城市轨道交通工程工程规模较大，工程地质水文条件复杂及地下不确定因素较多，施工地点多位于闹市区，周边环境繁华复杂，施工风险较大，而软土地区土层本身存在强度低、流变性大的特点，明挖基坑支护一般采用地下连续墙+内支撑的形式，内支撑为混凝土支撑或钢支撑，首层支撑一般为混凝土支撑。

 

　　由于支撑形式、土方开挖施工机械及其它因素的影响，基坑土方开挖方式也不尽相同，主要分为两种：

 

　　1）由于受混凝土支撑施工、土方倒运机械选择的影响，基坑整体分层开挖，即基坑整体开挖至待浇筑（架设）支撑的深度，待该层支撑完成后进行下一步土方开挖。

 

　　2）另一种开挖方式为从基坑的一端分台阶开挖，局部开挖至基底后，开挖坡面顺序向基坑另一端推进。

 

　　整体分层开挖可以真正做到先撑后挖，但基底暴露面积和时间较长，分台阶开挖坡面受挖土机械影响架设支撑略为滞后，可以及时封闭基底。

 

　　本文以两个采用不同开挖方式的基坑为例，对其变形规律进行归纳、分析。

 

　　2工程概况

 

　　1）基坑A

 

　　（1）结构尺寸

 

　　基坑标准段深度约16.76m，宽度40.6m；盾构井段深度约18.46m（对应双层风道处深度为16.86m），宽度42.6m。主体围护结构采用0.8m厚地下连续墙，支撑结构采用三层混凝土支撑，主体基坑的宽度较宽，支撑跨度过大，在支撑下设置两排临时立柱及联系梁。

 

　　（2）工程地质、水文地质条件

 

　　基底以上为粉质粘土层，该层层位稳定，土质总体上较均匀，基底以下为粉土、粉砂层，粉砂及粉土层的地下水具有承压性，为微承压水。

 

　　（3）土方开挖方式

 

　　土方开挖方式为整体分层开挖。

 

　　（4）监测控制值

 

　　表2-1各监测项目控制值统计表

 

　　序号 监测项目 控制值（mm）

 

　　1 地连墙体水平位移 40

 

　　2 地连墙顶竖向位移 20

 

　　3 中间立柱竖向位移 25

 

　　2）基坑B

 

　　（1）结构尺寸

 

　　基坑标准段深度为15.86m，宽度为20.7m；盾构井段深度为17.56m，宽度为25.3m。主体围护结构采用0.8m厚地下连续墙，支撑采用混泥土支撑和钢支撑。标准段设四道支撑及一道换撑，盾构井段设五道支撑及一道换撑，其中第一道支撑均采用800mm×1000mm混凝土支撑，其余支撑为钢管支撑。主体基坑的风道加宽处和盾构井处，由于支撑跨度过大，在支撑下设置临时立柱及联系梁。

 

　　（2）工程地质、水文地质条件

 

　　基底以上为粉质粘土层，该层层位稳定，土质总体上较均匀，基底以下为粉土、粉砂层，粉砂层的地下水具有承压性，为承压水。

 

　　（3）土方开挖方式

 

　　土方开挖方式为分台阶开挖。

 

　　（4）监测控制值

 

　　表2-2各监测项目控制值统计表

 

　　序号 监测项目 控制值（mm）

 

　　1 地连墙体水平位移 26

 

　　2 地连墙顶竖向位移 16

 

　　3 中间立柱竖向位移 10

 

　　3监测数据分析

 

　　本文主要选取两个基坑从土方开挖至底板施工完成围护结构及周边土体变形较大的施工阶段，并选择两个典型的主测断面，对其监测数据进行比对、分析。

 

　　1）地连墙体水平位移

 

　　表3-1基坑A各阶段地连墙体水平位移监测数据统计

 

　　施工进度 最大变形值/变形位置 最大变形值/控制值（%） 最大变形值/最终变形值（%）

 

