雷 振

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

繁華城區(qū)深厚淤泥質(zhì)地層地鐵明挖區(qū)間變形規(guī)律研究

雷 振

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

為了研究深厚淤泥質(zhì)條件下基坑的變形規(guī)律，依托深圳地鐵在建明挖地鐵隧道區(qū)間基坑工程，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)分析在建隧道區(qū)間基坑周邊復(fù)雜環(huán)境，重點(diǎn)研究了淤泥質(zhì)黏土地層對(duì)基坑建設(shè)的影響。研究結(jié)果表明：地鐵明挖區(qū)間現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)警基坑及周邊既有建(構(gòu))筑物的變形特征；地鐵明挖區(qū)間基坑兩側(cè)既有市政道路路面變形隨著基坑建設(shè)由西向東逐漸加劇；明挖區(qū)間同一監(jiān)測(cè)斷面上，同時(shí)由于淤泥質(zhì)黏土蠕變作用，其側(cè)向位移也隨著時(shí)間增加而緩慢增大。

基坑；淤泥質(zhì)黏土；近接工程；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

城市明挖隧道周邊建筑物、地下管線分布較多，周邊環(huán)境比較復(fù)雜，基坑及周邊環(huán)境的穩(wěn)定對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程導(dǎo)致內(nèi)外土體應(yīng)力狀態(tài)的變化非常敏感。基坑開(kāi)挖是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，與之有關(guān)的基坑穩(wěn)定和環(huán)境影響也是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此加強(qiáng)在施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)，觀測(cè)開(kāi)挖過(guò)程中基坑的狀態(tài)及其對(duì)周邊環(huán)境的影響，有助于快速反饋施工信息，預(yù)防工程破壞事故和環(huán)境事故的發(fā)生，做到信息化施工[1]。

對(duì)于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，往往難從以往的經(jīng)驗(yàn)中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測(cè)的方法，這就必定要依賴于施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[2]。在施工過(guò)程中對(duì)基坑維護(hù)樁、基坑邊坡、冠梁的全方位監(jiān)測(cè)，掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)與基坑的變化情況，并及時(shí)調(diào)整施工方案，控制施工節(jié)奏，從而使支護(hù)結(jié)構(gòu)始終處于有效控制之中[3]。專家學(xué)者[4-17]對(duì)于國(guó)內(nèi)的許多復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理研究，并得到了許多有益的成果結(jié)論。對(duì)于淤泥質(zhì)地質(zhì)條件下基坑工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究，雖然也有許多專家學(xué)者[18-24]分析研究并獲得了很多結(jié)論，但是由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和獨(dú)特性，每個(gè)基坑工程都有其特有的性質(zhì)，現(xiàn)有的研究成果中不可能將所有條件下基坑工程的變形規(guī)律全部包含。

依托深圳地鐵在建明挖地鐵隧道區(qū)間基坑工程，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析方法，通過(guò)分析在建隧道區(qū)間基坑周邊復(fù)雜環(huán)境，重點(diǎn)研究了淤泥質(zhì)黏土地層對(duì)基坑建設(shè)的影響。

1 工程概況

深圳市城市軌道交通10號(hào)線工程益田停車場(chǎng)出入線區(qū)間起于福田口岸站西側(cè)端墻，止于益田停車場(chǎng)東側(cè)端墻，其中福田口岸站為地下雙層，益田停車場(chǎng)為場(chǎng)線并行過(guò)交叉渡線后，入場(chǎng)線線路縱坡往下、出場(chǎng)線線路縱坡往上逐漸拉開(kāi)軌面高差后，均以平坡接入益田停車場(chǎng)東側(cè)端墻。本段明挖隧道位于廣深高速公路北側(cè)綠化帶內(nèi)，出入線明挖隧道起始于福田保稅區(qū)一號(hào)隧道西側(cè)，牽出線明挖隧道起始于福田保稅區(qū)一號(hào)隧道東側(cè)，終點(diǎn)位于福田保稅區(qū)二號(hào)隧道正下方。明挖下穿福田保稅區(qū)一號(hào)、二號(hào)隧道及益田一廣深立交橋，上跨廣深港高鐵盾構(gòu)隧道。本次設(shè)計(jì)出入線明挖區(qū)間隧道入場(chǎng)線起點(diǎn)里程為T(mén)RDK0+861.377，終點(diǎn)里程為T(mén)RDK1+264.339，入場(chǎng)線線路全長(zhǎng)402.962 m;出場(chǎng)線起點(diǎn)里程為T(mén)CDK0+862.550，終點(diǎn)里程為T(mén)CDK1+264.339,在TCDK1+100.000處設(shè)置一個(gè)0.752 m長(zhǎng)鏈，出場(chǎng)線線路全長(zhǎng)402.542 m；牽出線明挖隧道起點(diǎn)里程為SSK0+000.000，終點(diǎn)里程為SSKO+272.200，牽出線線路全長(zhǎng)272.200 m。

