虞雙林

（中國交通建設(shè)股份有限公司軌道交通分公司，北京 100088）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化進程的加快，城市基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，大量的深基坑不斷出現(xiàn)，深基坑工程事故也有所增加。因此，必須在基坑施工中做好現(xiàn)場監(jiān)測工作，這是基坑工程中非常重要的環(huán)節(jié)。施工人員可通過基坑監(jiān)測手段預測基坑變形的趨勢，并對基坑的安全狀態(tài)進行評估[1-2]。

本文以南通地鐵1號線能達商務區(qū)站異形深基坑工程為依托，對地表沉降、墻頂沉降和立柱沉降的監(jiān)控量測進行分析，探討了異形深基坑施工過程中所引起的不同位置處的沉降規(guī)律和影響因素。利用Flac3D6.0對異形深基坑的施工過程進行了三維數(shù)值分析，并用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和計算結(jié)果進行了對比分析，得出了異形深基坑不同開挖深度時地表沉降、墻頂沉降和立柱沉降的規(guī)律。

2 工程和地質(zhì)概況

2.1 工程概況

能達商務區(qū)站位于南通市崇川區(qū)，通盛大道和星湖大道交口處，沿南北向布置，是南通地鐵1號線和3號線的換乘站。能達商務區(qū)站基坑形狀較為特殊，屬于典型的異形深基坑，基坑沿長度方向分為喇叭口段、異形段、標準段、換乘段?；娱L度約288 m，寬度7~39.34 m（標準段寬21.29 m）；基坑深度約為16.59~25.29 m?；硬捎妹魍诜ㄊ┕?，支護結(jié)構(gòu)采用“800 mm厚地下連續(xù)墻+支撐”的組合形式?；釉趯挾确较蛏喜贾?道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，間距約為5.2~8.5 m；第二道~第四道為鋼筋混凝土支撐和鋼支撐，分別布置在埋深7.5 m、10.5 m、13.5 m處，間距約為2.4~3.0 m。

2.2 地質(zhì)概況

擬建工程場區(qū)主要以軟土層為主，地質(zhì)勘探資料顯示，基坑影響范圍內(nèi)依次為填土、黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、粉細砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂。

本場地地下水位較高，約1.5~3.0 m，以潛水和承壓水為主。潛水一般貯存在淺部粉土、粉砂、粉質(zhì)黏土中，第I承壓水一般貯存在粉砂、細砂中。為了減少土方開挖時地下水的干擾，確保施工安全，在基坑開挖前采用井點降水法進行降水。

3 試驗方案與測點布置

根據(jù)本工程施工特點和一級基坑變形控制要求，需進行沉降監(jiān)測的內(nèi)容為：地表沉降、墻頂沉降、立柱沉降。其中，地表沉降和墻頂沉降沿圍護結(jié)構(gòu)共布置34組監(jiān)測點，立柱沉降共布置9組測點。

由于篇幅有限及考慮到基坑形狀的特殊性，分別在喇叭口段、異形段、標準段各選取一組地表監(jiān)測點和墻頂沉降監(jiān)測點對地表沉降和墻頂沉降進行分析，選取3組立柱進行沉降分析，監(jiān)測點布置如圖1所示。每組地表監(jiān)測點由6個監(jiān)測點組成，構(gòu)成一條沉降線，與地下連續(xù)墻的距離分別為2 m、5 m、10 m、16 m、32 m、48 m。

結(jié)合基坑監(jiān)測相關(guān)規(guī)范，并參考該地區(qū)土層特點和現(xiàn)有監(jiān)測成果，地表沉降、墻頂沉降、立柱沉降的累計警戒值分別為30 mm、30 mm、15 mm。

4 數(shù)值模擬

4.1 數(shù)值計算模型

本文采用Flac3D6.0動態(tài)模擬土方開挖過程，分析支護結(jié)構(gòu)的變形和地表沉降特征。所建模型在X、Y、Z三個方向的尺寸分別為450 m、240 m、80 m，重力方向與Z軸負方向一致，地表為自由邊界，無約束作用，模型其他界面均施加法向約束。模型共劃分378 189個節(jié)點和364 400個單元。三維計算模型如圖2所示。