　　断面1 断面2 断面1 断面2 断面1 断面2

 

　　开挖至第二层混凝土支撑（深约6m） 8.19mm/深度8m 9.99mm/深度8m 20.5 25 28.134.3

 

　　开挖至第三层混凝土支撑（深约12m） 26.39mm/深度10m 21.25mm/深度8.5m 66.053.1 90.6 73

 

　　开挖至基底（深约16.76m） 30.41mm/深度13.5m 31.03mm/深度11.5m 76.0 77.6104.5 106.7

 

　　底板浇筑完成 29.11mm/深度15.5m 29.09mm/深度10.5m 72.8 72.7 100 100

 

　　表3-2基坑B各阶段地连墙体水平位移监测数据统计

 

　　施工进度 最大变形值/变形位置 最大变形值/控制值（%） 最大变形值/最终变形值（%）

 

　　断面1 断面2 断面1 断面2 断面1 断面2

 

　　开挖至第二层钢支撑

 

　　（深约4.8m） 1.3mm/深度5m 1.6mm/深度4.5m 5 6.2 6.7 8.1

 

　　开挖至第三层钢支撑

 

　　（深约8.8m） 3.97mm/深度11.5m 3.35mm/深度8.5m 15.3 13.5 20.5 16.9

 

　　开挖至第四层钢支撑

 

　　（深约12.2m） 16.72mm/深度11.5m 16.59mm/深度13.5m 64.3 63.8 86.2 63.8

 

　　开挖至基底（深15.86m） 20.2mm/深度19m 17.41mm/深度16m 77.7 67 104.1 88

 

　　底板浇筑完成 19.4mm/深度19m 19.78mm/深度19m 74.6 76 100 100

 

　　如表3-1、3-2所示：

 

　　（1）基坑A、基坑B底板浇筑完成后地连墙水平位移最大变形值约为控制值的72.7%～76%，基坑开挖至基底时变形值最大，约控制值的67%～77.7%，基坑开挖至基底后变形基本已经平稳，两基坑地连墙最大变形值较为接近。

 

　　（2）基坑A土方开挖前期地连墙变形值较大，至第二层混凝土支撑时（深度为6m，约为基坑深度的35.8%），变形值为总变形值的20.5%～25%，基坑B土方开挖前期变形值较小，至第三层钢支撑时（深度为8.8m，约为基坑深度的55.5%），变形值为总变形值的13.5～15.3%；基坑A深度约为16.76m，地连墙最大变形深度约为10.5m～15.5m，基本位于基底以上地连墙深度2/3至基底深度；基坑B深度约为15.86m，地连墙最大变形深度约为19m，位于基底以下；基坑A一、二层支撑竖向间距较大，前期土方开挖过程中支撑体系约束较弱，且该位置土方一次性开挖至第二层支撑垫层位置，被动土压力偏小，所以前期地连墙阶段变形较大，且地连墙最大变形位置偏上部；而基坑B支撑竖向间距较小，架设及时，支护体系约束较强且土方分段开挖被动土压力损失较小，地连墙变形的能量顺势向下传递，导致后期开挖施工过程中地连墙阶段变形较大，且地连墙最大变形位置偏下部。

 

　　2）地连墙顶竖向位移

 

　　表3-3基坑A各阶段地连墙顶竖向位移监测数据统计

 

　　施工进度 最大变形值 最大变形值/控制值（%） 最大变形值/最终变形值（%）

 

　　断面1 断面2 断面1 断面2 断面1 断面2

 

　　开挖至第二层混凝土支撑（深约6m） 11.7mm 12.97 58.5 64.85 76.3 88.3

 

　　开挖至第三层混凝土支撑（深约12m） 16.54mm 16.87 82.7 84.4 107.8 114.8

 

　　开挖至基底（深16.76m） 16.22mm 15.96 81.1 79.8 105.7 108.6

 

　　底板浇筑完成 15.34mm 14.69 76.7 73.5 100 100

 