基坑范圍地層自上而下依次為素填土、淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、卵石、砂土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)型式。地下連續(xù)墻槽壁采用雙排攪拌樁預(yù)加固處理，為防止淤泥層縱向滑移，增設(shè)水泥攪拌樁隔墻，臨近廣深高速公路側(cè)增設(shè)雙排高壓旋噴樁。場(chǎng)地揭露到的地層主要有第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層(Q4mc)、第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)、第四系殘積層(Qel)、燕山期(γ53)花崗巖。其中淤泥類土作為一種區(qū)域性特殊類土，具有天然含水率高、孔隙比大、滲水性低、中壓縮性，高靈敏度、抗剪強(qiáng)度低、承載力低、飽水狀態(tài)下還具有觸變、流變等特性，對(duì)工程地質(zhì)條件有著特殊的影響。淤泥土地基承載力低，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，加荷后易變形且不均勻，變形速率大且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，具有滲透性小、觸變性及流變性大的特點(diǎn)。會(huì)對(duì)本工程的地層沉降規(guī)律造成特殊影響。

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法

針對(duì)深圳地鐵益田車站1#隧道東側(cè)基坑在建設(shè)，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：地表沉降點(diǎn)、1#隧道沉降點(diǎn)、支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)、樁頂沉降點(diǎn)、水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 地表沉降

圖2所示為以10.22、11.09、11.12、11.19以及12.02為代表時(shí)間節(jié)點(diǎn)的出入線地面沉降各測(cè)點(diǎn)高程散點(diǎn)圖。

圖2(a)中，10.22已有出入線基坑西側(cè)處監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，即為圖2(a)中涂色圓點(diǎn)，10.22已有D22—D25各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)高程基本處于同一水平上；11.09號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為涂色圓點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)D14—D21，從出入線基坑整體來(lái)看，基坑測(cè)點(diǎn)高程由西至東為遞減趨勢(shì)，可能與東側(cè)基坑先行開(kāi)挖有關(guān)，此外10.22—11.09期間D22—D25測(cè)點(diǎn)高程變化不大，大多輕微沉降個(gè)別產(chǎn)生輕微隆起。

圖2(b)中，11.09—11.12期間，D25位置測(cè)點(diǎn)高程發(fā)生顯著變化，高程由4.23 m沉降至3.75 m，變形很大，圖2(c)中，11.12—11.19期間，D24位置測(cè)點(diǎn)高程發(fā)生顯著變化，D24-5測(cè)點(diǎn)高程由4.26 m沉降值2.11 m，而先前變化較大的D25測(cè)點(diǎn)位置高程變化穩(wěn)定，高程輕微上升。圖2(d)中，各測(cè)點(diǎn)高程變化發(fā)育穩(wěn)定，各測(cè)點(diǎn)均無(wú)明顯高程變化，大多產(chǎn)生輕微沉降。

圖2 測(cè)點(diǎn)高程變化散點(diǎn)圖

圖3為D14測(cè)點(diǎn)沉降變化情況。D14測(cè)點(diǎn)位置為出入線與牽出線交界處，此處存在較大變截面，且支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)測(cè)點(diǎn)D14-1、D14-3、D14-4沉降規(guī)律進(jìn)行分析。D14測(cè)點(diǎn)位于變截面邊線上，各測(cè)點(diǎn)由內(nèi)向外依次布置。從圖3中可以看出，測(cè)點(diǎn)處地面沉降隨施工進(jìn)行呈增大趨勢(shì)，除D14-4處地面于12月份產(chǎn)生隆起變形沉降減小外，各測(cè)點(diǎn)沉降發(fā)育趨勢(shì)相近，D14-1發(fā)育趨勢(shì)較穩(wěn)定，而D14-3與D14-4變形發(fā)育存在波動(dòng)，與D14-4相比D14-3沉降波動(dòng)存在一定滯后性，結(jié)合三點(diǎn)位置考慮，可能測(cè)點(diǎn)越靠近變截面邊緣位置，對(duì)施工、降水等外來(lái)擾動(dòng)更加敏感。

