全先虎

軟弱地層條件下，地鐵車站深基坑在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、開挖施工、主體結(jié)構(gòu)施工階段的變形規(guī)律和失穩(wěn)狀況比一般地區(qū)城市深基坑更加復(fù)雜。為解決這一問題，以天津地鐵某車站為研究對(duì)象，分析軟弱地層地鐵車站深基坑變形趨勢；根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析深基坑工程引起墻體水平位移變化的動(dòng)態(tài)趨勢，探討軟弱地層地鐵車站墻體水平位移預(yù)測方法。結(jié)果表明：基于鋼支撐與地下連續(xù)墻相結(jié)合的軟弱地層深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)可有效維持土體平衡，約束土體變形，墻體深層水平位移總體可控。

一、工程概況

1.工程位置

天津地鐵某車站周邊環(huán)境較簡單、交通流量小。車站站臺(tái)中心軌面標(biāo)高為-12.400m。車站線路平面為直線，縱向沿線路方向由大里程端向小里程端2‰降坡，車站范圍正線線間距15.2m，有效站臺(tái)寬度12m。

2.結(jié)構(gòu)形式

本站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段豎向設(shè)4 道支撐。第一道為鋼筋混凝土支撐，支撐截面800mm×1000mm，第二、三、四道為直徑800mm、壁厚16mm 的鋼管支撐。

主體基坑盾構(gòu)井段豎向設(shè)5 道支撐+1 道倒撐。第一道為鋼筋混凝土支撐，支撐截面800mm×1000mm。第二、三、四、五道支撐及倒撐為直徑800mm、壁厚16mm 的鋼管支撐。

標(biāo)準(zhǔn)段多位于粉質(zhì)粘土⑥1層上，地基承載力特征值為100kPa，盾構(gòu)段基坑底多位于粉質(zhì)粘土⑦1層上，地基承載力特征值為120kPa。止水帷幕隔斷了第一承壓水層，第二承壓水抗突涌計(jì)算均滿足抗突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)1.05，不需設(shè)置減壓井。根據(jù)基坑穩(wěn)定性計(jì)算，該圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入比為0.72 ～0.85。

3.工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

（1）工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察揭示，本工點(diǎn)所揭示的地基土為第四系全新統(tǒng)人工填土層～上更新統(tǒng)的河床～河漫灘相沉積、淺海相沉積、濱海-潮汐帶相等沉積物，各土層特征及工程地質(zhì)描述如下：

1）人工填土層（Qml）：全場地均有分布，分為①1雜填土及①2素填土，土質(zhì)結(jié)構(gòu)性差，欠均勻，填墊年限一般小于十年，局部近期人為擾動(dòng)。

