度为8.75m,南部3.50m。该工程东边为城市一主干道,西边北部为一居民区,住宅楼均为6层砖混结构,筏板基础,南部为城市道路及部分生活设施管线。主要地层情况如下:①杂填土,层厚1m左右;②素填土,层厚3m左右,微透水,Es,1~2=4·36MPa;③粉土,层厚2

3、m左右,微透水,稍密,Es,1~2=7.04MPa,C=23kPa,Φ=22.8°;　　④淤泥质粉质粘土,层厚12m左右,不透水,软流塑,Es,1~2=3.71MPa,C=14kPa,Φ=9.6°;⑤粉质粘土,层厚7m左右,不透水,可塑,Es,1~2=7.06MPa,C=61kPa,Φ=9.4°。该工程北部围护结构为SMW工法挡土墙,水泥土搅拌桩直径为850mm,搭接250mm,型钢为700mm×300mm×12mm×14mm的H型钢,间隔布置(中心距1200mm),水泥土的强度在1.0Mpa以上,设置两道609支撑;中部水泥土搅拌桩直径为650mm,搭接200mm,型

4、钢为500mm×250mm×10mm×12mm的H型钢,间隔布置,设置两道Φ609支撑;南部采用由格栅式水泥土素桩组成的重力式挡土墙。根据工程现场情况及要保护的建筑物情况,在现场布置了两个测斜孔、5个水位观测孔及18个沉降观测点,各测点布置图如图1所示。围护结构施工完成1个月后开始进行坑内降水,20天后,预计坑内水位以降至开挖面以下,此时观测到坑外水位下降了0.38m,稳定水位10天后设置首道支撑(Φ3609钢管),并开始进行开挖。由于基坑较长,采取分段开挖施工的方法,首先开挖北面大约80m长的一段。当开挖至地表下4.5m处时,测得1号沉降观测点沉降值达36.1mm并报警,但

5、此时1号测斜孔测得的围护结构最大侧移仅为16.2mm,当时认为沉降较大是由于降水引起,可能基坑未开挖部分某处出现了渗漏,而当时水位已满足施工要求,便停止降水,继续开挖至地表下6m处,设置第2道支撑,然后开挖至基底,此时测得基坑围护结构最大侧移为58.2mm,超出预估侧移35mm较多,地表沉降最大处(4号点)达43.2mm,地面并出现部分平行于基坑方向的裂缝,此后围护结构侧移在开挖停止后仍在不断增加,但进展较少,浇筑隧道底板后,围护结构侧移也稳定下来。整个施工过程中周围的居民住宅楼未发现任何破坏。2变形特征从基坑变形监测结果可看出该基坑的变形具有以下特征:(1)总体看来,该基坑

6、工程的变形较正常情况大,但基本达到了对周围建筑物和管线保护的目的。(2)围护结构的侧移最大处位于开挖面附近稍低于开挖面,总体变化趋势呈抛物线状(见图2)。(3)基坑周围地面沉降最大值发生在基坑边缘,随着离基坑距离的增大基本上呈线性减小(如图3)。其最大沉降值与围护结构的最大侧移值之比大约等于0.75,地表沉降范围大约为30m,这比文献[2]计算结果大了近1倍,基本等于住宅楼所在的范围。3变形原因分析结合工程现场具体情况,对该基坑的变形特点进行深入分析研究,笔者认为该工程产生较大变形的原因主要有以下几个方面:1)不均匀超载采用文献[3]的方法对该基坑进行变形估算,如取地面超载q

7、=30kPa,则基坑围护结构最大侧移为31.2mm,如取地面超载q=100kPa,这基本等于6层居民楼基底的压力,则计算所得的最大侧移将达42.3mm。由于本基坑工程西边建筑物较密集,而东边较空旷,两边超载差别较大,同时基坑采用了内支撑,使得基坑产生部分向东的整体位移,势必加剧基坑西边的变形。工程中虽未对东边围护结构的侧移进行量测,但沉降观测结果充分说明了这一现象,当4号点沉降达43.2mm时,16号点的沉降仅为13.8mm,预计东边围护结构的侧移约为20mm。2)地面刚度由于本工程周围住宅楼的基础采用