　　表3-4基坑B各阶段地连墙顶竖向位移监测数据统计

 

　　施工进度 最大变形值 最大变形值/控制值（%） 最大变形值/最终变形值（%）

 

　　断面1 断面2 断面1 断面2 断面1 断面2

 

　　开挖至第二层钢支撑

 

　　（深约4.8m） 2.11 2.56 13.19 16 15.3 18.4

 

　　开挖至第三层钢支撑

 

　　（深约8.8m） 3.86 7.69 24.1 48.1 28.1 55.4

 

　　开挖至第四层钢支撑

 

　　（深约12.2m） 5.12 8.58 32 53.6 37.2 61.7

 

　　开挖至基底（深15.86m） 14.42 14.46 90.1 90.4 104.8 104.1

 

　　底板浇筑完成 13.76 13.89 86 86.8 100 100

 

　　如表3-3、3-4所示：

 

　　（1）基坑A底板浇筑完成后地连墙顶竖向位移为控制值的73.5%～76.7%，基坑B底板浇筑完成后地连墙顶竖向位移为控制值的86%～86.8%，基坑B受基底土体回弹及地连墙内侧土体侧摩阻力减小的影响，地连墙上浮值略大。

 

　　（2）基坑A在土方开挖前期地连墙阶段上浮值较大，至第二层混凝土支撑时（深度为6m，约为基坑深度的35.8%），上浮值为总上浮值的76.3%～88.3%，至第三层混凝土支撑时（深度为12m，约为基坑深度的71.6%），变形基本已稳定；而相反，基坑A在土方开挖前期地连墙阶段上浮值较小，至第三层钢支撑时（深度为8.8m，约为基坑深度的55.5%），上浮值为总上浮值的28.1%～55.4%，至第四层钢支撑时（深度为12.2m，约为基坑深度的76.9%），上浮值为总上浮值的37.2%～61.7%，开挖至基底后变形才基本稳定；基坑A开挖过程中基底土体暴露面积较大、时间较长，土体回弹变形较为充分，且前期地连墙水平位移阶段变形值较大，坑底土体隆起变形由中央向四周扩散的过程中遇到地连墙较强的约束，土体对地连墙产生较大的抗力，导致基坑开挖前期地连墙发生较大程度的上浮，而基坑B则相反，地连墙水平位移最大变形位置偏下且发生较大变形的阶段延后，所以地连墙上浮变形主要发生于下部土体开挖过程中。

 

　　3）中间立柱竖向位移

 

　　表3-5基坑A各阶段中间立柱竖向位移监测数据统计

 

　　施工进度 最大变形值 最大变形值/控制值（%） 最大变形值/最终变形值（%）

 

　　断面1 断面2 断面1 断面2 断面1 断面2

 

　　开挖至第二层混凝土支撑（深约6m） 13.73 13.85 54.9 55.4 39.6 34.9

 

　　开挖至第三层混凝土支撑（深约12m） 31.66 33.98 126.6 135.9 91.2 85.7

 

　　开挖至基底（深16.76m） 35.47 37.06 141.9 150.4 102.2 93.5

 

　　底板浇筑完成 34.71 39.65 138.8 158.6 100 100

 

　　表3-6基坑B各阶段中间立柱竖向位移监测数据统计

 

　　施工进度 最大变形值 最大变形值/控制值（%）10 最大变形值/最终变形值（%）

 

　　断面1 断面2 断面1 断面2 断面1 断面2

 

　　开挖至第二层钢支撑

 

　　（深约4.8m） 3.59 2.4 35.9 24 18.6 14

 

　　开挖至第三层钢支撑

 

　　（深约8.8m） 4.47 6.5 44.7 65 23.1 37.8

 

　　开挖至第四层钢支撑

 

　　（深约12.2m） 10.77 12.7 107.7 127 55.8 73.8

 

　　开挖至基底（深15.86m） 13.75 15.8 137.5 158 71.2 91.9

 

