楊守興，商吉慶，張?jiān)谠?，?恒

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南，250014）

城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展對(duì)修建地鐵技術(shù)提出了更高的要求。地鐵施工技術(shù)具有顯著的地域特征，與各地區(qū)地質(zhì)條件密切相關(guān)。由于地鐵修建位置交通較發(fā)達(dá)、人口較密集，受到場(chǎng)地的局限性，基坑無(wú)法采用傳統(tǒng)的分級(jí)放坡進(jìn)行開(kāi)挖，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題變得非常突出[1～3]?；娱_(kāi)挖過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作為必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，不同地區(qū)的深基坑變形規(guī)律的實(shí)測(cè)結(jié)果，已有大量的現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)[4～9]，但關(guān)于青島地區(qū)的深大基坑的監(jiān)測(cè)結(jié)果總結(jié)還不完善。青島地鐵8號(hào)線(xiàn)紅島站共建段基坑采用樁+錨索、樁+鋼支撐的支護(hù)體系，基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)樁頂水平位移、深層水平位移、基坑地表沉降、鋼支撐軸力、地下水位等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。測(cè)試結(jié)果表明：采用樁+錨索支撐與樁+鋼支撐的深層土體水平位移曲線(xiàn)不盡相同；冠梁頂部水平位移呈波浪形，位移發(fā)展趨勢(shì)可分為三個(gè)階段；鋼支撐的內(nèi)力隨時(shí)間的變化大致呈線(xiàn)性關(guān)系。監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了地鐵通廊支護(hù)體系的合理性與可靠性，豐富了青島地區(qū)類(lèi)似工程的基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果。

1 工程概況

青島地鐵8號(hào)、12號(hào)線(xiàn)下穿濟(jì)青高鐵紅島火車(chē)站房，該段地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)與高鐵站房共建稱(chēng)為共建段。共建段呈“工”字型，地鐵區(qū)域?yàn)榈叵?層結(jié)構(gòu)、三柱四跨，寬45.4m；局部結(jié)構(gòu)七柱八跨，寬70m，長(zhǎng)度為315.5m。

本工程地質(zhì)分區(qū)主要為濱海沼澤帶地區(qū)，地貌類(lèi)型主要為濱海堆積淺灘，地形較為平坦。地表現(xiàn)狀為蝦池、養(yǎng)殖場(chǎng)、平地等，已經(jīng)高鐵施工已回填。明挖基坑場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水豐富，地下水位較高，易受潮汐水影響，因此要求基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)要有較好的止水效果及足夠的剛度。

基坑南側(cè)環(huán)境較為復(fù)雜，緊鄰青蘭高速公路，且施工便道狹長(zhǎng)，車(chē)輛過(guò)往頻繁，為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。因此本文重點(diǎn)分析了共建段南側(cè)緊鄰高速路邊的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

根據(jù)地質(zhì)情況，地鐵基坑1～3段的支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐、4～17段鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式?；娱_(kāi)挖深度為18m。維護(hù)樁徑采用直徑為1 000mm和800mm鉆孔樁，間距為1m，；樁頂設(shè)置1 100mm×1 000mm冠梁。開(kāi)挖期間暴露的樁間土采用C25鋼筋網(wǎng)片+噴混凝土，鋼筋網(wǎng)片采用?8@150（雙向）?；颖O(jiān)測(cè)醒目及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖如圖1所示。

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本基安全等級(jí)為一級(jí)，依據(jù)設(shè)計(jì)要求及《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50479-2009），結(jié)合工程地質(zhì)勘查報(bào)告、施工方給出的開(kāi)挖方案，制訂地鐵通廊共建段的監(jiān)測(cè)方案。緊鄰青蘭高速位置，地鐵基坑為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖1 基坑各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面布置圖

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制指標(biāo)

2.2 監(jiān)測(cè)頻率

基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)貫穿基坑開(kāi)挖至主體結(jié)構(gòu)施工的全過(guò)程，目的是了解基坑變形和緊鄰高速路邊環(huán)境的變化， 保證地鐵基坑及青蘭高速路邊環(huán)境的穩(wěn)定安全。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的初始讀數(shù)應(yīng)在基坑開(kāi)挖前測(cè)定3次，并取其平均值；土方開(kāi)挖期間按1次/天的頻率監(jiān)測(cè)，待地鐵筏板混凝土澆筑完成后監(jiān)測(cè)頻率相應(yīng)減少。

