地铁深基坑支护结构变形分析

地铁深基坑支护结构变形分析

龙　伟

（广东省基础工程集团有限公司，广东　广州　510000）

摘　要：地铁深基坑支护结构变形受地质条件、地下水位、支护结构形式、土方开挖顺序等多方面因素影响，难以控制。佛山顺

德地区多分布为深厚淤泥及淤泥质粉细砂，佛山地铁水口站因为处于该软弱地层中，基坑开挖过程中地下连续墙出现了变形超限。文章分析了水口站的变形原因，阐述了变形控制措施及取得的效果，为相似工程提供施工参考。关键词：地铁深基坑；深厚淤泥层；监测内容；变形超限；变形分析；变形控制；施工总结1　工程概况

水口站地貌上属于海陆交互相冲洪积平原地貌，所揭露第四系地层为人工填土层，海陆交互相沉积层、冲积~洪积砂层、土层，基岩为白垩系大塱山组碎屑岩。

地下水水位埋藏变化较小，地下水位平均埋深为1.42m，高程为0.52~2.64m，平均高程为1.91m。

车站为地下两层，结构总长209米，标准段基坑宽度为19.7米，深度约为17.58米，东、西两端扩大端基坑宽度24.1m，基坑深度为18.68m。2　周边环境

水口站主体基坑周边最近的建筑物为岳步村村民房（3A），距离为50米，在两倍基坑深度范围以外。周边原状地貌均为荒地及鱼塘，无地下市政管线。3　基坑支护结构

地下连续墙800mm厚，采用水下C35混凝土（P8），进入中风化岩层不少于1.5m；冠梁采用C35混凝土；混凝土支撑、腰梁、挡墙采用C30混凝土。

本站支护结构标准段采用三道支撑：第一道混凝土八字撑（主撑700×900mm+肋撑500×700mm），第二道混凝土八字撑（主撑1000×1200mm+肋撑 800×1000mm），第三道支撑为钢支撑（φ609mm，t＝16mm）；两端盾构扩大头采用三道混凝土支撑：第一道混凝土支撑（700x900mm），第二道~第三道支撑（800x1000mm）。地下连续墙基本幅宽为6m，采用焊接

工字型钢板接头止水接头。

4　降、排水系统

基坑采用“外止内排”的降水方案，坑内共布置21口疏干井，井深23m。

基坑内分级设排水明沟及集水井。基坑内排水沟设于基坑内四周坡脚处，在基坑的四角及基坑边每隔20m左右设一集水井。

5　监测内容

根据施工蓝图，施工所处的周边环境条件，深基坑开挖的深度以及支护的结构特点，基坑开挖监测项目设置为以下几项：

5.1　沉降、位移监测

（1）地下连续墙顶水平位移和竖向位移。共布设26个观测点，监测支护结构顶部的水平位移和竖向位移的变化发展情况。

（2）基坑周边地表沉降监测。绕基坑一周每隔约20m设置3个沉降观测点，共78个，监测基坑周边道路沉降的变化发展情况。

（3）基坑东侧建筑物的沉降变形监测。在基坑东侧3栋民房设置11个沉降监测点，监测基坑周边建筑物沉降的变化发展情况。

5.2　墙体深层水平位移监测（测斜）

在地下连续墙体中，预先埋置测斜管，通过测斜仪测量其变形状况，从而获得基坑支护结构体在不同深度的各点随着基

增进组织的凝聚力。如果条件允许，可以在节假日，积极组织企业女工开展各种社会活动，这对女性职工开阔视野、放松心情具有一定的积极作用。其次，要加强对形势任务的宣传教育工作，对企业工会来说，要加强对公司集团会议的精神贯彻，特别是职工代表大会、生产经营会议和政工会议，使公司的女性职工清楚知晓企业重心、国家政策，从而明确努力方向，让企业女工在工作中信心更加坚定，促进企业的稳定和健康发展。最后，要积极树立企业模范作用，对优秀的女性职工进行表彰，通过督促女工查找自身的不足，提高企业女工的整体形象。

