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【摘要】 对某地铁风井深基坑施工中地表沉降、圈梁水平位移、围护桩深层水平位移、支撑轴力和等监测数据进行分析，结果表明：坑外地表沉降得到有效的控制，基坑开挖对周边环境没有产生大的不利影响；首道混凝土支撑对围护桩顶部出现的向基坑内侧的位移具有有效的抑制作用，增加了围护结构的整体性；水平位移变化速率一般在基坑开挖到底、未浇注垫层前最大，垫层浇注完成后位移发展趋缓；随着开挖深度的增加，支撑轴力逐渐增加，直至该支撑一定范围内的土体全部开挖完，轴力接近其最大值；将桩体深层位移及圈梁水平位移的监测结果进行综合分析，测量结果互相校核，可全面掌握整个基坑的位移状况。研究结果对类似地质条件的基坑工程具有一定的借鉴意义。
【关键词】 地铁；基坑；监测
【中图分类号】 TU712+.2【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2014）01-086-02随着城市建设进程的加快，地铁建设进入持续发展高速时期，地铁基坑工程呈现出了开挖面积大、开挖深度深、形状复杂、支护结构型式多样和周边环境保护要求严格等特点。以上海市为例，高层建筑基坑的最大平面尺寸已达到274m×187m，面积约51000m2，深度最深达到32m[1]。随着基坑开挖深度和规模的增大，基坑工程的难度更加突出。由于地铁施工环境条件非常复杂，因此有必要对开挖过程中监测信息进行分析处理，来指导施工技术作业，即采用信息化施工方法。地铁车站深基坑的变形受到地下水、岩土特性、外载荷等诸多因素的影响，开展城市地铁深基坑变形现场监测研究对地铁工程的安全建设具有重要价值。目前，对深基坑变形的现场监测已经成为确保地铁深基坑工程施工安全可靠的必要和有效手段[2-4]。
1工程概述
某地铁风井位于一人工填筑的小岛上，基坑周边被湖水包围，岛上无建（构）筑物。该风井基坑周长约为101米、深度25.60米，属于超深基坑。风井为三层整体现浇式钢筋砼框架结构，采用Φ1200@1350mm钻孔灌注桩围护，桩长46m，桩间采用Φ800旋喷桩止水，基坑外侧采用双排Φ800@600旋喷桩止水帷幕加强止水，旋喷桩与钻孔桩等深。基坑沿竖向设一道钢筋砼支撑和五道Φ609钢管支撑。本工程基坑等级为一级。
因基底位于高含水量、高压缩性、低强度的粉质粘土层，因此对基底采用Φ800旋喷桩满堂加固，加固深度为基底以下3m。另考虑小岛四周均具地表水较近，中间风井进出洞是盾构施工中的难点和关键，为防止盾构出现“下沉”、“抬头”，保证盾构进出洞安全，对中间风井两侧端头均采用Φ800@600旋喷桩加固，加固范围为：进出洞加固长度为10m，加固宽度为盾构隧道外侧3m，竖向加固范围为盾构隧道结构上下各3m。
2工程地质情况
根据岩土工程勘察报告，场地主要土层为①填土，②粉质粘土，③粘土、粉质粘土，④粉土、粉质粘土夹粉土，⑤粉质粘土，⑥粉质粘土、粉土，⑦粉土、粉砂，⑧粉质粘土。地下水分为潜水含水层、微承压含水层和承压含水层，潜水含水层主要由填土层组成，微承压含水层由晚更新统沉积成因的土层组成，主要为④粉土，承压含水层由⑦粉土、粉砂层组成。
场地内未发现晚更新统以来的活动性断裂，属地壳活动相对稳定区。穿越场地附近的断裂构造对轨道线路场地不会产生直接影响，不具备由于地震作用而产生地面破裂和裂缝、砂土液化和滑坡等地质灾害的条件，可判定本场地稳定性属基本稳定。勘察场地40m深范围内各土层分布较稳定，土类型为中软土，无不良地质作用，场地适宜性较好，适宜工程建设。
3基坑监测项目及控制指标
