地铁车站基坑围护结构及其施工监测探究

李哲

近年来，随着地铁建设项目的不断增多，基坑工程也迅速增多。在地表以下所开挖的地下空间以及相应的配套支护体系就是基坑工程，而基坑围护结构属于一种临时性结构，其主要目的在于保障基坑开挖的安全性。由于地铁车站多建设在城市繁华区域，一旦地铁车站基坑围护结构出现问题，则直接危及到周边建筑物和公共设施的安全。因此做好地铁车站基坑围护结构的施工监测，确保基坑工程的安全稳定性意义深远。

1 地铁车站基坑围护结构的施工特点

地铁车站基坑围护结构的工程规模和结构复杂性都显著区别于普通的基坑工程，原因在于：①地铁工程属于交通建设工程，其不仅要求较好的结构强度和稳定性，还需要实现最基本的交通运输功能。加之地铁施工中地下作业繁多，挖掘数量也十分大，施工结构极为复杂，这就使得地铁车站的基坑围护结构的施工难度显著增加。②因地铁项目多设置在城市人孔繁华地段，施工过程中经常会遇到地下预埋管线。具体施工时不仅需要和多个单位进行协商，以便于改迁预埋管线。且上述遗留的预埋管线也集聚了大量的地下水，也会影响到地铁车站基坑围护结构的施工。

2 工程实例

2.1 工程概况

某地铁车站总共设置了3个通道4个入口，四组八个风亭。该施工区域浅层含水层岩性以粉土、粉质粘土为主，属于松散岩类孔隙潜水，地下水类型为潜水。通过前期的勘察得知，该区域地下水位埋深为15.1～15.6m，含水层主要为松散岩类孔隙潜水，含水层的岩性主要为粉土和粉质粘土。同时该含水层属于弱透水层，富水性相对较差。此外，该区域地下水对于混凝土结构不存在腐蚀性，但是对钢筋混凝土结构中的钢筋以及钢结构具有一定的弱腐蚀性。

2.2 围护结构设计方案

该地铁车站的附属通道、风道标准段内部的基坑深度为10m左右。由于是跨路口设置的通道和风道，施工场地相对较为狭窄，不具备放坡开挖的条件。因此最终选用的围护结构为φ800@1200mm的钻孔灌注桩联合钢管内支撑的工法。钻孔灌注桩的插入深度为4～5m，并运用100mm厚度的网喷混凝土来支护桩间，设置钢筋混凝土冠梁在桩顶，且全部选用C30混凝土。此外设置2根钢管内支撑子啊基坑竖向位置确保稳定，并选用φ609mm（壁厚14mm）的钢管作为钢支撑，其支撑水平间距为3.5～4m。

2.3 监测方案

为确保基坑围护结构的安全稳定性，需对整个基坑施工全过程进行监测，以便于对基坑开挖过程中围护结构的桩体位移、坑周地表沉降变化情况进行实时监测。通过相关监测数据，来客观反馈工程施工质量状况，以便于对设计方案进行及时调整，确保做到信息化施工。

2.4 监测结果分析

2.4.1 桩体水平位移

为了跟踪监测整个施工过程中围护结构的变形状况，共布置6个测斜孔在该基坑的四周。以下仅选取A处监测数据进行展开分析。①开始开挖基坑的时候，因基坑土体突然卸荷。围护桩受到坑周土体的侧向挤压力，导致基坑出现内侧变形现象。然因整体开挖深度较浅，桩体各个点的水平位移均较小；②继续开挖基坑以及施作了第一道钢支撑之后，桩体各个点之间的侧向变形显著增加，且当基坑的开挖深度为5m的时候，其侧向变形达到最大，最大值为4.31mm。不过因为基坑尚未开挖结束，基坑内部的土体能够在一定程度上阻止侧向挤压变形，进而使得桩体下部未受到较大影响，仅出现十分微小的水平位移；③施作第二道钢支撑之后，最大的桩体水平位移显著下移，其最大值在基坑深度为7～8m时。此外，随着第一道钢支撑和围护桩作用的有效发挥，桩顶间的水平位移极小。说明钢支撑的施作能够显著降低基坑周围围护桩的侧向变形；④当开始开挖基坑时，直到将第一道钢支撑拆除，桩体不同深度位置的水平位移相对较小。这充分的说明了，钢支撑联合钻孔灌注桩的支护结构可以显著对抗坑周土体对于基坑的挤压作用，有助于提升基坑的稳定性。同时，在距离桩顶8m的位置处是桩体发生最大位移的区域，其最大位移为12.15mm，属于设计范围之内。当然我们需要注意的是，虽然采取上述支护结构，能够显著对抗围护桩的侧向变形，然基坑受到时空效应的影响，各个点的水平位移仍在不断增大。因此施工基坑的过程中，无支撑暴露时间必须尽可能的降低。

