某快速通道建设工程隧道基坑监测分析

周秋月

南京工业大学浦江学院江苏南京210000

摘要：通过对某快速通道建设工程隧道基坑施工中围护桩水平位移、支撑轴力、地表沉降和深层土体水平位移等监测数据进行分析，得到一些有价值的结论。研究结果表明：围护桩加两道支撑能有效限制土体水平位移；从第二道支撑施工完到开挖至基坑底标高这一过程中，土体变形量最大；土体水平位移和围护桩的水平位移有着密切联系。基坑开挖初期地表沉降速率最大，随后逐步变小；尤其注重开挖初期以及拆除第二道支撑后支撑轴力的监测。

关键词：隧道；深基坑；监测；围护结构

深基坑工程属于危险性较大工程，开挖时会引起周围土体变形以及周边建筑物和管线的沉降，对其围护结构和周边环境产生影响，因此深基坑施工需要做到安全、质量、进度及周边环境的统一。控制好围护结构的变形及受力是保证基坑安全的关键，而现有的力学理论还无法准确地计算出施工过程中的各种变形及受力，因此必须借助现场全方位的监测来进行了解，通过监控施工过程，确保基坑施工的安全[1~8]。本文结合某快速通道建设工程隧道基坑工程，对其支护结构的变形、地表沉降和支撑轴力等监测数据进行研究，总结出一些对隧道基坑施工和设计具有参考价值的结论。

1工程概况

该快速通道建设工程隧道基坑位于浙江省某沿城市，采用明挖顺作法施工，隧道基坑开挖总面积约20656m2，南北全长705m（其中敞开段共为540m，暗埋段165m，宽度约30m），分为五个区段。其中区段一和区段五的开挖深度约为0.4m～4.9m，选用放坡开挖；区段二和区段四的开挖深度约为5.0m～7.2m，选用SMW工法桩加二道支撑的支护结构形式，其中第一道支撑选用钢筋混凝土支撑，第二道支撑选用施工方便的钢支撑；区段三的开挖深度约为6.96m～9.75m，围护结构采用刚度大、控制变形能力好的Φ800mm@1000mm钻孔灌注桩作为支护桩，外加二道支撑共同支护。

隧道涉及开挖的地层主要为：①层填土结构松散，透水性较强，开挖时易失稳坍塌；②-1层粉质黏土，性质一般；②-2层粉质黏土，较软弱，开挖后坑壁土体易滑塌失稳；③-1层黏土土体强度较高，有利基坑开挖。

2隧道基坑施工监测

2.1监测内容

现场监测项目主要有四项：深层土体水平位移、地表沉降、围护结构顶部水平位移以及两种支撑轴力。

（a）监测点平面布置图（b）监测点断面布置图

图1监测点布置图

2.2测点布置

依据相关文献及施工经验对观测点进行设置[9]，监测点布置情况见图1。深层土体水平位移：纵向每隔20～25m布置一根测斜管，SMW工法桩中测斜管钻孔布置，灌注桩中测斜管绑扎布置，深度超过支护桩桩底标高3m；地表沉降监测：在基坑两侧外3倍开完深度范围内，每隔4～8m设一沉降观测点，每侧布置3个观测点；围护结构顶部水平位移：纵向间距10~20m；支撑轴力量测：每层支撑轴力测点设置3个以上，钢筋混凝土支撑采用应力计进行轴力量测，钢支撑采用应变计进行轴力量测。

2.3施工工况

隧道基坑施工进程为分层开挖、分段支护，共分为6个工况，具体情况见表1。

表1施工工况

3隧道基坑监测结果分析

3.1深层土体水平位移

本文选取测量结果较为完整、全面的监测点J8-1、J8-2为代表进行分析。三种工况下深层土体水平位移随深度变化曲线见图2（其中正值表示向坑内变化，负值表示向坑外变化）。从图2中可以看出，工况2情况下，土体的水平位移较小，因为第一道支撑为刚度较大的钢筋混凝土支撑且施工及时。工况3情况下，土体水平位移变大，最大水平位移分别出现在深度5m和6m处，值分别为4.51mm和2.62mm。工况4情况下，土体水平位移继续增大，最大水平位移分别出现在深度5.5m和6m处，值分别为10.45mm和8.84mm，均小于警报值20mm，说明围护结构的支护效果十分显著。对比三种工况的水平位移变化曲线，可以看出工况4这一阶段土体变形量最大，这是由于开挖至基坑底标高这一过程中，开挖速度较快，加上钢支撑没有充分发挥作用，使得钢支撑以下的围护桩与土体来不及同步变形。