基坑开挖时，挡墙后地层产生剪应力增量，土体产生剪切变形，致使整个围护结构向基坑方向变位，设置支撑后，支撑点处的变形受到限制，当基坑继续进行开挖时，支撑受力，地层继续移动。深基坑的开挖是个动态过程，与之有关的稳定和环境影响也属于动态工程，因此加强在施工过程中的监测，有助于快速反馈施工信息，以便及时发现问题并采用最优的工程对策。通过实时监测，可掌握地铁结构的变化情况，分析变形原因和趋势，决定是否需要采取某种措施；另一方面可检验设计，为今后的设计和科研提供依据。
根据该站基坑工程周边环境特点与支护方案及相关的规范，确定如下主要监测项目：①周边地表沉降；②圈梁水平位移；③围护结构不同深度的水平位移；④支撑轴力；⑤桩身应力；⑥地下水位。各监测项目的控制指标如表1所示。
表1各监测项目控制指标
4监测结果分析
4.1地表沉降监测结果分析。选取典型地表沉降随时间的变化曲线，如图1所示。监测结果表明，各观测点的累计沉降量均未超过报警值，监测期间周边地表都保持了较为稳定的沉降速率，且沉降速率较小，因此基坑开挖未对周边环境造成较大影响。
图1 地表沉降随时间变化曲线
4.2圈梁水平位移监测结果分析。测点S4的累计水平位移量最大，达56.6mm，超过报警值，其余三个测点均在可控范围内。测点S4水平位移过大主要是由于施工过程中换撑工序的省略所致，各层钢支撑拆除间歇期过短，在上道支撑体系拆除后尚未达到稳定阶段即进行下道支撑体系的拆除工作，这直接导致累计位移量大幅超报警值。
总的来说，基坑第一道采用钢筋混凝土支撑，与钢支撑相比，对于第一层的土方开挖施工时，圈梁向基坑内的整体水平位移得到有效抑制，增加了基坑围护结构的整体效果，增强了基坑安全施工的可靠性。同时对于基坑开挖到底后，围护桩顶部出现的向基坑外侧位移变化的趋势亦由于采用混凝土支撑从而得到整体的抑制，对控制基坑的圈梁顶部水平位移发挥比钢支撑更加显著的效果。
4.3桩体深层水平位移监测结果分析。深层位移观测点最大值出现在CX4测点4m深度处，其值为62mm，超过报警值。此观测点位于基坑西部，由于第二道及第一道支撑体系的拆除间歇时间过短，而西侧支撑体系受力明显超报警值载荷，以及在拆除过程中雨水天气较多从而直接导致该点位移速率迅速增大，间接导致累计位移量严重超报警值，但在地下室顶板浇注完成后，该点位移速率有所减缓，并逐步趋于稳定状态。
在基坑开挖的过程中，最大水平位移速率一般出现在开挖至最终设计标高而底板还没有浇筑完成之前。这是由于此工况，最后一道支撑至坑底之间的桩体基本上处于无支撑的悬臂状态，坑底被动区土体在此工况阶段已经基本处于塑性状态，土体强度降低非常明显。在有支撑作用的情况下，支护桩变形最大、最危险的部位不一定在桩顶。而支护桩体弯矩和不同深度的水平位移观测可以反映支护桩的实际变形，且其测量受外界影响小，数据结果稳定，是基坑开挖观测的重点项目。因此在工程中应将桩体深层位移及圈梁水平位移的监测结果进行综合分析，测量结果互相校核，可以全面掌握整个基坑的位移状况。
4.4支撑轴力监测结果分析。支撑内力在施工过程中随着开挖和支撑的安设在不断地发生变化。本工程支撑受力值最大为2918.86kN。第1道支撑浇注完成后，随着支撑以下土方的开挖，该支撑的轴力迅速增加，当土方开挖较深时，由于地基土的屈服，支撑轴力增加的速率加快。第2道支撑安装完成后，随着支撑以下土方的开挖，第1道支撑的轴力开始减小，而第2道支撑的轴力则迅速增加。这表明，此时挖去的土体所产生的压力基本由下道支撑承担，同时也可得出支护桩顶部由开始向坑内位移逐渐向坑外变形的特征。随着第3道支撑的安装，第1道和第2道支撑的轴力进一步减小，这也表明第3道支撑的安装承担了下部的大部分水土压力。第4道和第5道支撑安装后，直至基坑开挖到设计标高后，第1、第2道支撑的轴力反而增大，而第3道支撑的轴力则减小。当开挖至基底设计标高后，在未作底板的这一段时间内，各支撑轴力趋于稳定。
