佛山地铁车站基坑变形空间效应研究张天保

佛山地铁车站基坑变形空间效应研究张天保

张天保1朱方宇2

中交路桥华南工程有限公司

摘要：依托佛山市地铁三号线工程车站基坑工程，在施工过程中对围护结构变形进行实时监测，来研究基坑空间效应对围护结构变形的影响。对监测结果分析表明：在延深度方向上，变形呈中间大两头小的趋势，减少内支撑的间距可以增强结构内部的空间效应；在延基坑纵向方向上，变形同样呈中间大两头小的“凸”字形，距离结构边角处越远，变形越大，在基坑中部处基本可看作二维状态来进行考虑。

关键词：车站基坑；围护结构变形；空间效应；

作者简介：

Studyonspatialeffectoffoundationpitdeformationinfoshanmetrostation

1，2，1，1，1

（1.，China；2.，China）

Abstract：Basedonthefoundationpitprojectofthestationoffoshanmetroline3，real-timemonitoringofthedeformationofthesurroundingstructureiscarriedoutintheconstructionprocesstostudytheinfluenceofthespatialeffectofthefoundationpitonthedeformationofthesurroundingstructure.Theanalysisofthemonitoringresultsshowsthat：inthedirectionofdepthextension，thedeformationtendstobesmalleratthetwoendsofthecenter.Inthelongitudinaldirectionofthefoundationpit，thedeformationisalsoa"convex"shapewithlargemiddleendsandsmallmiddleends.Thefartherawayfromthestructuraledgesandcorners，thelargerthedeformationwillbe.Inthemiddleofthefoundationpit，thedeformationcanbeconsideredasatwo-dimensionalstate.

Keywords：Stationbase；Deformationofenclosurestructure；Spatialeffects

1引言

随着地铁建设的规模的扩大，地铁车站基坑围护结构的设计也越发受到人们的重视。在目前国内对于基坑围护的设计中，多将其简化为二维状态来考虑，通过对变形的控制来进行各方面参数的调节。但基坑是一个具有尺寸效应的三维空间结构，在围护结构的边角处会具有较大的整体性以及刚度，在一定范围内必将对基坑的变形造成影响。从以往的工程经验上来看，简化为二维状态进行的设计往往都偏于保守，因此探究三维状态下的空间效应对基坑变形的影响是十分必要的。

国内外学者对于基坑围护结构的空间效应已经有了一定的研究，李大鹏、唐德高等从坑周土体成拱效应的角度分析了空间效应的形成机理，推导了考虑空间效应情况下支护结构土应力的计算公式；俞建霖、龚晓南等通过有限元分析发现基坑存在一个临界长宽比，在超过此临界值之后基坑可视作二维平面状态；OU等提出平面应变比（PSR）的概念，该指标可从一定程度上反映基坑的变形状态。但以上研究主要集中在理论推导和数值模拟方面，且分析对象是形状规则的基坑，对异形基坑在实际工况下空间效应的研究还比较少。本文依托佛山市地铁三号线大良地铁车站基坑工程，通过对车站开挖过程中对支护结构位移和周边地表沉降的监测，来探究空间效应对基坑围护结构造成的影响。

2工程概况

2.1场地情况及地质情况

大良站为佛山地铁三号线中间工程站，基坑开挖平面图如图1。车站总长度约为266m，标准段宽度19.9m，主体基坑标准段深约25.3m，车站位于文秀路与凤山中路以北，平行于文秀路。根据相关规定要求，大良站车站基坑安全等级为一级，使用年限为两年。基坑为地下连续墙围护结构，地下连续墙厚800mm，端部插入中风化粉砂岩，深度最大为31m左右。内部共有四道内支撑，采用混凝土支撑与钢支撑结合的方式。小里程端头及中部右侧扩大段留有盾构井。开挖过程严格控制基坑水位，严防地表水流入基坑。场区地貌为河口三角洲平原区，地形总体西高东低，表层土为人工素填土，层厚1.30m~4.80m，根据场地地质勘探报告，基坑所处中部土层主要为淤泥质土与粉质黏土，底部主要为泥质粉砂岩。

图1基坑平面图

Fig.1Foundationpitplan

2.2监测设备的布置

为保证基坑开挖的安全，一系列的监测工作也与施工同时进行，主要监测项目为：墙体水平位移、地表沉降、建筑物沉降、管线沉降、内支撑轴力、地下水位。针对所研究基坑变形时的空间效应，以下介绍墙体水平位移与内支撑的监测布置。

