江苏苏州地质工程勘察院 215129
摘要：在我国社会经济不断发展的过程中，我国的建筑工程行业也得到了迅猛的发展。对于地铁来说它的建设给我们的出行带来了很大的便利，但由于其是建设在地下，所以在进行有关工程建设时有可能会受到一定的影响，尤其是紧邻地铁的工程，在进行开挖时一定要做好深基坑支护的设计与监测，以免影响到地铁车站的隧道结构。本文就针对某紧邻地铁深基坑支护设计和监测进行了分析。
关键词：深基坑；支护设计；监测；分析
对于紧邻地铁站深基坑工程来说，因受到场地的限制，所以必须利用既有车站连续墙作为支护结构的一部分，而对于工程的其它侧面应依据地质条件通过采用旋挖桩加内支撑及预应力锚索的综合支护方案。为能够准确的分析开挖基坑对地铁站隧道结构的影响，按照基坑三维实体结构建立计算模型，对其三维视图进行分析。同时，为了确保施工安全，在施工时应对基坑的位移、支撑轴力以及周边沉降进行全面的监测。
一、工程简述
某工程项目准备在深圳市福田中心区鹏程一路与深南大道交汇处东北角处建设，需要开挖基坑深度为20.75-21.5m，场内的土层分布主要包括四部分：人工填土层、第四系冲洪积层、残积层，下伏基岩为燕山晚期花岗岩。场地的地下水主要以潜水为主，大多分布在第四系地层当中，受场地东侧地铁施工降水影响，场地地下水位埋深较大，通常在7.6-13.5m之间，而且地下水因具有弱腐蚀性，会对混凝土及钢筋有所影响。场地周边环境复杂，东侧方向是深圳地铁3号线，南侧为深南大道辅道及地铁地下通道，西侧为鹏程一路和深圳广电大厦。施工困难处主要在于：一是东侧的地铁站，保证基坑开挖的准确性和合理性；二是基坑东侧南段由于旋挖桩施工空间不足，所以要用到地铁站的原有墙面来当做基坑的围护结构。
二、设计方案
由于周边的地铁车站、盾构和地下通道所带来的影响，我们需要采用内支撑体系对基坑进行支护，而且安全等级一定要选择一级。其中：①东侧北段及基坑南侧采用旋挖咬合桩作为围护结构；②东南段需要像地铁公司申请，使用地铁公司的连续墙当做围护，另外为了满足受力是均衡的，基坑内支撑轴线标高与地铁三号线福田站楼板轴线标高相一致；③南侧在靠近深南大道辅道，因为有一处拟建的地铁福田站人行通道，所以说支护需要使用能够入底6米的咬合桩④西侧和北侧相对空旷，可以使用旋挖桩+ 桩间旋喷来实现止水。为确保后期不产生竖向位移，可以在内支撑与腰梁位置插入18#工字钢，方向为竖向，工字钢底部入坑底5.0m。
三、对工程基坑的三维有限元分析
为强化对地铁结构的保护，需要利用Ansys 软件来对地铁隧道的模型进行分析，并分析深基坑对其所造成的影响。其中：支撑梁也就是钢筋混凝土矩形梁，需要采用Beam3 梁单元模型，其截面的尺寸应是：0.8*1.0m；支撑立柱也就是直径在0.8m的旋挖桩，应采用Pipe16 管单元模型；基坑腰梁，应采用Beam 3 梁单元模型，其截面尺寸是0.8*1.0m；桩径在1.2m的旋挖桩，基坑支护桩应选用Shell壳单元模型进行近似模拟，其单元厚度应在0.8m；地铁车站楼板，应选用Shell 壳单元模型进行模拟，且底板、楼板以及顶板的厚度应在0.5m。
地铁车站外墙，站外西侧的墙体厚度为0.8m的地下连续墙和0.4m的厚衬墙，站外东侧的墙为直径1.2m钻孔桩和0.4 m厚衬墙，选用Shell 壳单元模型进行模拟，按照0.8m厚度分析。
分析计算的主要参数布置：1）将支护桩底端位移、车站连续墙及旋挖桩底端位移、基坑支撑立柱底端位移以及车站在模型中截断的断面Y 方向的位移都设为0；2）要依据各个剖面的反力来对结果进行计算，第1至第3道支撑冠（腰）梁的均布荷载分别为372.75，792.9 及497.0 kN /m；3）由于车站的东侧是新近回填的证交所基坑，会由地铁的楼板、顶板等向下产生对基坑50%的均布力，分别为186.38，396.45和248.5 kN /m。三维有限元模型如图3 所示。
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经分析计算可知，内支撑结构、围护结构以及地铁站的位移如下图，其中支护结构的位移方向均向坑内。
