太原地铁2号线长风街站深基坑监测研究分析①

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(山西职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

随着太原地铁的全线施工，势必会对太原城市轨道交通发展带来巨大的影响，而地铁建设的施工安全也受到社会各界的关注。地铁建设工程受地下条件的影响较大，尤其是在环境复杂的地下空间进行深基坑的施工，同时深基坑的沉降变形和水平滑移均会影响施工进度，因此深基坑的稳定与安全已成为当前亟待解决的重要难题。

关于深基坑施工过程中遇到的各项技术难题，业界诸多学者从多个方向进行了不同的研究与分析。杨学林及其研究团队[1]结合大量的基坑施工事故进行研究，总结出深基坑施工监测中应注意的特殊条件和重点监测的重要部位等；丁智等[2]经对不同地区基坑施工进行监测分析与研究，总结出深基坑开挖施工过程中表现出来的共同变形规律等。因此，笔者经对太原地铁2号线长风街站深基坑变形进行监测、研究与分析，得到的规律为太原地区其他地铁站点的基坑施工提供理论依据和施工参考。

1 工程概况

1.1 工程结构

太原地铁2号线长风街站位于太原市小店区长治路与长风街交叉口的南侧，沿长治路南北向敷设，车站起点里程为YDK18+529.022，终点里程为YDK18+751.622，车站设计总长度为222.6 m。该站是一座地下二层、高为14 m的岛式站台，车站结构采用整体式钢筋混凝土箱型框架结构，标准段结构外包尺寸为23.1 m×13.82 m。该站施工工法采用明挖法施工，采用地下连续墙与内支撑系统支护，车站地面标高为780.71～781.09 m，顶板以上覆土约为2.9～3.1 m。车站中心里程处标准段基坑宽为23.1 m，基坑深度约为17.1 m；南端盾构段基坑宽为27.2 m，基坑深度约为18.84 m；北端盾构段基坑宽为27.95 m，基坑深度约为18.2 m。本次车站基坑开挖面积约为5 359 m2，基底主要位于2-③-1黏质粉土层(140 kPa)、2-④粉细砂层(170 kPa)中。

1.2 工程区地质情况

工程区地貌单元为太原盆地汾河冲积平原区，地形开阔平坦，总体趋势为北高南低。汾河大多地段河漫滩地形平缓，局部地段略有起伏。该站位于汾河东岸一级阶地区，由于城市建设，漫滩、一级阶地阶面高程变化并不明显，呈现渐变趋势。

1.2.1 人工填土(层号1)

人工填土包括杂填土(1-①)和素填土(1-②)。杂填土(1-①)为杂色、干燥、松散、并含少量黏性土，均匀性差。层厚为1.00～2.60 m，平均层厚为1.64 m，在施工的钻孔中均有揭露，分布范围较广，其中顶部约0.3～0.5 m为沥青路面，下部为路面垫层，主要由粉土、黏性土及少量碎石块组成。素填土(1-②)为褐黄色和杂色，主要成分为黏质粉土和粉质黏土，夹杂有碎石、砖块。层厚为0.70～9.30 m，平均层厚为3.05 m，在施工的钻孔中均有揭露，分布范围广。

1.2.2 冲积、洪积粉质黏土(层号2-②)

黏土为褐黄色，其中含有氧化物，可见少量孔隙，其以可塑性为主，局部为软塑，土质均匀。在施工的33个钻孔中有揭露，局部缺失，层厚为1.70～9.40 m，平均层厚为4.65 m。

2 深基坑风险分析

2.1 基坑施工难点

长风街车站的深基坑开挖方量大，由于地表是太原市繁华地段，该深基坑在开挖施工时受地表复杂建筑物、构筑物、市政管网等影响较大，基坑的设计、施工以及基坑本身稳定性的控制问题是目前面临的巨大技术难题[3]。

2.2 深基坑工程风险分析

长风街车站主体明挖基坑在稳定性控制方面的风险主要体现在基坑的支护与地下连续墙构筑施工过程中，首先受施工区水文、地质构造的影响，该深基坑主要处于冲积、洪积粉质黏土层中，基坑内支撑施工质量要求高，一旦支护系统出现问题，很可能造成基坑的坍塌事故[4-5]；其次，车站基坑开挖范围内市政管网大量分布，如通信网路、水管网路、供暖线路、供电网路等，该深基坑开挖必须将开挖范围内的各类管网改线，使得基坑施工难度大、改线任务繁重，而且管网改线一旦出现事故，势必造成基坑开挖施工进度的延误，若出现下水管破裂甚至会造成基坑被淹的后果。