圖3 D14測(cè)點(diǎn)沉降變化情況

3.2 墻頂水平位移

停車場(chǎng)出入線區(qū)間段有Q23—Q52共30個(gè)墻頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，做各測(cè)點(diǎn)X、Y向偏移變化曲線，如圖4、圖5所示。

圖中可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)測(cè)點(diǎn)X、Y向偏移值在2 mm左右，其中QW23、QW24-1、QW24-2、QW48、QW38、QW32等測(cè)點(diǎn)處墻頂位移明顯大于其他測(cè)點(diǎn)，同時(shí)其大多位于支撐結(jié)構(gòu)變截面位置，因此由東至西選擇QW23-QW24、QW31-QW32、QW37-QW38、QW47-QW48、QW51-QW52五個(gè)截面位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化通過(guò)X，Y坐標(biāo)變化表示，X為正代表測(cè)點(diǎn)處墻頂向基坑外傾斜，為負(fù)則向基坑內(nèi)傾斜，Y向?yàn)檎硐驏|側(cè)傾斜，為負(fù)代表向西側(cè)傾斜。由于偏移為矢量數(shù)值，通過(guò)時(shí)間-偏移曲線難以清晰表示各時(shí)間節(jié)點(diǎn)處墻體的具體傾向，因此通過(guò)將當(dāng)前測(cè)點(diǎn)偏移數(shù)值繪制于四個(gè)象限的函數(shù)圖形內(nèi)，當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)所在位置及距原點(diǎn)距離，分別代表了監(jiān)測(cè)點(diǎn)處墻頂?shù)钠品较蚝推凭嚯x。

圖4 X向偏移

圖5Y向偏移

3.3 墻頂位移與支撐軸力對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)幾何受力關(guān)系易知，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻頂水平位移與第一道混凝土支撐軸力存在密切的受力位移關(guān)系，墻頂水平位移會(huì)顯著影響混凝土支撐的軸力變化，同時(shí)混凝土支撐也對(duì)墻體位移起到限制效果，二者互相影響。因此對(duì)照墻體位移所取斷面，分析其混凝土支撐受力變化情況。

QW29—QW30斷面位于出入線基坑?xùn)|側(cè)，結(jié)構(gòu)處不存變截面等特殊形式，對(duì)應(yīng)TZC1-48混凝土支撐。TZC1-48混凝土支撐軸力變化如圖6所示，圖6中可見(jiàn)其軸力值變化常出現(xiàn)反常波動(dòng)，如11.21、11.25、11.30軸力值突然劇烈波動(dòng)，從受拉變化為受壓，隔天又恢復(fù)正常，咨詢監(jiān)測(cè)人員答復(fù)，軸力值的測(cè)量受周邊環(huán)境影響極大，車輛停靠、雜物堆放、溫度反常等都可能造成軸力值劇烈波動(dòng)，因此可以認(rèn)為上述天數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有誤，對(duì)分析數(shù)據(jù)無(wú)影響。QW29—QW30斷面墻體偏移軌跡以及兩側(cè)點(diǎn)間距變化如圖7所示，其最終偏移方位已在圖8中圈出，可以看出，自監(jiān)測(cè)記錄開(kāi)始，基坑北側(cè)測(cè)點(diǎn)QW29位置墻體逐步向西南方向偏移，基坑南側(cè)測(cè)點(diǎn)QW30位置墻體偏移軌跡波動(dòng)范圍較大，首先向東北方向偏移，此過(guò)程中基坑兩側(cè)距離增大，混凝土支撐處于拉伸狀態(tài)，而后QW29測(cè)點(diǎn)繼續(xù)想西南側(cè)偏移，QW30測(cè)點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)向南側(cè)偏移，墻體間距逐漸減小至支撐處于壓縮狀態(tài)。測(cè)點(diǎn)間距變化曲線與混凝土支撐軸力變化曲線基本吻合，數(shù)值波動(dòng)所代表的具體情境相符，特征數(shù)據(jù)記錄日期相吻合，說(shuō)明墻頂水平位移與支撐混凝土軸力間確實(shí)存在明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，位移變化將導(dǎo)致軸力對(duì)應(yīng)改變，支撐受力限制位移波動(dòng)。