遇到特殊情況，如監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)值、變形速率過(guò)大或異常突發(fā)情況對(duì)基坑不利時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率必須加密。

3 基坑的開(kāi)挖施工過(guò)程

整個(gè)基坑主體結(jié)構(gòu)采用明挖順作法施工，遵循時(shí)空效應(yīng)理論，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)掌握基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形清理并指導(dǎo)基坑的順利開(kāi)挖。地鐵通廊共建段3～17段采用樁錨支護(hù)體系，分3層開(kāi)挖，共3道錨索；1～3段采用樁+鋼支撐體系，開(kāi)挖也分3層開(kāi)挖。

4 監(jiān)測(cè)成果分析

整個(gè)基坑開(kāi)挖由北向南開(kāi)挖，地鐵第4～17段從2016年12月開(kāi)挖至2017年6月底地鐵底板完成施工，第1～3段2017年5月開(kāi)挖至12月底板完成。整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)次數(shù)多，現(xiàn)將部分有代表性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做如下分析。

4.1 土體深層水平位移

對(duì)土體深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠準(zhǔn)確地反映基坑開(kāi)挖期間圍護(hù)樁的變形情況，對(duì)基坑的動(dòng)態(tài)開(kāi)挖具有指導(dǎo)意義。測(cè)斜點(diǎn)CX-01-04-03位于基坑中部位置，此處圍護(hù)樁整體的剛度較小，具有代表性，該測(cè)點(diǎn)土體深層水平位曲線(xiàn)如圖2所示。由圖可知采用樁錨支護(hù)體系深部土體的位移呈“大肚”型，最終變形值為22.8mm，沒(méi)有超過(guò)預(yù)警值。深層土體的水平位移值隨著基坑的挖深，位移不斷增大，基坑開(kāi)挖面以上的變形速率比開(kāi)挖面以下的變形速率快。另外及時(shí)施作錨索，能夠有效抑制側(cè)向位移的發(fā)展速率，筏板的及時(shí)澆筑能夠增加樁體的側(cè)向剛度，同時(shí)增加土體的附加應(yīng)力，也能抑制樁體側(cè)向位移的發(fā)展速率。

所有患者術(shù)后72 h行顱腦增強(qiáng)MRI檢查腫瘤切除情況，根據(jù)Simpson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Ⅰ級(jí) 58例，Ⅱ級(jí)13例，Ⅲ級(jí)9例。術(shù)后送病理檢查均診斷為腦膜瘤，Ⅰ級(jí)良性腦膜瘤59例，Ⅱ級(jí)非典型性腦膜瘤21例。術(shù)后即時(shí)發(fā)現(xiàn)，8例多飲多尿者中6例癥狀緩解，2例無(wú)明顯改善；5例并發(fā)一過(guò)性尿崩；4例嗅覺(jué)減退；4例顱內(nèi)感染；1例腦脊液漏；1例出現(xiàn)高熱、血糖升高等嚴(yán)重下丘腦反應(yīng)而死亡；1例大量出血形成腦疝而死亡。隨訪2～7.5年，平均(5.4±1.4)年，56例視力不同程度的改善，21例無(wú)明顯變化，3例視力減退。11例復(fù)發(fā)，復(fù)發(fā)率為13.8%，再次行手術(shù)治療。

圖2 CX-01-04-03 深層土體水平位移變化曲線(xiàn)

地鐵通廊共建段1～3段采用樁+鋼支撐體系，選取CX-10-03圍護(hù)樁深層位移測(cè)點(diǎn)為例，不同工況下的累計(jì)變形曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 CX-10-03深層土體水平位移變化曲線(xiàn)及數(shù)值曲線(xiàn)

由圖可知采用樁+鋼支撐維護(hù)體系的變形大致呈“葫蘆型”，隨著開(kāi)挖深度的增加，樁體變形值不斷加大。在鋼支撐架設(shè)之前，樁身位移增長(zhǎng)速率較快，隨著鋼支撐的架設(shè)完成，變形發(fā)展速率減緩。2017年8月初地鐵1～3段筏板澆筑完成，樁體的變形趨于穩(wěn)定，最終變形值為24mm，位于基坑深度12m處。整個(gè)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土體深層水平位移均未達(dá)到報(bào)警值。