2）第Ⅰ陸相層（Q43al）：全場地分布廣泛，以④1粉質(zhì)黏土為主?？伞浰転橹鳎?高壓縮性。

3）第Ⅰ海相層（Q42m）：全場地均有分布，從上而下可分為4 個(gè)亞層。

⑥1粉質(zhì)黏土：灰色，軟-流塑，中～高壓縮性，分布廣泛，局部缺失。

⑥2淤泥質(zhì)土：灰色，流塑，高壓縮性，分布廣泛，局部缺失。

⑥3黏質(zhì)粉土：灰色，稍密，中壓縮性，局部揭示為砂質(zhì)粉土，分布廣泛。

⑥4粉質(zhì)黏土：灰色，可～流塑為主，土質(zhì)均勻性較差，中-高壓縮性。

4）第Ⅱ陸相層（Q41h）：全場地均有分布，以⑦1粉質(zhì)黏土為主，呈黑灰～淺灰色，可塑狀，中壓縮性。

5）第Ⅱ陸相層（Q41al）：全場地均有分布，從上而下可分為2 個(gè)亞層。

⑧1粉質(zhì)黏土：灰黃～褐黃色，硬～可塑，夾粉土，中壓縮性，分布廣泛。

⑧2黏質(zhì)粉土：灰黃-褐黃色，很濕，中密，中壓縮性，分布廣泛，局部缺失。

6）第Ⅲ陸相層（Q3eal）：全場地均有分布，從上而下可分為2 個(gè)亞層。

⑨1粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑為主，中壓縮性，廣泛分布、連續(xù)。

⑨2粉砂：褐黃色，飽和，密實(shí)，中～低壓縮性，分布廣泛。

7）第Ⅱ海相層（Q3dmc）：全場地均有分布，從上而下可分為2 個(gè)亞層。

⑩1粉質(zhì)黏土：灰色，可～硬塑，中壓縮性，分布廣泛。

⑩2黏質(zhì)粉土：黃灰色，很濕，密實(shí)，中壓縮性，分布廣泛但不連續(xù)，局部缺失。

8）第Ⅳ陸相層（Q3cal）：全場地均有分布，從上而下可分為4 個(gè)亞層。

（2）水文地質(zhì)條件

本場地淺層地下水類型主要為第四系孔隙潛水，賦存于Ⅱ陸相層及以下的粉土、砂層的地下水具承壓性，為承壓水。

1）潛水含水層

上部潛水，地下水埋藏較淺，穩(wěn)定水位埋深1.70 ～2.80m（高程0.13 ～1.18m），主要賦存于人工填土層、第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層的黏性土及粉土中。接受大氣降水和地表水入滲補(bǔ)給，地下水多年變化平均值0.5 ～1.0m。

2）第一承壓含水層

第一承壓含水層主要賦存于⑧2、⑨2黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、粉砂、細(xì)砂層中，第一承壓含水層水頭大沽標(biāo)高為-1.54m。

3）第二承壓含水層

二、監(jiān)測目的

在地鐵土建施工期間對(duì)工程自身關(guān)鍵部位及圍巖、線路沿線周邊環(huán)境實(shí)施監(jiān)測，分析各種施工因素對(duì)地表變形的影響，提供改進(jìn)施工、減少沉降的依據(jù)；根據(jù)觀測結(jié)果，預(yù)測后續(xù)施工地表沉降和對(duì)周圍環(huán)境的影響，以確定和調(diào)整下一步施工參數(shù)，采取合理保護(hù)措施，確保施工安全。

三、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移是體現(xiàn)基坑在時(shí)間和空間上受開挖影響的主要指標(biāo)，是驗(yàn)證基坑是否安全可靠的主要技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)研究目標(biāo)，選取天津地鐵某站西段頭盾構(gòu)井處2 個(gè)測斜點(diǎn)ZQT-16、ZQT-18 以及標(biāo)準(zhǔn)段測斜監(jiān)測點(diǎn)ZQT-2、ZQT-15 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

基坑開挖由西向東進(jìn)行，測點(diǎn) ZQT-18 位于基坑端頭中部，斜撐受力，此處常有長臂挖機(jī)、大型吊車等重型設(shè)備運(yùn)行，其監(jiān)測表明：基坑初次開挖時(shí)，開挖處土壓力的釋放使得樁頂迅速向基坑內(nèi)移動(dòng)，樁頂位移達(dá)到最大；當(dāng)架設(shè)第一道鋼支撐后，支撐位置以下樁體位移逐漸減少，同時(shí)樁頂位移趨于平緩；隨著基坑開挖深度增大，樁頂位移變化較小，支撐以下樁體位移逐漸增大；當(dāng)架設(shè)第二道鋼支撐時(shí)，樁體深度1 ～10m 位置水平位移逐漸減小并出現(xiàn)負(fù)向位移，但樁體深度11 ～20m 位置水平位移向基坑內(nèi)迅速增大；當(dāng)架設(shè)第三道鋼支撐時(shí)，整個(gè)墻體深層位移較之前變化較小；隨著開挖深度的不斷增加，第四道鋼支撐架時(shí)，整個(gè)墻體深層位移又有所增大，且在深度13.5m 位置到達(dá)最大值15.8mm；國慶停工期間，底板未施做，此段時(shí)間內(nèi)墻體深層水平位移呈現(xiàn)遞增趨勢，短短10 余天內(nèi)，墻體急劇位移12.5mm，在10 ～21m位置，都有約10mm 的變化量，最大墻體水平位移為25.94mm。