3 基坑监测数据分析

太原地铁2号线长风街站基坑监测测点布置如图1所示。

图1 长风街站基坑监测测点布置图

3.1 地表沉降分析

对太原地铁2号线长风街站深基坑地表沉降的监测，着重考虑基坑关键部位的关键点监测，现选取基坑的端头与中部关键控制点(DBN01、DBN07、DBN09、DBN15)监测数据为研究分析重点，基坑地表沉降监测部分测点数据如图2所示。

图2 深基坑地表沉降部分测点数据图

由图2分析可知，所选基坑关键点均表现为大致相同的下沉变形趋势，深基坑四周地表下沉在基坑开挖阶段(前6周)表现尤为明显，尤其是DBN09测点最大累计下沉量高达28.56 mm，其他测点下沉量相差不大；第6～16周基坑地表逐渐上升，这是由于开挖后对基坑进行壁后注浆和土钉墙支护作用的结果，使得基坑表土层凸起至开挖原始状态标高，表土层标高凸起也是一个缓慢的过程；监测16周以后，基坑四周地表凸起逐渐趋于平缓，最终均能保持下沉或上升量稳定，DBN09、DBN15两个监测点的变化幅度较大，这是考虑基坑盾构开挖的先后顺序造成的；在26周后，深基坑四周所有测点的沉降均趋于稳定不变的值，最大地表上升量为-25.28 mm。由基坑四周沉降监测可以看出，该深基坑的盾构施工和支护、注浆工序衔接较好，施工质量较高，基坑安全性高。

3.2 桩顶水平位移分析

深基坑变形质量好坏主要表现在基坑桩顶的水平位移上，基坑的变形也受基坑赋存的地质条件影响，桩顶水平位移相对较大时，基坑变形随之增大，造成基坑断面尺寸不合格、观感质量差等问题，因此监测分析桩顶水平位移是判断基坑施工质量的重要手段。长风街站深基坑桩顶水平位移部分测点数据如图3所示。

图3 深基坑桩顶水平位移部分测点数据图

由图3可以得知，深基坑初次开挖扰动地下岩体时，各个测点的水平位移便向无支护或支撑空间缓慢移动，但移动量值均很小，其中以ZDS05测点在扰动前3周内最大，最大数值为1.86 mm。随着深基坑的不断开挖和同步的支撑、注浆工序的衔接，深基坑桩顶水平位移基本可保持在0.89～1.77 mm的范围内，其中个别测点数据的突然增大或减小，考虑可能是由于自然地质条件造成(如强降雨、轻微地震等)，所有测点的水平位移在22周以后基本保持不变，最大水平位移累计量为ZDS07的2.48 mm，这说明该深基坑在支撑结构体作用下保持了安全状态。

3.3 桩顶下沉分析

选取长风街站基坑桩顶沉降控制点ZDC01、ZDC05、ZDC07、ZDC09为关键控制点，经过31周工程现场的监测和数据采集，以关键控制点的监测数据为研究分析重点，对基坑施工过程中桩顶沉降的变化进行分析，长风街站深基坑桩顶下沉测点监测数据如图4所示。

图4 深基坑桩顶下沉部分测点数据图

由图4可看出，随着深基坑开挖扰动的不断进行，深基坑所有桩顶测点测得的数据均为正值，说明基坑桩顶在沿竖直方向上不断向上移动，在开挖的前20周里，桩顶不断向上运动可能是由于深基坑底部岩土体在失去原有的力学平衡状态下，产生向开挖空间回弹引起的。从21周开始，在地下连续墙和土钉墙的支撑作用下，基坑桩顶各测点竖直方向的位移基本趋于不变，最大沉降量为ZDC09测点的26.1 mm，设计允许变化量为30 mm，满足设计要求。

4 结语

通过对太原地铁2号线长风街站深基坑施工进行监测，结合现场监测数据分析深基坑现场施工方法，得出基坑现场开挖、支护、注浆施工过程中的基坑沉降变形与水平变形规律总结如下：

(1)通过对长风街站深基坑的桩顶沉降量和水平位移的监测分析可知，各项监测数据变化均在指标设计范围内，可以看出该深基坑在施工开挖、支撑、注浆等工序上衔接较好，施工组织管理和施工方案对于太原地铁2号线其他站点深基坑的施工具有一定的指导意义。

(2)通过对长风街站深基坑地表沉降量的监测分析可知，基坑开挖后，支护和注浆与否，会直接影响深基坑地表沉降，因此在深基坑开挖施工过程中，应着重关注基坑周边地表的变形特征，及时采取相应的技术措施，防止地表的大面积下沉或凸起。