根据上述分析可见，随着开挖深度的增加，支撑轴力逐渐增加，直至该支撑一定范围内的土体全部开挖完，轴力接近其最大值。在随后的支撑拆除过程中轴力再次呈现上升趋势，直到该撑拆除前及地下室顶板强度未达到相应标准前达到其最大受力值，但在顶板强度达标后，再次呈现下降趋势，并趋于稳定。
4.5桩身应力监测结果分析。基坑开挖过程中桩身应力变化较为明显，因为伴随坑内出土，桩身受外侧水土压力不断加大而内部支撑体系尚未达到与外侧水土压力相当的平衡点，所以变化频繁。当基坑底板浇注结束后桩身应力呈明显的平稳趋势，在后期的拆撑及主体施工阶段除个别点位其余大部均未发生大幅波动，受力趋于平稳缓和，呈稳定态势。
5结语
①基坑施工过程中坑外地表沉降得到有效控制，基坑开挖对周边环境没有产生大的不利影响。
②首道混凝土支撑对围护桩顶部出现的向基坑内侧的位移具有有效的抑制作用，与钢支撑相比，它增加了围护结构的整体性，增强了基坑安全施工的可靠度。
③随着深层土体的不断开挖，围护结构侧移迅速增大，最大侧移点深度也随着开挖不断下移，水平位移变化速率一般在基坑开挖到底、未浇注垫层前最大，垫层浇注完成后位移发展趋缓，变化速率迅速减小。
④随着开挖深度的增加，支撑轴力逐渐增加，直至该支撑一定范围内的土体全部开挖完，轴力接近其最大值。
⑤在工程中应将桩体深层位移及圈梁水平位移的监测结果进行综合分析，测量结果互相校核，可以全面掌握整个基坑的位移状况。
参考文献
1边亦海.基于风险分析的软土地区深基坑支护方案选择 [D].上海.
同济大学，2006
2孙建军.地铁施工若干问题研究[D].天津.天津大学，2006
3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].岩石力学与工程学报，2008. 30(10)：1550~1554
4潘培强.地铁深基坑施工中支护结构检测分析[J].湘潭大学学报(自
然科学版)，2004.26(4)：104~108
【关键词】 地铁；基坑；监测
【中图分类号】 TU712+.2【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2014）01-086-02随着城市建设进程的加快，地铁建设进入持续发展高速时期，地铁基坑工程呈现出了开挖面积大、开挖深度深、形状复杂、支护结构型式多样和周边环境保护要求严格等特点。以上海市为例，高层建筑基坑的最大平面尺寸已达到274m×187m，面积约51000m2，深度最深达到32m[1]。随着基坑开挖深度和规模的增大，基坑工程的难度更加突出。由于地铁施工环境条件非常复杂，因此有必要对开挖过程中监测信息进行分析处理，来指导施工技术作业，即采用信息化施工方法。地铁车站深基坑的变形受到地下水、岩土特性、外载荷等诸多因素的影响，开展城市地铁深基坑变形现场监测研究对地铁工程的安全建设具有重要价值。目前，对深基坑变形的现场监测已经成为确保地铁深基坑工程施工安全可靠的必要和有效手段[2-4]。
1工程概述
某地铁风井位于一人工填筑的小岛上，基坑周边被湖水包围，岛上无建（构）筑物。该风井基坑周长约为101米、深度25.60米，属于超深基坑。风井为三层整体现浇式钢筋砼框架结构，采用Φ1200@1350mm钻孔灌注桩围护，桩长46m，桩间采用Φ800旋喷桩止水，基坑外侧采用双排Φ800@600旋喷桩止水帷幕加强止水，旋喷桩与钻孔桩等深。基坑沿竖向设一道钢筋砼支撑和五道Φ609钢管支撑。本工程基坑等级为一级。
