地铁区间隧道基坑的变形分析.docx

1、地铁区间隧道基坑的变形分析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For personal use only in study and research; not for commercial use 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

2、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12.9014.00m,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

3、及部分生活设施管线。主要地层情况如下: 杂填土,层厚1m左右; 素填土,层厚3m左右,微透水,Es,12=4·36MPa; 粉土,层厚2m左右,微透水,稍密,Es,12=7.04MPa,C=23kPa, =22.8°淤泥质粉质粘土,层厚12m左右,不透水,软流塑,Es,12=3.71MPa,C=14kPa, =9.6° 粉质粘土,层厚7m左右,不透水,可塑,Es,12=7.06MPa,C=61kPa, =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×12m

4、m×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,型钢为500mm×250mm×10mm×12mm的H型钢,间隔布置,设置两道609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(6

5、09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

6、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

7、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=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

8、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了筏板基础,整体性好且刚度大,这相当于增强了地表的强度与刚度,减小了基坑开挖引起的地表不均匀沉降,但同时增大了基坑开挖影响范围,使地表沉降范围扩大到整个建筑物基础范围内。同时,有效地增强了地表对基坑变形的耐受能力,虽然开挖后期,地表出现了许多平行于基坑方向的裂缝,但房屋内地坪未发现任何新的破坏。3)降水 坑内降水势必造成围护结构侧移,引起坑外地面下沉。同时,地下水位下降后,地基附加应力增加,也将造成地面下沉。本工程在开挖前期,进行坑内降水的同时,引起坑外水位降低了0.38m,所以坑外发生了较大的地面沉降,停止降水后,地面下

9、沉明显减缓。 4)时空效应 由于本工程所在的土层透水性很差,根据 文献 4受时间效应的 影响 ,开挖后在相当长的一段时间内,基坑的变形都将缓慢增长。同时,由于本基坑平面为狭长条形,受空间效应的影响,其变形应比一般平面尺寸较小的方形或圆形基坑较大。4 控制基坑变形的工程措施 根据当时基坑变形的特点,笔者认为该基坑支护结构的强度已满足要求,其变形也未造成需要保护的建筑物的损伤,基本已达到基坑工程支护的目的,但由于变形较大,并且在缓慢增长,对附近的建筑物仍存在潜在的危险。因此,会同工程技术人员提出了以下控制措施: (1)加快施工进度,提高隧道底部垫层混凝土的强度等级至C30,并在垫层内加配直径为16

10、mm,间距为200mm双向钢筋网片,以期求尽早在基底施加一道支撑。 (2)由于工程所处土层透水性很差,在施工可行的情况下尽量减少降水,并对基坑渗漏处及时堵漏。 (3)合理组织施工现场,适当在基坑东边堆载,以缓和基坑两边超载不均匀的矛盾。 (4)采取分段施工,减小一次开挖的范围,每次开挖后,尽快浇筑垫层和底板。 经过采取以上措施,有效地控制了基坑的变形,在后续工段施工的过程中,基坑围护结构的侧移及西边地表的沉降均有不同程度的减轻。实测基坑围护最侧移控制在41mm内,地表沉降最大处控制在30mm以内,保证了基坑施工及周围建筑物的安全。5 结论 综合以上 分析 可得出如下结论: (1)基坑周围存在不

11、对称的超载时,将引起超载较大的一边的变形加大,超载较小的一边的变形减小,对这类基坑分析应积极探讨整体分析 方法 。 (2)基坑降水应随着基坑开挖分阶段进行,同时应严格控制基坑周围重要建筑物和管线处的水位。 (3)在软土地区,基坑开挖步序及开挖后暴露时间均对基坑变形产生一定的影响,在施工中应充分考虑时空效应对基坑变形的影响。 (4)整体性较好的建筑物对基坑变形的耐受能力较强,同时对基坑变形具有一定的抵抗作用。 参考 文献1刘建航,侯学渊.基坑工程手册M.北京: 中国 建筑 工业 出版社,1997·2侯学渊,陈永福.深基坑开挖引起周围地基土沉陷的 计算 J.岩土工程师,1989,1(1)

12、·3孔德志.SMW工法土挡墙的性能分析及在南京地铁工程中的 应用 D.同济大学硕士学位论文,2001.4刘建航,侯学渊,等.基坑时空效应 理论 和实践R.上海市科委课题报告,1997.仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下无正文