图3中J8-2和J9-2为深度0.5m处的土体水平位移，S8-2和S9-2为对应位置的桩顶水平位移。其中J8-2曲线和S8-2曲线以及J9-2曲线和S9-2曲线的变化趋势均较为一致，可以认为土体水平位移能在一定程度上反映围护桩的水平位移。

3.2地表沉降

图4为数据较为完整的八个监测点D8-1、D8-4、D8-5、D8-6、D9-2、D9-4、D9-5、D9-6的沉降曲线（正值表示向下沉降，负值表示向上隆起）。八个监测点的沉降规律比较相似，第一层开挖时沉降速率较大，沉降曲线近似呈直线，第二层开挖时沉降速率变小，图中反映为此段直线变缓，当开挖至基坑底标高时沉降速率进一步减小并趋于稳定，最大沉降量发生在离基坑最近处，值分别为5.6mm、5.2mm，均远小于警报值17mm。

（a）J8-1

（b）J8-2

图2水平位移随开挖深度变化曲线

图3桩顶水平位移与0.5m深处土体水平位移对比曲线

图4八个监测点沉降随时间变化曲线

3.3支撑内力实测

如图5所示，选择P1-8（第一道钢筋混凝土支撑）和P2-8（第二道钢支撑）两个测点进行分析（正值表示拉力，负值表示压力）。图中结果表明，第一道支撑轴力大于第二道支撑。第一道钢筋混凝土支撑架设完之后，轴力短时间内呈减小趋势，此后随着开挖深度加大，第一道支撑轴力逐步快速增长。到第二道支撑架设完，第一道支撑轴力出现小幅度波动，第二道支撑轴力增长一段时间后趋于稳定，结合图2结果，说明两道支撑对土体变形起到很好的控制作用。拆除第二道钢支撑后，此时土压力仅由第一道支撑和底板支撑来承担，第一道支撑轴力继续增长，而后趋于稳定。由于在开挖初期以及拆除第二道支撑后支撑轴力增长迅速，因此这两个时期要密切关注支撑的轴力变化。

图5两道支撑轴力时程曲线

4结论

本文通过对该快速通道建设工程隧道基坑监测结果进行分析，得到以下结论：

（1）围护桩+钢筋混凝土支撑+钢支撑这种围护形式对隧道基坑开挖的土体水平位移起到很好的控制作用。从第二道支撑施工完到开挖至基坑底标高这一过程中，土体变形量最大。土体水平位移和围护桩的水平位移密切相关。

（2）基坑开挖初期地表沉降速率最大，到第二层、第三层开挖时，沉降速率变小，沉降量趋于稳定。

（3）开挖初期以及拆除第二道支撑后支撑轴力增长迅速，这两个时期要加强支撑轴力的监测。

参考文献：

[1]杨有海,王建军,武进广,等.杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施工监测分析[J].岩土工程学报,2008,30(10):1550-1554.

[2]林立祥.某采用SMW工法桩围护结构的深基坑监测与分析[J].岩土工程技术,2013(3):109-114.

[3]逄铁铮,方勇生,覃卫民.厦门梧村隧道明挖深基坑施工监测分析[J].岩石力学与工程学报.2013(S1):2751-2757.

[4]姚顺雨,林立祥.深基坑支撑轴力测试与分析[J].建筑结构,2012,42(1):112-114.

[5王亚民.成都沙河堡7号线地铁车站[J].建筑施工,2010,32(6):499-501.

[6]王浩,覃卫民,汤华.关于深基坑施工期监测现状的一些探讨[J].岩土工程学报.2006(S0):1789-1793.

[7]陈伟珂,李金玲,张东涛.天津地铁昆明路站基坑围护结构监测研究[J].建筑科学,2011,27(7):86-89.

[8]GB50497-2009.建筑工程监测技术规范[S],2009:10-14.

作者简介：

周秋月（1989-），女（汉），江苏仪征人，硕士，助教主要从事土木工程教学方面的工作。