3.4　提升女工素质

在企业的发展中，提升女工的整体素质是至关重要的，其可以发挥女工的“半边天”作用。在具体的工作中：（1）应该强化女工的思想政治觉悟，企业工会在对企业女工进行学习培训时，要根据党的指导思想进行深人学习，帮助女工树立科学的人生观、价值观和世界观，进而实现自身价值，并结合科学的指导思想，脚踏实地，为企业的远大目标而奋斗。（2）针对企业的女工开展职业技能教育，采取因材施教的培训方式。在现阶段企业女工中，综合素质偏低是普遍存在的情况，导致企业女工在参加培训时积极性不高，对自己缺乏自信等，因此，企业工会的女工工作者应帮助企业女工树立自立、自强的精神

思想，通过提高女工的知识文化水平、思想道德素质、岗位技术能力、科技文化水平等，进而展现女工的综合素质和有效业务能力，使女工具有较高的学习能力、实践能力、竞争能力、创新能力等，为企业的发展发挥巨大作用。4　结语

综上所述，在新形势下，对于工会女工的工作创新，必须严格遵守党中央的政治要求、国家的战略部署，积极与党的事业、国家的建设、企业的发展相融合，这就要求企业工会的女工加强自身的理论素质修养，积极配合企业工会女工的工作，逐步完善新形势下企业女工的工作创新与发展。参考文献：

[1] 胡巧芬.新形势企业工会女工工作的创新[J].人力资源管理,2017 (10):351-352.

[2] 郭晓云.新形势下煤矿工会女工工作探索与实践[J].现代商贸工业,2017(14):69-70.

作者简介：白传晓（1974.03- ），女，山东莒县人，本科，政

工师，从事工会工作。

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建材发展导向

坑开挖深度的不断加深向基坑内不同深度的水平位移发展变化情况。共布设26个孔，测斜管深度与地下连续墙深度相同。

5.3　支撑轴力的监测

基坑内支撑轴力监测。在第一、二道混凝土支撑各布设15个断面，每个断面安装4只钢筋应力计，在第三道钢支撑对应断面安装15个支撑轴力计，监测支撑轴力的变化发展情况。

5.4　支护结构体外侧的地下水位监测

在基坑外布设26个水位监测孔，孔底超过基坑底部3m，深约20m，监测基坑外侧地下水位的变化发展情况。6　监测频率及监测控制值

6.1　监测频率（见表1）

表1　基坑工程正常情况下监测频率

施工过程降水期间

≤5

开挖深度（m）

5~10>10≤7

底板浇筑后时间

（d）

7~1414~28>28

正常期1次/3d1次/2d1次/1d2次/1d2次/1d1次/1d1次/1d1次/3d

预警期1次/1d2次/1d4次/1d4~6次/1d4~6次/1d2~4次/1d2~4次/1d1次/1d

抢险期1次/3h1次/3h1次/2h1次/1~2h1次/2~4h1次/4~6h1次/4~6h1次/4~6h

6.2　监测控制值

工程监测值应符合工程设计的限值、地下主体结构设计的要求及监测对象的控制要求。控制值应以监测项目的总量值和变化速率值两个值控制。具体如表2所示。

表2　水口站监测项目控制值一览表

序号1234567

监测项目墙顶部水平位移墙顶部竖向位移深层水平位移地下水位周边地表竖向位移

支撑内力建筑物竖向位移

监测控制值

累计值25mm10mm30mm2000mm30mmf110mm

变化速率（mm/d）

22210002/2

注：f1为构件轴力设计值。

7　施工及变形情况7.1　施工情况

截止2017年8月7日，第一道混凝土支撑已施工完成，基坑第二层土方（第一道支撑底至第二道支撑底）已全部完成，开挖深度为7.7m，1~4轴、14~26轴第二道混凝土支撑已完成，4~14轴第二道混凝土支撑暂未完成。2017年8月7日开始开挖第三层土方（第二道支撑底至第三道支撑底），至2017年8

