1、某輕軌車站深基坑監測數據分析郝森1,李顯忠1,申偉2（1中國建筑科學研處院地基基礎研丸所北京100013： 2中交一公局廈門工程有限公司太中銀鉄路匸程部.福建廈門361021）摘要：隨著我國市政交通的發展.地鐵.輕軌深基坑匸程越來越女。深基坑的支護結構直接影響若基坑匸 程的安全。木文以某市輕軌換乘午站深基坑匸程為背景.在秋季溫差較大的條件下.追蹤監測基坑的支護 結構受力變形規律.得出了一些有慰義的結論.對類似條件的基坑工程的施丄應有一定的借鑒總義。 關鍵詞：深基坑，溫差影響.監測.規律分析中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：Analysisof Monitoring Data for a dee

2、p FoundationPit of alight Rail StationHao Sen1, LiXianzhonglShen Wei2(1 .China Academy of Building Research Inslilulc of Foundation tjifieerin. Beijing 100013. China: 2.Firxt Highway XiamenEjifiineerin Co. .Lid. .Mamif*emcnl Deparlmenl of Taiyt(anfAhonwei/mduian Railway pmjecl. Xiamen 361021 Fujian

3、China )Abstract: Following the municipal traffic development in our country, more and moredeep foundation pitprojects for the subway and light railhave been conducted. The pit support is the key factorof the pit safety.In this article,under the condition of serious temperature difference, the regula

4、r pattern of the pit support for a light station has been traced. and some positive conclusion has beengiven which will be the useful references in other resembling foundation pit support structure of the subway and light railKeywords: deep foundation pit, temperature difference influence moniloring

5、.discipHnc analysis1引言隨著我國經濟的快速發展，地下空間的利 用將有著非常廣闊的前景。特別是受全球金融 危機的影響，國家拉動內需，地下空間的利用 發展空前。但是，要利用地下空間，沒有相關 的技術支持是不行的。最典型的莫過于地鐵、 輕軌地下換乘車站的明挖深基坑，它常常出現 在大城市中的人口密集、市場繁華的區域，地 面髙層建筑多：加之設計、施工過程中新技術 新工藝的采用，規劃、施工和運營的線路多且 在一段時期內同時并存，因此在建設運營中遇 到了很多安全問題。深入開展重大事故安全保 障技術研究，加強的安全管理，關系到人民生 命財產的安全，是關系國家經濟發展、社會穩 泄、構建和諧社

6、會的大事。所以，直接關系到 深基坑安全的監測技術就有了用武之地，它也 將是21世紀的一個重大的技術領域山2地質躋與工程簡況該市輕軌地下換乘車站擬建場地地勢西高 東低。場地地貌類型為松遼波狀平原東緣與吉 東山地接址帶，地貌單元為波狀臺地，勘察髙 程測量采用該市城市髙程。沿線地面標高為 20&114204.50M,最大髙差3.61421。勘察揭 霸最大深度40.0M,勘察結果表明，擬建場地 地層沉積具有一立的規律性，場地地層主要由 三部分組成：地表一般分布有道路結構層和人 工堆積雜填上層、第四系沖積粘性土和沖洪積 砂上下伏白堊系泥巖組成。實測地下水位埋 深3.905.50m,水位髙程介于201.3

7、4 202.21m。擬建場地地下水賦存于第四系粘性 上和砂土層中，含水層的厚度在10.015.0M。 其下部的泥巖為不透水層。擬建場地地下水類 型屬第四系孔隙潛水，由于含水巖組透水性及 富水性的差異，在一左條件下砂土層中的孔隙 水可表現出一左的微承壓性。地下水補給及排 泄方式主要有大氣降水入滲、給排水管線滲漏 以及區外徑流補給，其流向與地形總體坡度一 致，主要流向東；潛水排水方式主要為徑流排 泄、人工開采及蒸發消耗等。隧道位于地下水 位以下，應做好防滲設汁，施工時做好排水工圖1監測區段平面簡圖Fig.l Simple plan of monitoring section該地下車站是某市輕軌三期

8、工程地下隧道 段地下換乘車站之一，是該市軌道3號線與4 號線的換乘站，站址位于兩條城市道路的交叉 路口南側，3號線與4號線在車站內平行，均 呈南北走向。車站起點里程為K2+694.45,中 心里程為K2+768.0,終點里程為K2+858.05, 長163.6m。車站位于城市道路正下方，東側為 單線既有線路，西側為某歷史展覽館，見圖1。 車站為兩層四跨結構，采用明挖順作法施工。 基坑長寬為163.6m標準寬度36m,入口處深 度19.00m,岀口處深度17.55m,基坑側壁的 安全等級為一級。支護結構采用10001200 鉆孔灌注樁結合虧09mm （t=16mm）鋼管支 撐的形式，樁間上掛鋼筋