因基底位于高含水量、高压缩性、低强度的粉质粘土层，因此对基底采用Φ800旋喷桩满堂加固，加固深度为基底以下3m。另考虑小岛四周均具地表水较近，中间风井进出洞是盾构施工中的难点和关键，为防止盾构出现“下沉”、“抬头”，保证盾构进出洞安全，对中间风井两侧端头均采用Φ800@600旋喷桩加固，加固范围为：进出洞加固长度为10m，加固宽度为盾构隧道外侧3m，竖向加固范围为盾构隧道结构上下各3m。
2工程地质情况
根据岩土工程勘察报告，场地主要土层为①填土，②粉质粘土，③粘土、粉质粘土，④粉土、粉质粘土夹粉土，⑤粉质粘土，⑥粉质粘土、粉土，⑦粉土、粉砂，⑧粉质粘土。地下水分为潜水含水层、微承压含水层和承压含水层，潜水含水层主要由填土层组成，微承压含水层由晚更新统沉积成因的土层组成，主要为④粉土，承压含水层由⑦粉土、粉砂层组成。
场地内未发现晚更新统以来的活动性断裂，属地壳活动相对稳定区。穿越场地附近的断裂构造对轨道线路场地不会产生直接影响，不具备由于地震作用而产生地面破裂和裂缝、砂土液化和滑坡等地质灾害的条件，可判定本场地稳定性属基本稳定。勘察场地40m深范围内各土层分布较稳定，土类型为中软土，无不良地质作用，场地适宜性较好，适宜工程建设。
3基坑监测项目及控制指标
基坑开挖时，挡墙后地层产生剪应力增量，土体产生剪切变形，致使整个围护结构向基坑方向变位，设置支撑后，支撑点处的变形受到限制，当基坑继续进行开挖时，支撑受力，地层继续移动。深基坑的开挖是个动态过程，与之有关的稳定和环境影响也属于动态工程，因此加强在施工过程中的监测，有助于快速反馈施工信息，以便及时发现问题并采用最优的工程对策。通过实时监测，可掌握地铁结构的变化情况，分析变形原因和趋势，决定是否需要采取某种措施；另一方面可检验设计，为今后的设计和科研提供依据。
根据该站基坑工程周边环境特点与支护方案及相关的规范，确定如下主要监测项目：①周边地表沉降；②圈梁水平位移；③围护结构不同深度的水平位移；④支撑轴力；⑤桩身应力；⑥地下水位。各监测项目的控制指标如表1所示。
表1各监测项目控制指标
4监测结果分析
4.1地表沉降监测结果分析。选取典型地表沉降随时间的变化曲线，如图1所示。监测结果表明，各观测点的累计沉降量均未超过报警值，监测期间周边地表都保持了较为稳定的沉降速率，且沉降速率较小，因此基坑开挖未对周边环境造成较大影响。
图1 地表沉降随时间变化曲线
4.2圈梁水平位移监测结果分析。测点S4的累计水平位移量最大，达56.6mm，超过报警值，其余三个测点均在可控范围内。测点S4水平位移过大主要是由于施工过程中换撑工序的省略所致，各层钢支撑拆除间歇期过短，在上道支撑体系拆除后尚未达到稳定阶段即进行下道支撑体系的拆除工作，这直接导致累计位移量大幅超报警值。
总的来说，基坑第一道采用钢筋混凝土支撑，与钢支撑相比，对于第一层的土方开挖施工时，圈梁向基坑内的整体水平位移得到有效抑制，增加了基坑围护结构的整体效果，增强了基坑安全施工的可靠性。同时对于基坑开挖到底后，围护桩顶部出现的向基坑外侧位移变化的趋势亦由于采用混凝土支撑从而得到整体的抑制，对控制基坑的圈梁顶部水平位移发挥比钢支撑更加显著的效果。
4.3桩体深层水平位移监测结果分析。深层位移观测点最大值出现在CX4测点4m深度处，其值为62mm，超过报警值。此观测点位于基坑西部，由于第二道及第一道支撑体系的拆除间歇时间过短，而西侧支撑体系受力明显超报警值载荷，以及在拆除过程中雨水天气较多从而直接导致该点位移速率迅速增大，间接导致累计位移量严重超报警值，但在地下室顶板浇注完成后，该点位移速率有所减缓，并逐步趋于稳定状态。