地连墙钢筋笼内绑扎侧斜管，根据所处位置测斜管长度从25m到31m不等，测斜管每隔20m布置一根，并随钢筋笼一同下放浇筑，通过监测测斜管的位移来反映墙体的水平位移。在监测时每隔0.5m得到一墙体水平位移值。四道内支撑分别位于地表下1.1m、7.8m、14.6m、20.4m，第一道支撑与第二道支撑均为混凝土支撑，三四道支撑除端头处为混凝土支撑外，

其余均为钢支撑。内支撑剖面如图2所示

从图3可以看出，随开挖深度的增加，墙体水平位移呈增大趋势，并在开挖面下侧达到变形最大值。墙顶处水平位移较小，变形在5毫米以内。根据工程经验，无内支撑基坑开挖时墙顶处往往变形最大，由此可以推断，内支撑可以增大基坑结构的整体性，使支撑处附近具有较大的刚度，这种角隅处的空间效应能够抑制围护结构的变形。基坑端处可看作刚度较大的内支撑，当开挖至24.5m处时距第四道支撑距离约4m，与其余三道支撑的间距相比较小，而第四道支撑与基坑端处的墙体水平位移要远小于其余深度处，故推测内支撑的间距和刚度对基坑的空间结构具有较大影响，适当减小内支撑间距和增大内支撑的刚度可以有效限制基坑围护结构变形。

3.2基坑纵向方向上的空间效应

至基坑开挖至预定深度，四道支撑架设完成，结构已基本稳定，此时测出的墙体水平位移值对于基坑空间效应的研究具有较大意义，以下基于此工况数据来分析延基坑纵向的空间效应。经过对监测数据统计，在深度19m上下墙体水平位移达到最大值，因右侧扩大段施作盾构井对墙体变形造成影响，故仅考虑小里程端头至2#盾构井段变形的空间效应。图4为墙体水平位移示意图，为突出开挖后的变形情况，将变形值放大100倍后画于示意图中。

从图4可以看出，基坑围护结构变形最大处位于G点，变形值达到76.01mm，变形最小处位于阴角I点，位移值为7.23mm。在基坑边角处墙体水平位移明显较小，如小里程端头角处。在靠近扩大段处如E、F两点变形为15.48mm和19.41mm，可以推测这是由于空间效应的存在，导致结构角隅处及一定影响范围内强度要高于围护结构其余位置处；延纵向方向可以明显看出变形值呈由小变大再变小的趋势，在D、G两点前后达到最大值，由表1可见，D点位移值为48.31mm，G点位移值为76.01mm。A点与B点的变形值也明显大于两侧端头角处，但要远小于D、G两点，延C-H向D-G范围内变形逐渐增大到最大值，在D-G向E-F范围内又呈逐渐减小的趋势。从以上监测结果可知，距离围护结构边角处越远，所受到的空间效应的影响也就越小，在基坑中部处达到变形最大值后逐渐减小，中部处所受空间边角效应最小，基本可以看作二维状态进行考虑，围护结构变形沿纵向呈“凸”字形；阴角处变形最小，相比结构端头角隅处强度与整体性更高，同时受空间效应的影响也更大。

4结论与建议

（1）具有内支撑结构的基坑的刚度和整体性要大于没有内支撑结构的基坑，内支撑可以加强延深度方向上的空间效应，有效减少因开挖扰动造成的围护结构变形；有内支撑的基坑结构延深度方向上的变形呈中间大、两头小的形状，开挖后的最大变形出现在第三道与第四道支撑之间；内支撑的间距是基坑空间效应的重要影响因素，当内支撑间距的减小对围护结构变形有限制作用。延基坑纵向变形总体呈“凸”字形，在基坑中部处变形达到最大值。距离围护结构角隅处越远，所受空间效应的影响越小，在结构角隅附近处于三维状态，整体性与强度要远大于基坑中部处；结构角处变形最小，强度最大。

（2）将基坑看作二维状态来考虑具有一定的合理性，设计的围护结构有较大的安全储备，但由于空间效应的存在，在影响范围内结构实际是处于三维整体状态，此时的强度及整体性要大于按二维状态考虑时的状况，在之后的设计中，可以适当考虑结构空间效应所造成的影响，可以有效减少成本。同时在施工过程中，开挖至在第三道支撑与第四道支撑之间时，应控制施工进度，此时墙体易产生较大变形。

参考文献：

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