9、網噴混凝上保護。支 護樁長度32.56m。樁頂冠梁寬1200mm,高 1000mm。冠梁上鋪設軌道以泄行龍門吊。基 坑中部為橫撐體系，端部為斜撐體系，鋼支撐 預加軸力。降水方式為基坑內潛水泵降水，雙 排髙壓旋噴樁作止水帷幕，所有旋噴樁嵌入底 板下56m截斷基坑內外水流。高壓旋噴樁有 效樁徑0.6m,搭接長度0.4m,支護結構外緣 距止水帷幕中心0.6m。監測數據分析將重點采用樁身深層水平位 移監測數據和鋼管支撐軸力監測數據，來說明 相關的問題。（1）樁身的深層水平位移監測（測斜）：1）測斜管的埋設為了真實反映支護結構的撓曲情況，測斜 管埋設在樁體之中，再灌注樁成孔之后將測斜 管綁扎在鋼筋籠內，

10、同鋼筋籠一同放于孔內， 然后澆筑樁體。埋設時應符合下列要求： 埋設前應檢查測斜管質量，測斜管連接 時，應保證上、下管段的導槽相互對準、順暢, 各段接頭及管底應保證密封。 測斜管埋設時，應保持數值，防止發生 上浮、斷裂、扭轉：測斜管中的一對導槽的方 向應與所需測量的位移方向保持一致。2）測斜方法與步驟采用進口 Sinco測斜儀觀測各深度處水平 位移，精度不低于O.25mm/m,分辨率不低于 0.02nmV500mma量測程序符合規范規左：測 斜儀測頭苣入測斜管底后，應待測頭接近管內 溫度時再測量，每個監測點均應進行正、反兩 次量測。圖2測斜儀器、測斜管簡圖Fig.2Sketch of incli

11、nometer instnunents（2）鋼支撐軸力監測：鋼支撐軸力汁設宜于車站及區間段的明挖 深基坑內，用于了解鋼支撐的內力，以及間接 表征土體對護坡樁的側壓力情況。按照要求， 水平向每隔五根鋼支撐（約1520m）布巻一 個鋼支撐軸力監測點（全斷而縱向布設ZL-1 型軸力計），在各個工序下，用以監測縱向各逍 鋼支撐軸力。監測時采用ZX-16振弦頻率儀測 讀頻率值，根拯標定曲線的相關公式轉換成鋼 支撐軸力的實測數據。監測頻率1次/d,降雨 及基坑周用荷載增大時增至2次/d。二次儀表采用ZXJ6振弦式頻率儀。圖3頻率儀、軸力計簡圖Fig.3Sketch of frequency instnin

12、)ent and dynamoineler4甌結果分析4.1監測點布置依據相關規范規程創引，布宜監測點位宜。 由于本文主要采用樁身深層水平位移監測數 據、鋼支撐軸力監測數據，所以監測點的布置 圖也主要以這兩者為反映對象，其他的監測工 程就不在圖中反映了。測斜監測點平而布置見圖4 （以CX為代 號）:測斜監測點與軸力監測點的相互位置關系 也可參照圖4。軸力監測點平而布巻見圖5 （圖中的鋼支 撐上的黑三角）：剖面布置見圖7 （圖中鋼支撐 兩端的黑色裝置，由于布設時不固左在哪一端, 故兩端都標示了軸力訃，事實上單側布設）。4.2問題的提出與背景進入秋季以來，氣溫總是很不穩立，有時 會對深基坑安全產生

13、一定的影響：這個影響絕 不僅僅是對鋼支撐而言的，而是對整個支護結 構系統而言的。在整個秋季施工過程中， 2010-9-19-2010-9-26這段時間氣溫變化幅度較 大（見表1）,軸力及測斜數據變化也較為典型, 體現了此次基坑施工中，監測數據在較大的溫 差的條件下的一些規律，故以此段時間的監測 數據為例，作專項討論。需要注意的是，在4.2節中，所有的測斜 曲線均為現場測斜儀導入汁算機后的顯示曲線 圖，圖中“A Axis”指與樁墻平面垂直的方向 （“B Axis”指與樁墻平而平行的方向，該方向 數據未摘錄）：橫坐標軸正向為朝向坑內的方 向：橫坐標軸的零點的位置為測斜孔的底部位 置：再有，該儀器顯

14、示的曲線圖所反映的意義 是，實測之當日相對于前一日的水平位移變化 捲，即，每日水平位移變化量曲線，直接體現 樁身的深層水平位移變化速率大小。針對溫差變化影響的典型數據，本文所取 的測斜點為CX255,軸力觀測點為ZL25、 ZL28、ZL33全斷面，其中軸力計ZL25-2、圖4測斜點布宜平而圖Fig.4 Planof inclinometerholesFig.5 Plan of strut axial forces measuring points 25-125-3 A2S-1M2S-3 2S-133-1l332 33一3圖6鋼支撐軸力變化曲線圖(20109142010926)Fig.6Cur

