明挖地鐵車站周邊地表沉降監測及分析
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【摘 要】論文以某地鐵站明挖深基坑為例，對周邊地表沉降情況進行檢測和分析，確定監測點的排布和分析方法，獲得沉降穩定階段地表最大沉降值，希望能為類似工程項目提供一定的參考。
【Abstract】 Taking an open-cut deep foundation pit of a metro station as an example， the paper detects and analyzes the surrounding ground subsidence， determines the arrangement and analysis method of monitoring points， and obtains the maximum surface settlement value in the stage of settlement stabilization. It is hoped that this can provide a certain reference for similar projects.
【關鍵詞】明挖地鐵車站;地表沉降;監測
【Keywords】 open-cut subway station; ground subsidence; monitoring
【中圖分類號】TU413 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）05-0182-02
1 引言
隨著地下空間開發工程項目越來越多，深基坑工程呈現增多的趨勢，深基坑工程項目的深度和規模也逐漸增大。在明挖地鐵車站過程中，基坑開挖會導致周圍地表的沉降，影響附近建筑物和地下設施使用的安全性，導致周圍建筑物開裂和地下管線的破壞。因此，在實際進行地鐵車站明挖施工的過程中，一定要做好對周邊地表沉降的監測工作，并對監測數據進行有效處理，實現現場施工的動態調整，保證施工的安全性和可靠性。
2 工程概況
某地鐵換乘車站位于十字路口處，車站共有三層，全長為198.3m，標準寬度為25.65m，基坑兩側規劃的路寬為60m，車站結構采用的是鋼筋混凝土箱梁框架結構，頂板埋深和底板埋深分別為4m和18m。車站主體結構采用S10和C40防水混凝土，變形控制等級為特級，外包采取全封閉防水墻的形式。本站采取明挖施工方法進行施工，圍護結構采用的是高壓旋噴樁和地連墻結合的方式，圍護結構標準段設置三道水平支撐，節點段設置四道支撐。節點段開發深度為23.15m，標準段基坑開挖深度為17.12m，該車站場地內地層從下到上分別為沖積粉質黏土、粉土、細砂、中砂及粗砂等，上更新統風積新黃土及殘積古土壤，全新統人工填土。
3 明挖深基坑施工過程中地表沉降監測方案
3.1 基坑周圍土體沉降的原因
基坑明挖過程中造成的地表沉降主要包括以下兩種因素，首先，開發過程中導致的圍護結構墻體變形會造成土體向坑內移動，引起圍護結構破壞，造成土層和地表的沉降。其次，基坑降水會導致附近土體空隙水壓力的消失，使得土地有效應力明顯增加，導致土體被壓縮而產生沉降。一般在基坑開挖的過程中需要進行圍護結構保護，以避免地表沉降以及基坑工程對周圍環境的影響[1]。為了保證基坑明挖工程施工的安全性和可靠性，必須要做好對周圍環境的尤其是地表沉降等監測工作，根據監測的數據情況進行分析和討論，適時調整工程進展和開發的位置，防止過度地面沉降對附近環境產生的影響，避免施工過程導致其他建筑物的破壞[2]。因此，必須要做好地表沉降監測點的位置排布工作，明確地表沉降的相關規律，從而可以采取針對性的措施，防止大規模土體沉降現象的發生，保證施工的安全性。
3.2 地表沉降測點布設
要想做好深基坑施工過程中地表沉降監測，首先要完成地表沉降監測點的排布工作，明確測試點埋設的要求。在硬化地面進行測點布設時，采取開孔機鉆孔埋設的方案，在設計位置鉆孔進入到臥原狀土，將直徑大于十六毫米的螺紋鋼筋打入鉆孔中央直到下臥層，保證地表硬化地面與鋼筋的完全脫離，然后用細砂回填進行保護。對于土質地面來說，可以采取預埋水泥樁和澆筑的方法進行監測點的布設，根據實際施工情況和所要求的車站安全等級，對監測點定期進行檢查，保證監測的效率和監測的準確性，在必要時對監測點和基點進行加固加密排布，保證最終測試效果。