4.2 計算參數(shù)選取

計算模型采用HSS本構(gòu)模型，地層和地下連續(xù)墻采用實體單元，鋼筋混凝土支撐、鋼支撐采用梁單元模擬。由于在土方開挖前已經(jīng)通過降水井進行了人工降水，計算時不考慮地下水的影響。

4.3 計算結(jié)果

4.3.1 地下連續(xù)墻水平位移

基坑開挖后，就平面位置而言，東側(cè)地下連續(xù)墻的最大位移發(fā)生在異形段中部附近，方向朝向基坑，最大值為18.77 mm；西側(cè)地下連續(xù)墻的位移最大值為18.77 mm，方向同樣朝向基坑，發(fā)生在異形段處。由于異形段附近基坑寬度不斷變化，受到空間效應的影響，該處地下連續(xù)墻水平位移較大。就深度而言，基底以上部分水平位移較大，基底以下部分水平位移較小，這主要是由于土體開挖導致支護結(jié)構(gòu)水平土壓力卸載，導致地下連續(xù)墻向基坑方向發(fā)生變形。

4.3.2 基坑周邊地表沉降

基坑開挖完成后，異形段的地表沉降比其他區(qū)段大，異形段距離地下連續(xù)墻10 m附近，地表沉降最大，約為-23.5 mm。地表沉降隨著與基坑距離的增大而逐漸減小，在距離基坑2倍開挖深度以內(nèi)的區(qū)域地表沉降較大，距離基坑2倍開挖深度以外的區(qū)域地表沉降較小。

4.3.3 基坑周邊地表水平變形

基坑開挖完成后，基坑東側(cè)地表水平位移為負，最大值發(fā)生在異形段附近，最大值為17.95 mm；基坑西側(cè)地表水平位移為正，最大值發(fā)生在異形段和第一標準段交界處，約為17.12 mm。隨著與地下連續(xù)墻距離的增大，地表水平位移逐漸減小。

5 監(jiān)測與數(shù)值模擬結(jié)果分析

5.1 地表沉降分析

通過對現(xiàn)場地表沉降實測可知，1號沉降線隨著基坑挖土的進行，地表沉降有所增大。當對11 m以上的土方開挖時，地表沉降速率較均勻；當對11 m以下的土方開挖時，DB1-1~DB1-4處地表沉降較快；當開挖至基底時，地表沉降達到最大，最大值為-6.68 mm，遠小于預警值，這主要是由于該位于喇叭口處，基坑寬度較小且鋼支撐布置較密，土方開挖連續(xù)完成，耗時較短，地表沉降受時空效應影響不大。通過數(shù)值模擬結(jié)果可知，1號沉降線各個監(jiān)測點沉降值隨著施工的進行而逐漸增大，沉降規(guī)律與現(xiàn)場監(jiān)測規(guī)律基本一致；施工完成時，各監(jiān)測點的沉降量均達到最大，為7.51 mm。

通過對現(xiàn)場地表沉降實測可知，當開挖至5 m時，2號沉降線各監(jiān)測點沉降量差異不大；當開挖至5 m以下時，隨著挖土深度的增加，沉降線逐漸呈勺形分布，DB2-1~DB2-4的沉降量增長較大，形成勺斗；DB2-5和DB2-6的沉降量增長不大，形成勺柄；開挖結(jié)束時各監(jiān)測點達到最大，為-18.19 mm。同1號沉降線相比，2號線最大沉降量較大，這是由于2號沉降線位于異形段處，該段基坑寬度較大，施工時橫向分為左右兩塊分別開挖，施工耗時較長，受時空效應的影響比較顯著，地下連續(xù)墻水平位移和基底隆起相對較大，導致該段地表沉降量增大，所以，沉降線的勺斗也較深。通過數(shù)值模擬結(jié)果可知，隨著開挖深度的增加，2號沉降線沉降逐漸增大，DB2-1~DB2-4隨挖深增長較為迅速，DB2-5和DB2-6增長不大，當開挖至基底時，各監(jiān)測點沉降達到最大，沉降線形狀和監(jiān)測結(jié)果比較接近，呈勺形分布。