對(duì)地鐵1～3段采用Midas/GTS建立三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，采用摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型，模擬實(shí)際的施工工況。由圖3可知，數(shù)值模擬值的計(jì)算變形曲線(xiàn)和實(shí)測(cè)的變形曲線(xiàn)相吻合。

4.2 地表沉降

基坑南段的施工較北段的施工滯后，南側(cè)緊鄰高速公路路基旁有一施工便道，出入大型機(jī)械設(shè)備較多，此處為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。取南側(cè)緊鄰高速路邊的3個(gè)具有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，沉降曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 地表沉降

由圖可知地表最大沉降量在DBC03-07處，為22.4mm，均為超出規(guī)范要求的0.15%H=27mm。原因在于施工前，施工方采用注漿加固的方法對(duì)緊鄰高速公路的施工便道進(jìn)行了注漿加固，在施工過(guò)程中嚴(yán)禁在此處堆載，并對(duì)高速公路路基邊坡采用掛網(wǎng)噴射混凝土處理。但是在施工過(guò)程中，南側(cè)基坑支撐的架設(shè)相對(duì)滯后，導(dǎo)致路面的沉降在持續(xù)增加，直到第180天左右筏板澆筑完成滯后，地表的沉降才趨于平穩(wěn)。

4.3 樁頂沉降

圖5為基坑北側(cè)圍護(hù)樁樁頂測(cè)點(diǎn)QC05-11、QC05-09、QC05-07、QC05-05、QC05-03 在基坑開(kāi)挖過(guò)程中的沉降的曲線(xiàn)。

圖5 樁頂沉降

2016年11月中旬獲得圍護(hù)樁頂沉降的初始值，隨著每層土體的開(kāi)挖沉降有逐漸增大的趨勢(shì)，但變化率均不大。2017年5月初筏板澆筑完畢，增大土體的附加應(yīng)力，并對(duì)圍護(hù)樁體側(cè)向變形有一定的約束作用。隨著地鐵負(fù)二層、負(fù)一層的主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢，上部荷載不斷增加，基底下被動(dòng)區(qū)土體受到限制并使土體產(chǎn)生少量的壓縮，圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生少許沉降，最終趨于穩(wěn)定。由圖5可知圍護(hù)樁頂最大沉降發(fā)生在QC05-07測(cè)點(diǎn)，最大沉降值為14mm，沒(méi)有超出規(guī)范要求的警戒值。

4.4 冠梁頂部水平位移

基坑冠梁頂部的水平位移也能很好反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，因此冠梁頂部水平位移也是本次監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)地鐵北側(cè)的冠梁頂部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)QW05-05、QW05-07、QW05-09的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，冠梁頂部水平位移隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖6所示（朝向基坑為正）。

圖6 樁頂水平位移曲線(xiàn)

由圖可知在基坑施工過(guò)程中，冠梁頂部水平位移隨時(shí)間的變化關(guān)系大致呈波浪上升的趨勢(shì)。采用ORIGN9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合，擬合結(jié)果及擬合參數(shù)見(jiàn)公式1，且擬合效果良好。冠梁頂部的水平位移可分為3個(gè)階段：位移加速增長(zhǎng)階段、位移減速增長(zhǎng)階段、位移增長(zhǎng)穩(wěn)定階段。原因在于土方開(kāi)挖是一個(gè)卸荷的過(guò)程，基坑開(kāi)挖的前期，冠梁頂部的水平位移加速增長(zhǎng)，而隨著各道錨索的施工減緩了水平位移增大速率。2017年6月地鐵筏板澆筑完畢形成剛度后，冠梁頂部水平位移逐漸趨于穩(wěn)定，QW05-05、QW05-07、QW05-09監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移的最大值分別為24.6mm、21.7mm、18.7mm（朝向基坑內(nèi)側(cè)），均未超出報(bào)警值。