　　底板浇筑完成 19.31 17.2 193.1 172 100 100

 

　　如表3-5、3-6所示：

 

　　（1）基坑A中间立柱竖向位移最终变形值为34.71～39.65mm，为控制值的138.8%～158.6%，基坑B中间立柱竖向位移最终变形值为17.2～19.31mm，为控制值的172%～193.1%，基坑A基坑宽度较大，基底暴露面积较大、暴露时间较长，基底土体隆起变形较为充分，所以中间立柱上浮量较大；但基坑B立柱上浮量与控制值比值较大，主要原因为该控制值偏小，一般情况下立柱竖向位移变形量大于地连墙顶竖向位移，但基坑B立柱竖向位移控制值小于地连墙顶竖向位移控制值。

 

　　（2）基坑A立柱竖向位移主要变形阶段为基坑开挖至第三层混凝土支撑之前，约占总变形值的85.7%～91.2%，基坑B立柱竖向位移主要变形阶段为开挖至第三层钢支撑（深约8.8m）至基底阶段，约占总变形值的48.1%～54.1%，这种差异主要是由围护结构约束和基底土体回弹共同作用造成的，基坑A地连墙体水平变形较大且位于基底以上墙体中下部，土方开挖至该深度基底中间部位的土体回弹变形开始向两侧延伸，遇到地连墙水平变形的约束后两侧土体隆起开始加剧，中间部位土体隆起逐渐区域平稳，基坑B基底土体暴露面积较小、时间较短，且地连墙上部水平变形较小，最大变形位置位于基底以下，所以中间立柱上浮的主要变形阶段较为滞后。

 

　　4结语

 

　　1）由于软土地区深基坑支护方式不同，尤其是支撑形式不同，而造成土方开挖的方式存在较大差别。

 

　　2）两类基坑的基本变形规律是一致的，两者地连墙水平位移的最终变形值基本一致，土体卸载基底土体回弹变形造成中间产生较大程度上浮，回弹变形由中间向两侧延伸遇到地连墙水平变形的约束而造成两侧土体的隆起，加上地连墙侧摩阻力的减少，导致地连墙的上浮，但地连墙的上浮量要小于中间立柱的上浮量。

 

　　3）由于混凝土支撑层间距较大且施作时间较长，基坑A土方开挖前期地连墙水平位移较大，且最大变形深度偏上，而钢支撑层间距较小且架设及时，基坑B土方开挖前期地连墙水平位移较小，主动土压力向下传递导致地连墙最大变形深度偏下部。

 

　　4）两类基坑地连墙变形规律以及土方开挖方式的差异造成基坑A基底土体回弹变形值较大，从而导致中间立柱、地连墙均产生较大的上浮变形，且基坑A主要变形阶段处于基坑开挖前期，而基坑B则较为滞后。

 

　　5）由于基坑结构尺寸、地质条件、周边环境对象的不同，支护形式可能全部选择混凝土支撑或混凝土支撑+钢支撑，但无论何种形式均应合理安排工筹，控制挖土速度、及时施作（架设）支撑，尤其最后一层土应分段开挖以减少基底的暴露时间，最大限度的减少围护结构和周边土体的变形，控制中间立柱和地连墙的竖向变形差异，保证支撑的水平受力状态。

 

　　参考文献：

 

　　[1]李瑞杰.地铁工程深基坑施工监测技术应用.铁道建筑，2010，5：53-55

 

　　[2]廖少明，刘朝明，王建华，彭芳乐.地铁深基坑变形数据的挖掘分析与风险识别.岩土工程学报，2006，（11）：1897-1901

 

　　[3]靳璞，李东海，刘军，刘继尧.地铁深基坑变形预测与监测数据分析.市政技术，2008，1（1）：28-31

 

　　[4]屠传豹，陈勇，刘国彬.地铁深基坑测斜监控指标的探讨及实践.岩土工程学报，2012，（11）：28-32