通過對現(xiàn)場地表沉降實測可知，隨著施工的進行，3號沉降線沉降量逐漸增大。當開挖至5 m時，沉降線基本上呈直線分布；隨著開挖的增加，DB3-1~DB3-4沉降量增長較為明顯，DB3-5和DB3-6變化不大，3號沉降線逐漸呈勺形分布，且勺斗逐漸變深；當開挖至14 m時，DB3-1~DB3-4沉降量增幅較大，這是由于在開挖該處土體時由于受到春節(jié)假期的影響，施工曾一度中斷，開挖面長時間暴露，土體的蠕變較大，導致地表沉降增長較大。當基坑開挖完成后，DB3-3的沉降量達到最大，為10.80 mm。通過數(shù)值模擬結(jié)果可知，隨著挖深的增加，3號沉降線逐步由直線分布轉(zhuǎn)變?yōu)樯仔畏植?，當開挖到基底時，各監(jiān)測點沉降量達到最大，DB3-4的沉降量最大，最大值為11.78 mm，計算值與實測值基本一致。

5.2 墻頂沉降分析

通過對現(xiàn)場墻頂沉降實測可知，各段墻頂監(jiān)測點均發(fā)生豎直向上的隆起，隨著開挖的進行，墻頂隆起逐漸增大。開挖11 m以上的土體時墻頂隆起較小；開挖11 m以下的土體時，由于開挖卸載基底隆起較大，導致地下連續(xù)墻向上隆起較大，墻頂隆起也比較明顯。開挖完成后，墻頂隆起達到最大，根據(jù)隆起值由大到小各監(jiān)測點編號依次為QD2＞QD3＞QD1，QD2處的墻頂沉降最大，最大值為5.83 mm。

通過數(shù)值模擬結(jié)果可知，各段墻頂監(jiān)測點位移均逐漸增大，方向為豎直向上，當開挖至14 m以上的土體時增長速率基本相等，當開挖至基底時增長速率有所增大，當開挖完成后各監(jiān)測點按沉降值排序依次為QD2＞QD3＞QD1，QD2處的墻頂沉降最大，為7.89 mm。根據(jù)現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬結(jié)果可知，由于QD2位于異形段處，開挖尺寸較大，基底隆起也較大，所以，該處的墻頂隆起也比較明顯。

5.3 立柱沉降分析

通過對現(xiàn)場立柱（L1~L3）的沉降實測可知，隨著挖土深度的增加，立柱逐漸向上隆起，且隆起速率略有增大，當施工完成時，立柱隆起達到最大，依次為L1＞L2＞L3，L1的隆起值為7.84 mm。通過數(shù)值模擬結(jié)果可知，隨著基坑的開挖，立柱的隆起與開挖深度近似成正比，當開挖至基底時，立柱隆起達到最大，由大到小為L1＞L2＞L3。由于異形段處基坑寬度較大，基底隆起也較大，所以該處的立柱隆起較大。

6 結(jié)語

為了保證深基坑工程的安全性，對其進行監(jiān)測至關(guān)重要。本文結(jié)合能達商務區(qū)站異形深基坑工程，對地表沉降、墻頂沉降和立柱沉降的情況進行監(jiān)控量測，并對結(jié)果進行分析，得出以下幾點結(jié)論：（1）地表沉降隨著與基坑距離的增大呈勺形分布，距離基坑1倍挖深范圍內(nèi)的監(jiān)測點沉降較大形成勺斗，其余監(jiān)測點沉降較小形成勺柄。施工時應當加強1倍挖深范圍內(nèi)的監(jiān)控量測，如沉降量過大，及時采取加密鋼支撐等工程措施。（2）地表沉降、墻頂沉降、立柱沉降都隨著開挖的進行而增大。當開挖較淺時，沉降增長較慢；當開挖較深時，沉降增長較快。（3）監(jiān)測點所處位置對沉降有一定影響。喇叭口處沉降值比其他監(jiān)測點小，這主要是因為喇叭口段的基坑寬度較小，施工耗時較少，所以，地表沉降和墻頂隆起小。施工中斷會造成沉降增大，施工時應盡量縮短施工時間，連續(xù)作業(yè)，避免沉降過大。（4）“地下連續(xù)墻+支撐”可作為異形深基坑的支護形式，能夠滿足對變形控制的要求。