根据以上分析得出，内支撑最大弯矩为780.5 kN•m，支护结构位移最大距离为20.3mm，地铁隧道以及车站最大位移为6.48mm，与地铁变形控制的标准值相差很远，其标准值在15-20mm。
四、监测方案和结果分析
1.监测方案
考虑到本基坑场地的条件以及相关设计要求和规范等，需要进行监测的主要内容包括：围护结构水平位移、水位和周边建筑物、基坑沉降、支撑轴力、道路、管线变形等。在基坑开挖阶段，应保证2次/天的监测频率，在完成底板施工后，应1次/天；当然，监测频率可根据监测数据变化或异常情况进行调整。
其监测控制标准如下：1）对于基坑坑定的最大水平位移值在0.25%，也就是基坑深度（最大沉降量）45mm。2）基坑东侧北段临近地铁盾构区间，坑底位置的支护桩其水平变形量允许范围在15mm以内，将地铁轨道变形控制在允许范围内。3）对其东侧的位置，地铁连续墙的水平变形量应控制在5mm以内。4）基坑变形警戒值取上述允许值的80%。
2.监测结果
1）坑顶沉降，在基坑周围边布置了共12个沉降监测点，其监测的坑定沉降如下图所示：
可知，基坑边的最大沉降为10.25mm，与基坑沉降的控制要求相适应。
2）支撑轴力，在内支撑结构上监测点共布置了12组，测得的主要测点支撑轴力下图所示：
由图可知，支撑轴力相对较为离散，支撑轴力变化主要发生在前期土方开挖阶段，在对地下室和底板施工阶段其五太大变化，ZL12- 2测点最大值为1687kN，小于计算值3220kN，说明此基坑在受力方面要低于设计荷载，且处在比较安全位置。
3）水平位移，在水平方向上布置10个监测点，测得的主要测点坑顶
水平位移下图所示。
综上分析可知，基坑发生水平位移的主要时段是在土方开挖阶段，基坑开挖结束后位移趋于稳定，位移最大值在基坑的西侧，为9.5mm，小于三维有限元计算结果（20.3mm），比位移控制值小很多，说明基坑实际变形与设计参数和现场实际施工情况相关，实际受力要低于理论计算受力。
4）围护结构倾斜，一共布置7 个围护结构倾斜监测点，测得的地铁结构主要测点CX03 倾斜情况下图所示。
据分析监测可知，在基坑支撑点有明显的变形拐点；地铁站总的变形量较小，最大约为6.2 mm，相近于有限元分析结果，保证了车站的安全与使用。
五、结语
1）此项目分析软件使用的是Ansys 软件，对基坑支护结构与地铁车站开展三维模式下的分析，外荷载为通过剖面计算结果转化的均布荷载（车站东侧外荷载减半），然后结合实际情况对边界存在的条件进行约束，最终得出，基坑坑顶的位移大概在20毫米左右，而坑边的沉降最大可发达到10毫米，分别小于规范要求的一级基坑0.25% H 和30 mm 的要求，结论是实际情况能够满足工程设计要求。
2）场地限制所带来的约束十分的严重，所以说使用既有地铁车站连续墙结构作为支护结构，然后对支撑位置进行合计科学的预算，以此来达到地铁结构的稳定和受力平均，这样能够很好的解决紧邻地铁深基坑工程施工空间限制问题。
3）我们通过运用三维有限元分析结合实际测量的结果发现利用地铁车站连续墙作为基坑围护结构是合理的，这种方案不仅能够达到地铁结构受力和位移控制要求，从而确保了项目的顺利实施，还能够为相关工程提供成功的经验和具体的借鉴。
参考文献：
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[2]刘焕存，黎良杰，王程亮，魏海涛.紧临地铁站基坑支护设计与变形控制[J].岩土工程学报，2012，34（S1）：654-658.
[3]刘俊怡.深圳某地铁深基坑工程坍塌原因分析及建议[J].工程建设与设计，2012（07）：149-151.
论文作者:黄天一
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/12
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