由測點(diǎn)ZQT-16 可知，第一道支撐的架設(shè)，有效的限制了樁頂位移；隨著基坑不斷的開挖，沿深度方向樁體水平位移不斷增加。第二、三層土體開挖過程中，墻體中部水平位移變化明顯，在第四層土體開挖過程中，樁體受力變化較小，趨于穩(wěn)定狀態(tài)?；佣祟^縱向跨度達(dá)26m，支撐架設(shè)較長，當(dāng)開挖至基坑底部時(shí)，坑底位置墻體深層水平位移最大，達(dá)到22.32mm，整個(gè)墻體水平位移呈現(xiàn)“凸三角形”的變形趨勢；國慶停工，底板未施做，基坑墻體水平位移明顯增加，基坑底部位置都有約10mm 的位移，墻體深層最大水平位移（深度14.5m 位置）31.60mm，即將黃色預(yù)警。

標(biāo)準(zhǔn)段測點(diǎn)ZQT-2、ZQT-15 都處于直撐受力墻體中，由于標(biāo)準(zhǔn)段沒有第四道鋼支撐作用，第二、三道鋼支撐之間間距較大（5.2m）。在第一層④1粉質(zhì)黏土開挖完成并架設(shè)完鋼支撐過程中，最大位移約為5mm，由于第二、三層土體分別多以⑥2淤泥質(zhì)土、⑥4粉質(zhì)黏土及其夾層淤泥質(zhì)土為主，在開挖過程中，墻體水平位移都有約5mm 的正向移動(dòng)。最終墻體深層位移最大值都在測斜管中部位置，最大值約25mm，整個(gè)墻體水平位移“凸三角形”的變形趨勢；又因國慶期間，車站結(jié)構(gòu)暫停施工，基坑暴露時(shí)間過長，墻體深層水平位移呈直線上升，截止目前，ZQT-2 最大位移（深度14.5m 位置）35.67mm， ZQT-15 最大位移（深度12.0 米位置）35.15mm，都已達(dá)到黃色預(yù)警。

四、結(jié)語

天津地鐵某站軟弱地層多為⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2淤泥質(zhì)土、⑥4粉質(zhì)黏土，主要呈流塑狀為主，局部軟塑狀，通過對(duì)西端頭開挖過程中墻體位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

（1）軟弱地層基坑開挖過程中，墻體深層水平位移總體可控?；又苓叢牧隙演d和大型施工機(jī)械運(yùn)行對(duì)基坑位移影響很大，實(shí)際工作中，應(yīng)盡量減少堆載和機(jī)械停留時(shí)間。由于土體開挖，基坑內(nèi)受力發(fā)生變化，在土體開挖完成后，應(yīng)及時(shí)架設(shè)鋼支撐，防止因開挖深度增加而支撐數(shù)量較少導(dǎo)致墻體水平位移極速增加。

（2）基坑測斜數(shù)據(jù)在一定程度上可以反映局部土質(zhì)好壞情況，土體深層水平位移與墻體深層水平位移密切相關(guān)，所以在開挖后期要加強(qiáng)對(duì)墻體和土體的深層水平位移監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)鋼支撐施加軸力，防止出現(xiàn)安全事故。

（3）隨著基坑深度的不斷增加，墻體最大位移不斷增加且位置不斷下移，在鋼支撐架設(shè)完成后，趨于穩(wěn)定。墻體水平位移最大位置都在墻體中部，整個(gè)墻體水平位移呈現(xiàn)“凸三角形”的變形趨勢。

（4）基坑開挖過程中，開挖深度到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，及時(shí)施做車站結(jié)構(gòu)，防止因暴露時(shí)間過長，基坑底部受力不平衡，導(dǎo)致鋼支撐預(yù)加軸力發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，致使圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形過大而影響基坑安全。