在基坑开挖的过程中，最大水平位移速率一般出现在开挖至最终设计标高而底板还没有浇筑完成之前。这是由于此工况，最后一道支撑至坑底之间的桩体基本上处于无支撑的悬臂状态，坑底被动区土体在此工况阶段已经基本处于塑性状态，土体强度降低非常明显。在有支撑作用的情况下，支护桩变形最大、最危险的部位不一定在桩顶。而支护桩体弯矩和不同深度的水平位移观测可以反映支护桩的实际变形，且其测量受外界影响小，数据结果稳定，是基坑开挖观测的重点项目。因此在工程中应将桩体深层位移及圈梁水平位移的监测结果进行综合分析，测量结果互相校核，可以全面掌握整个基坑的位移状况。
4.4支撑轴力监测结果分析。支撑内力在施工过程中随着开挖和支撑的安设在不断地发生变化。本工程支撑受力值最大为2918.86kN。第1道支撑浇注完成后，随着支撑以下土方的开挖，该支撑的轴力迅速增加，当土方开挖较深时，由于地基土的屈服，支撑轴力增加的速率加快。第2道支撑安装完成后，随着支撑以下土方的开挖，第1道支撑的轴力开始减小，而第2道支撑的轴力则迅速增加。这表明，此时挖去的土体所产生的压力基本由下道支撑承担，同时也可得出支护桩顶部由开始向坑内位移逐渐向坑外变形的特征。随着第3道支撑的安装，第1道和第2道支撑的轴力进一步减小，这也表明第3道支撑的安装承担了下部的大部分水土压力。第4道和第5道支撑安装后，直至基坑开挖到设计标高后，第1、第2道支撑的轴力反而增大，而第3道支撑的轴力则减小。当开挖至基底设计标高后，在未作底板的这一段时间内，各支撑轴力趋于稳定。
根据上述分析可见，随着开挖深度的增加，支撑轴力逐渐增加，直至该支撑一定范围内的土体全部开挖完，轴力接近其最大值。在随后的支撑拆除过程中轴力再次呈现上升趋势，直到该撑拆除前及地下室顶板强度未达到相应标准前达到其最大受力值，但在顶板强度达标后，再次呈现下降趋势，并趋于稳定。
4.5桩身应力监测结果分析。基坑开挖过程中桩身应力变化较为明显，因为伴随坑内出土，桩身受外侧水土压力不断加大而内部支撑体系尚未达到与外侧水土压力相当的平衡点，所以变化频繁。当基坑底板浇注结束后桩身应力呈明显的平稳趋势，在后期的拆撑及主体施工阶段除个别点位其余大部均未发生大幅波动，受力趋于平稳缓和，呈稳定态势。
5结语
①基坑施工过程中坑外地表沉降得到有效控制，基坑开挖对周边环境没有产生大的不利影响。
②首道混凝土支撑对围护桩顶部出现的向基坑内侧的位移具有有效的抑制作用，与钢支撑相比，它增加了围护结构的整体性，增强了基坑安全施工的可靠度。
③随着深层土体的不断开挖，围护结构侧移迅速增大，最大侧移点深度也随着开挖不断下移，水平位移变化速率一般在基坑开挖到底、未浇注垫层前最大，垫层浇注完成后位移发展趋缓，变化速率迅速减小。
④随着开挖深度的增加，支撑轴力逐渐增加，直至该支撑一定范围内的土体全部开挖完，轴力接近其最大值。
⑤在工程中应将桩体深层位移及圈梁水平位移的监测结果进行综合分析，测量结果互相校核，可以全面掌握整个基坑的位移状况。
参考文献
1边亦海.基于风险分析的软土地区深基坑支护方案选择 [D].上海.
同济大学，2006
2孙建军.地铁施工若干问题研究[D].天津.天津大学，2006
3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].岩石力学与工程学报，2008. 30(10)：1550~1554
4潘培强.地铁深基坑施工中支护结构检测分析[J].湘潭大学学报(自
然科学版)，2004.26(4)：104~108