式中s——冠梁頂部累計(jì)水平位移；

s0——冠梁頂部累計(jì)水平位移；

A,B——擬合參數(shù)；

t——時(shí)間。

4.5 支撐軸力

鋼支撐軸力的監(jiān)測(cè)選用軸力計(jì)進(jìn)行測(cè)試，量程應(yīng)選擇大于設(shè)計(jì)極限值的2倍。軸力計(jì)在安裝之前，必須進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及標(biāo)定系數(shù)的檢驗(yàn)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

由圖7可知，鋼支撐的軸力呈近似線(xiàn)性遞增，且三道直線(xiàn)的斜率均不相同。2017年5月中旬施加第一道鋼支撐后，隨著基坑內(nèi)土方的持續(xù)開(kāi)挖，第一道的支撐軸力呈不斷增大的趨勢(shì)，但增長(zhǎng)速率較平緩。2017年7月上旬，在第二道鋼支撐施工完成后，繼續(xù)開(kāi)挖土方，第二道鋼支撐的軸力的斜率要比第一道支撐大，且第一道支撐軸力增長(zhǎng)速度有所減緩，原因在于第二道支撐分擔(dān)一部分主動(dòng)土壓力。同樣在施工完第三道鋼支撐的時(shí)候，第一、第二道鋼支撐的軸力增長(zhǎng)速度放緩，甚至趨于平緩，而第三道鋼支撐軸力增長(zhǎng)速度卻很大，直至地鐵筏板施工完畢之后，三道支撐的軸力才趨于平緩。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明三道鋼支撐的內(nèi)力均為超過(guò)設(shè)計(jì)的80%（2 400kN）。

圖7 鋼支撐軸力與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

在支撐軸力測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)支撐軸力測(cè)量的影響不可忽略，在軸力測(cè)試過(guò)程中盡量選在一天當(dāng)中氣溫較低時(shí)進(jìn)行，同一批次的支撐盡量在相同的時(shí)間或溫度條件下測(cè)量。

4.6 地下水位

對(duì)地鐵南北區(qū)段的地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)DSW10-09和 DSW10-08（南側(cè)）、DSW-06和 DSW-07（北側(cè)）的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，地下水位隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖8所示。

由圖8可知基坑南側(cè)水位累計(jì)下降量的最大值為0.25m，基坑北側(cè)為0.16m，均為超出報(bào)警值?；幽媳眱蓚?cè)地下水位的累計(jì)下降量均不大，原因在于地鐵規(guī)劃區(qū)域原為蝦池、魚(yú)塘，附近河流多，地下水位豐富，這對(duì)施工降排水造成了一定的困難。南側(cè)水位累計(jì)下降量降大，原因在于位于基坑南側(cè)設(shè)置了若干集水井，24h不間斷排水。當(dāng)施工到250天左右時(shí)，地鐵筏板均澆筑完成，且北側(cè)主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，底板的自防水及外防水作用減小了地下水的滲流，地下水趨于穩(wěn)定。

圖8 地下水位隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

5 結(jié) 論

本文通過(guò)青島地鐵8號(hào)線(xiàn)地鐵城市通廊共建段基坑監(jiān)測(cè)方案的實(shí)施和施工過(guò)程中的信息化監(jiān)測(cè)，對(duì)深層土體的水平位移、冠梁頂部水平位移、緊鄰高速公路地表沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂沉降、支撐軸力、地下水位監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：①樁錨支撐體系、鋼支撐體系均能夠有效抑制維護(hù)樁體的變形；②采用樁錨支護(hù)體系的維護(hù)結(jié)構(gòu)，冠梁頂部水平位移可分為3個(gè)階段：位移加速增長(zhǎng)階段、位移減速增長(zhǎng)階段、位移穩(wěn)定階段；③鋼支撐的軸力與時(shí)間大致呈線(xiàn)性關(guān)系，3道支撐軸力增長(zhǎng)的速率由上至下依次減?。虎茉跍y(cè)試鋼支撐軸力時(shí)，盡量避免陽(yáng)光暴曬的時(shí)間段，測(cè)試鋼支撐軸力時(shí)應(yīng)選在同一時(shí)間段進(jìn)行；⑤筏板的及時(shí)施作不僅能有效抑制基坑樁體的位移，同時(shí)也能夠有效預(yù)防地下水的滲流。