此外，還需要明確測試點布置的相關要求，根據實際施工理論和沉降測點的相關技術標準，合理布置監測點。一般要求沉降監測點布置在基坑剖面垂直于基坑邊的位置處，坡面之間的間距一般不超過20m，測試點按照先密后疏、由內向外的原則進行排布，每個剖面線上面布置有八個測試點，確定測試點與圍護結構外邊線的間距，提高檢測的準確度[3]。
4 監測數據分析
從監測結果來看，地鐵車站按照從南到北的方向進行基坑開挖和結構施工的過程中，地表的沉降主要包括初步沉降，急速成長和穩定成長三個階段，分別對應于不同的施工階段。在工程施工過程中，隨著基坑深度的不斷加大，對地表沉降影響的程度也不斷增大。離基坑相對較遠的位置處地表沉降速率變大，而距離較近的地表沉降速度則變小，從檢測結果可以看出沉降的最大值并不是距離基坑最近的位置，一般在距離基坑8m左右的位置處發生最大沉降。在沉降穩定的階段，基坑開挖深度與基坑外地表沉降最大值之間的比例為0.06%左右，可見該工程項目圍護結構施工優良，沉降程度較低。 本文采取強度折減有限元法，利用相關軟件建立起土層參數的有限元模型，對土地沉降變形過程進行分析，取大于三倍積坑寬度的土體范圍進行研究。分析各工況圖體沉降曲線以及基坑開挖過程中的對周圍土體的影響，總結出地表沉降過程有以下幾個特點，隨著施工的不斷深化，基坑周圍地表沉降值的數目不斷增大，而且沉降值的數值與基坑距離有關，距離不同沉降值也各不相同，基坑附近地表沉降整體變形的性狀呈現拋物線的趨勢。在開發的過程中，隨著工程進度的不斷加大，對附近地表環境的影響也越來越大，最大沉降位置出現在距離坑邊圍護樁的10m附近處，甚至連距離基坑開挖深度1.5倍的距離處都受到了影響。計算得到的最大地表沉降數值約為七毫米，滿足工程正常施工的要求和地面沉降控制需要，能夠保證工程項目穩定安全施工，利用有限元數據分析計算的結果還可以了解基坑附近地表沉降的影響范圍和大體的變化趨勢，作為基坑變形分析的有效手段可以指導明挖基坑施工工作，盡可能地減少施工過程對附近建筑物和地下管線的影響，保證施工的可靠性[4]。
5 監測結論
通過建立有限元模型對明挖基坑過程中的土體沉降進行分析，可以得到以下結論。首先，在開發的過程中，最大沉降發生在距離基坑坑壁8m左右的位置處，而且隨著開發的進行，地表沉降不斷增大。沉降的形狀類似于勺子，并沿著坑壁水平方向周圍地表沉降，呈現曲線分布形式。在距離開挖基坑一定范圍距離之內沉降最大，并隨著距離的不斷增大影響逐漸減小，最后趨于穩定。隨著開挖程度的不斷擴大，沉降量也會逐漸增加，而且每個環節形成的沉降分布曲線基本相似，基坑開挖影響范圍在30m左右。
從實際監測結果與有限元計算結果來看，實際監測值和周圍地表實際沉降值吻合良好，有限元計算的結果可靠可信，利用軟件分析的方法可以有效得到地表沉降的相關數值以及變化趨勢，為后續施工調整和施工作業提供參考[5]。數值計算的結果表明，最大沉降位置在距離坑邊圍護樁6～10m左右的位置，開發過程會對基坑深度1倍到1.5倍范圍內的土地沉降產生影響。由此可見，有限元計算結果在很大程度上能夠代表實際地鐵深基坑導致的沉降問題，在實際施工的過程中可以結合兩種方法，保證檢測結果的準確性。
6 結語
綜上所述，明挖深基坑地鐵車站工程必然會對周圍地表環境產生一定的影響，導致附近建筑物和地下管線的沉降。結合監測數據和軟件進行沉降穩定性分析和沉降趨勢變化探討，可以指導明挖地鐵基坑施工工作，保證施工的安全性和可靠性。本文以某地鐵車站的實際施工情況作為案例進行分析，指出明挖深基坑施工過程中地表沉降的監測方案，并進行了監測數據分析工作，得出相應的監測結論，希望能為地鐵車站周邊地表沉降工作提供一定的參考。
【參考文獻】
【1】王俐瑤. 地鐵車站明挖基坑地下連續墻質量通病分析及預防對策[J]. 價值工程，2017， 36（33）：85-87.
【2】劉正初， 田魯魯， 郭永發， et al. 地鐵明挖區間隧道襯砌開裂及沉降治理措施[J].中國水運（下半月），2018（2）：215-217.
【3】李向群， 李培豪， 侯學飛. 基坑開挖對周邊地表沉降的影響因素分析[J].吉林建筑大學學報，2018，135（2）：23-26.
【4】孔樂. 明挖法深基坑施工變形觀測與分析[J].科技與創新，2018（7）：12.
【5】李煒明， 任虹， 柳雨葉，等. 短時強降水對地鐵車站明挖施工引起的地表沉降與結構變形的影響[J].鐵道建筑， 2018， 58（7）：110.
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