圖6 TZC1-49支撐混凝土軸力變化曲線圖

圖7 QW29—QW30斷面墻頂位移分布圖

圖8 QW29—QW30斷面支撐部位間距變化曲線圖

QW23—QW24與QW51—QW52斷面為出入線基坑與其他區(qū)間段相交接位置，結(jié)構(gòu)斷面處發(fā)生變截面，采用了特殊的支撐結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行分析。對(duì)于QW23—QW24斷面，QW23與QW24-1測(cè)點(diǎn)處結(jié)構(gòu)受力變形直接由TZC1-39承受，該支撐受力變形方向與測(cè)點(diǎn)連線位于同一條直線上，其余TZC1-40、TZC1-41、TZC1-42三道混凝土支撐同樣對(duì)結(jié)構(gòu)有支撐作用，但其受力點(diǎn)及受力方向均不直接作用于測(cè)點(diǎn)處墻體，對(duì)測(cè)點(diǎn)墻體位移起次要作用，推測(cè)其影響效果由內(nèi)層支撐至外逐漸減?。辉摂嗝鍽W24-2測(cè)點(diǎn)，其周邊混凝土支撐結(jié)構(gòu)均無(wú)法對(duì)其直接起到支撐作用，僅能通過(guò)支擋其所在墻體來(lái)限制其位移，效果與TZC1-40等位置的混凝土支撐一致。

4 結(jié) 論

針對(duì)繁華城區(qū)深厚淤泥地層地鐵明挖區(qū)間基坑變形規(guī)律，依托深圳地鐵在建明挖地鐵隧道區(qū)間基坑工程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，研究了地鐵明挖區(qū)間基坑對(duì)周邊復(fù)雜環(huán)境的影響特征，重點(diǎn)揭示了淤泥質(zhì)黏土地層明挖區(qū)間變形規(guī)律得到以下研究結(jié)果：

(1) 地鐵明挖區(qū)間現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)警基坑及周邊既有建(構(gòu))筑物的變形特征，為工程建設(shè)提供重要的數(shù)據(jù)參考。

(2) 地鐵明挖區(qū)間基坑兩側(cè)既有市政道路路面變形隨著基坑建設(shè)由西向東逐漸加劇。其中，基坑南側(cè)地面變形較北側(cè)更加明顯，即對(duì)于同一軸線上測(cè)點(diǎn)，南側(cè)測(cè)點(diǎn)變形明顯大于北側(cè)；同時(shí)越靠近基坑位置的測(cè)點(diǎn)沉降明顯。建議在施工過(guò)程中合理有效的安排施工工序，減小地表沉降變形。

(3) 明挖區(qū)間同一監(jiān)測(cè)斷面上，側(cè)向位移隨著開(kāi)挖深度增加而增大，同時(shí)由于淤泥質(zhì)黏土蠕變作用，其側(cè)向位移也隨著時(shí)間增加而緩慢增大。而沿著開(kāi)挖軸線方向，開(kāi)挖區(qū)域會(huì)引起尚未開(kāi)挖區(qū)域地下連續(xù)墻側(cè)向位移量增加大，引起水平鋼支撐軸力增加。因此，在地鐵明挖區(qū)間建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮淤泥質(zhì)黏土的蠕變特性與基坑開(kāi)挖的時(shí)空效應(yīng)，正確評(píng)估基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定性。

(4) 淤泥質(zhì)黏土地層的特殊工程力學(xué)特性，決定了地鐵明挖區(qū)間支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。隨著淤泥質(zhì)黏土地層開(kāi)挖深度的增大，明挖區(qū)間基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的變形量逐漸增加，致使基坑穩(wěn)定性減弱和周邊既有建(構(gòu))筑物極易失穩(wěn)破壞。因此，在特殊地質(zhì)條件下進(jìn)行基坑施工，必須充分考慮工程地質(zhì)特征，采取有效的支護(hù)體系和施工工藝，以保證工程建設(shè)的安全。

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Deformation Law of Foundation Pit in Subway in Muddy Stratum Layer in Downtown Area

LEI Zhen

(SinohydroBureau8Co.,Ltd.,Changsha,Hu'nan410004,China)

With the rapid development of the coastal cities in the east, the urban subway tunnels always need to be built near the coast. Due to the muddy stratum in the coastal strata, collapse happened a lot. Therefore with the site monitoring data, the influence of muddy stratum on foundation pit is analyzed, based on the foundation pit in subway in Shenzhen. The following conclusion could be drawn: the deformation behavior could be predicted with monitoring data, and the deformation of road near the foundation pit gets larger from west to east. The lateral deformation gets larger with the excavation be done gradually as the result of the creep of muddy stratum.

foundation pit; muddy stratum; close-spaced engineering; site monitoring

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.04.045

2017-04-09

2017-05-19

雷 振(1973—)，男，貴州仙桃人，高級(jí)工程師，主要從事地鐵隧道方面的工作。 E-mail:365343843@qq.com

U231.3

A

1672—1144(2017)04—0228—05