图7-1　第二道支撑施工进度图

月12日18~26轴第三层土方开挖完成，开挖深度约12.5m。

7.2　变形发展情况

于2017年8月12日完成车站西端头18~26轴第三层土方开挖，当天ZQT10#墙体测斜位移速率超过16.2mm/d，累计值达到42.9mm，ZQT11#位移速率为11.7mm/d，累计值达到58.7mm，属于红色预警，ZQT17#位移速率为8mm/d，累计值达到31.7mm，达到橙色预警，其余检测项目未超报警值，基坑开挖于当天停止。

基坑变形引起各方高度重视，分别于8月14日召开基坑变形技术分析会，8月16日召开基坑变形专家讨论会。根据分析讨论结果，连续墙位移主要由于淤泥质土地层稳定性较差引起，开挖后主动土压力集中释放，连续墙变形速率较大，结合实际施工过程中变形累计值往往较计算值较大。按照专家意见，建议立即组织架设钢支撑，并在连续3日监测速率稳定后，实施试验性开挖，目的为确定连续墙最终位移值，以指导后续施工，并建议变形控制值放宽到80~100mm。

按照专家意见，项目部制定了第四层土方试验性开挖的专项方案，于8月25日通过了专家评审，并于9月4日开始按照方案开始进行23~26轴第四层土方开挖。之后，项目部严格按照方案，开挖过程中及时架设钢支撑、施加混凝土地梁、坑

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外降水等措施，但水口基坑施工过程中仍有变形产生，具体情况为：

水口站基坑在开挖第二层土方（开挖深度7~8m），连续墙深层水平位移最大累计值达到10~35mm；开挖第三层土方（开挖深度11~13m），最大累计值达到30~100mm，开挖期间变形速率达到3~10mm/d；开挖第四层土方（开挖深度16~18m），最大累计值达到100~200mm，开挖期间变形速率达到5~20mm/d，个别点位达到40mm/d。连续墙变形最大位置在开挖面以下3~5m。

图7-2　土方开挖示意图

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工作探索

11月1日开挖16-17轴第四层土方，当天监测墙体水平位移ZQT9最大变形速率为46.6mm/d。由于变形速率异常增大，于11月2日召集各方现场召开专项监测预警分析会，对施工情况及变形情况进行探讨分析，提出下一步施工措施及应急工作的要求。

11月8日至11月16日完成剩余9~14轴第四层土方开挖，开挖过程按照要求严格控制开挖跨度，第一时间架设临时钢支撑、施加基底以下地梁。11月17日完成了剩余基坑垫层浇筑，基坑变形趋于稳定，未浇筑底板段，最大变形位置变形速率在0.8~1.5mm/d。

施工过程基坑变形情况如图7-3所示：

8.2　11月9日业主组织各参建单位召开现场会议要求继续开挖剩余的第四层土方（9~14轴）。因此项目部采取6m一个工作面由9往14轴推进，开挖出工作面后立即架设临时钢支撑并施工底板下地梁，24小时内完成开挖面支顶。根据监测数据，土方开挖影响范围内的ZQT6、7、8、21、22号测斜孔第四层土方开挖过程中变化分别为11mm、33mm、15mm、20mm、17mm，开挖突变期由原来的2-3天缩短至1-2天，突变量由原来的15-20mm/天减少至5-15mm/天。