2.4.2 地表竖向沉降

为了对基坑开挖过程中所引起的地表沉降变化状况进行监测。分别布置4个监测断面在基坑的南北两个方向上，并在各个监测断面上分别布置6个沉降观测点。各个监测点之间的布置间距为3m。以下仅选取监测断面B上的6个点的沉降观测数据展开分析。①伴随着基坑的进一步开挖，各个监测点的累积沉降量相应增加，且越是离基坑位置较近的位置，其所产生的沉降量越大，其中最大值为7.33mm。不过该沉降值却远远小于设计值所规定的≤0.3%H。同时距离基坑最远的位置的沉降量相对较小，仅仅为1.39mm。②通过对各个观测点的监测可知，累积沉降都呈现出下降、上升、再下降和在上升，然后最终逐步下降直到区域稳定的一个变化趋势。之所以会出现这种现象，主要原因在于开始开挖基坑的时候，因为移除了基坑内部的土体，使得基坑内部的地下水位逐渐降低，进而在坑周和坑内形成了一个水头差，并在土体之中形成一定的渗透力，进而压密坑周内部的土体。此外，来自于基坑内部降水的影响，使得坑周土体进行排水，进而显著增加了土体的自重应力，也会进一步产生一定的压密作用。这就导致坑周内部土体的压密作用逐渐增加，累积沉降量也就相应增加。同时，由于在基坑开挖的过程中，因施作了两道钢支撑，因其在一定程度上能够对基坑的侧向产生挤压作用，进而导致坑周的土体出现相对隆起的趋势，进而使得沉降量出现增加的趋势。③就整个基坑围护结构施工过程来看，在基坑开挖的初始阶段，基坑周边的土体出现了相对较大的沉降量。但是随着钢支撑的施作，土体结构的沉降量逐步下降，随着整个施工过程的不但推移，整个围护的结构将逐步区域稳定状态中。由此可见，对于地铁车站基坑围护结构而言，选用钢支撑联合钻孔灌注桩的支护结构，能够显著增强围护结构的稳定性和安全性，能够取得较好的施工效果。

总之，文章结合工程实例，设计了钢支撑联合钻孔灌注桩的支护结构来作为基坑围护结构形式，并通过施工监测，可以得到如下：①随着基坑开挖深度的增加，围护桩的侧向变形也会相应增加。受到钢支撑支护结构的影响，能够显著降低最大位移。为避免侧向变形的进一步扩大，需尽可能降低无支撑暴露时间；②随开挖深度的增加，坑周地表的沉降也逐渐增加，且沉降量最大位置距离基坑位置最近。受到钢支撑支护的作用，各个沉降量会出现短暂的上升趋势；③钢支撑联合钻孔灌注桩的围护结构，能够显著抵抗基坑的侧向变形，且水平位移量和竖向位移量均在设计范围之内。证明该围护结构的稳定性较好，能够满足工程的实际需求。

[1]邢旗.地铁站深基坑围护结构变形规律研究[D].河北工业大学，2015.

[2]刘岱熹.地铁深基坑开挖围护结构变形监测与数值模拟研究[D].辽宁科技大学，2016.