至11月17日，水口站基坑全部开挖见底并施工完所有垫层，4~6轴、15~26轴底板施工完成，基坑变形基本稳定。9　变形原因分析

（1）淤泥质土地层稳定性较差，开挖后主动土压力集中释放，连续墙变形速率较大。

（2）坑内三轴搅拌桩与连续墙密贴程度达不到设计计算的理想状态，提供横向支撑效果有限。

（3）在类似这种深厚淤泥层的地质条件下，根据现场情况，800mm厚地下连续墙在嵌固深度太长的情况下，在软弱土层内，安全性可能达不到理想要求。

（4）第三道钢支撑的钢围檩未完全与连续墙密贴紧实，在深厚淤泥层中，连续墙变形较大，但钢支撑轴力变化不明显，钢支撑未起到有效的抑制变形作用。

（5）土方施工一次性开挖工作面过长，支撑体系施工滞后，开挖面未及时封闭抑制变形。4-14轴（约90m）第二道支撑在第二层土方开挖完成后7天才完成浇筑，18-26轴（约63m）第三道支撑在该段土方开挖完成后8天才完成架设。（6）基底设计有牛腿，加大了开挖深度的同时，增加了基坑暴露时间。受施工工艺限制，牛腿施工有凿除预埋筋→调直预埋筋→绑扎牛腿钢筋→安装模板→浇筑等工序，各道工序耗时较长，基坑不能迅速封底。

（7）基坑开挖到底后，要安排各项检测，包括灌注桩抽芯、高应变、声测，搅拌桩抽芯、压板试验等，检测项目多且耗时长，基坑开挖见底后暴露时间较长。10　结语

（1）在类似这种深厚淤泥层的地质条件下，设计800mm厚地下连续墙，嵌固深度太长的情况下，刚度不够，在软弱土层内的安全性达不到理想要求，建议设计时增大安全系数，增加墙厚。

（2）因为第三道钢支撑在深厚软弱土层中抑制变形效果不明显，建议将第三道支撑更换为混凝土支撑。

（3）由于围护结构变形最大位置位于基底以下3~5m范围，建议加大三轴搅拌桩基底加固深度及范围。同时在地下连续墙内侧边缘设置旋喷桩，使加固体与连续墙密贴，起到一定的抑制变形作用。

（4）现场优化开挖方案保证基坑安全，严格控制土方开挖分段长度，保证支撑及时施工。遵循“快挖快撑，快速行成结构”的施工原则。

第四层土方采取6m一个工作面，开挖出工作面后立即架设临时钢支撑并施工底板下地梁的开挖方案，24小时内完成开挖面支顶。监测数据显示，采取上述措施后变形速率明显减小。

（5）优化施工工艺流程，基坑开挖到底后应及时封底，必须在垫层完成后再安排牛腿施工、侵限处理、桩基检测等其他工作，减少基底暴露时间。

（6）合理组织施工，保证人员、材料、设备等资源投入，在土方开挖后，尽快完成所有底板浇筑，保证基坑安全。

（7）建立、健全信息反馈机制，及时分析监测数据，并采取有效措施，完善应急措施，保证应急物资储备。

图7-3　围护结构变形曲线图

8　变形过程控制

8.1　出现红色预警后，立即停止了土方开挖

并将基坑周边机械（包括挖掘机、泥头车、吊机等）全部撤离，避免基坑周围堆载加剧基坑变形；并立即加快第三道钢支撑的拼装、架设及施加预应力，避免基坑进一步变形；同时现场应急物资准备到位，做好应急处置准备工作；加强加密监测，掌握基坑变形动态。

从9月4日开始按照方案开始进行23~26轴第四层土方开挖。开挖过程中严格控制纵向分段长度（第三层土方12m，第四层土方6m），并及时采取架设钢支撑、施加混凝土地梁、坑外降水等措施，减缓基坑变形速率。具体措施为：

（1）及时架设钢支撑，在东端第三层土方开挖过程中，严格按照时空效应，每开挖一段，24小时内架设好钢支撑，并施加预应力，预应力按照专家意见由200KN增大至800KN。（2）对于变形较大的19~22轴，在南侧基坑外施工4口降水井，通过降低基坑外水位减小连续墙外部侧向压力以控制基坑变形。

（3）开挖到基底后，每隔6m在基底开槽并施工一道1m×1m的混凝土地梁，以减小基坑变形。

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