15、ves diagram of axial force-time of sleel support(2010-9-19*2010-9-26) 表1氣溫變化統計表(20109192010926)Table. 1 Schematic diagram of foundation pit support2010-9-192010-9-26)日期9-199-209-219-229-239-249-259-26氣溫1220C1016C211C卜8COfC114C414C均溫18C15C6C4C3C5 C1391(TC圖7鋼支撐監測點布置剖面圖Fig.7Cross section of strut axial

16、 forces measuring pointsZL25-4沒裝成，故就近于28全斷面補充水平 同向的軸力訃ZL28-2、ZL284,可是ZL28-2、 ZL334壞了，所以未能形成全斷而觀測點；但 ZL25、ZL28、ZL33全斷而相距較近，見圖 45,應可以互補說明這段時間的軸力變化過 程，見圖6。本節將分三個時間段說明較大溫 差帶來的影響，絕不僅僅是對鋼支撐的，更是 對整個支護結構系統的。如果事先的設計未能 考慮周全，則在一些特泄條件下，可能出現一 些不利情況(上述監測點參見圖45)。4.3監測結果分析本文將針對較大溫差的階段性變化，將監 測過程人為地分為三個階段，即，溫度驟降階 段(2

17、010-9-19-2010-9-22),溫度基本持平階段 (2010-9-222010-9-24 ),溫度驟升階段 (2010-9-24010-9-26)。(1) 溫度驟降階段(2010-9-192010-9-22) 9-199-20：溫度基本持平，軸力測斜都無 明顯變化，不是討論要點。9-209-21:9-21溫度突然降低，降幅較大, 見表1： 9-21鋼支撐受冷收縮，軸力實測數值 都在減小，變化比較明顯，變化在 22.44-74.04KN之間，見圖6：而排樁由于自身 材質的限制，受溫度影響較小，能影響它的， 主要是受力變化。從受力的角度說，鋼支撐由 于溫度干擾，把自身的承擔的一部分土壓力轉

18、 移給排樁，從而使樁的受力加大，因為承擔樁 后上壓力的，除了樁就是鋼支撐，現在鋼支撐 的軸力驟降，雖然排樁的內力沒能測出來，但 是依據受力分析，不難推測排樁內力一泄會激 增。可是，9-21的測斜曲線卻沒有明顯的變化 (相對于9-20),見圖8,說明樁的設計是安全 可靠的，它本身具有較好的自立性與穩定性， 即使在受力激增的條件下，尚可保持形態的穩 定。所以，在溫度突降的當天，由于護坡樁本 身的優良性能以及鋼支撐受冷后的收縮，使排 樁水平位移變化和鋼支撐受力變化成為了兩個 相對獨立的過程。9-219-22： 9-22溫度繼續降低，幅度不大, 見表1。仔細觀察可以發現，9-22測斜曲線有 了明顯的變

19、化，見圖8,排樁向坑內發生明顯 的傾斜，經仔細對照，水平位移日均變化雖的 最大值已達3.61mm/d,絕對值超過控制值 （23mm/d），比較不利,而反觀軸力的實測 變化曲線，數值有升有降，見圖6,說明鋼支 撐依然受到溫度降低的干擾，在關鍵時刻，無 法全部發揮其應有的支護作用。鑒于日均變化戢已超過控制值，監測方當 即向施工方預警，并建議：1）立即減緩刑空進度，加快加撐速度，嚴 禁超挖。2）加密樁頂及樁身水平位移的觀測頻率為 2次/天；當觀測數據進一步異常時,增加至373）加強現場巡視，特別注意冠梁后部的上 體是否岀現裂縫，冠梁是否與周囤上體脫開。隨著施工的及時調整，只是在9-22樁墻朝 向坑內

20、的位移較大，之后情況逐漸好轉。在9-209-22這段時間，由于溫度驟然降 低，致使鋼支撐受冷收縮，工作效能降低，將 原來所分擔的樁后土壓力的一部分轉移給了排 樁，可以說，在這段時間，樁成了維系基坑安 全的關鍵的因素。（2）溫度持平階段（2010-9-22-2010-9-24）9-22-9-23：溫度基本持平，9-23溫度略有 降低，見表1。9-23測斜曲線較為穩定,見圖 9,但是軸力曲線回彈明顯，變化在 26.30105.70KN之間，見圖6。說明此時鋼支 撐已基本擺脫溫度下降的干擾，承擔了它應承 擔的土壓力。9-23-9-24：溫度基本持平，9-24溫度略有 上升，見表1： 9-24軸力值有

21、升有降，見圖6； 9-24測斜曲線穩泄，見圖9。（3）溫度驟升階段（2010-9-24-2010-9-26）9-249-25： 9-25溫度驟然升高，見表1, 軸力值又有上升,變化在30.2070.12KN之間, 見圖6；測斜曲線顯示，相對于9-24, 9-25的 測斜曲線有部分向坑外變化的情況，見圖10。 原因：在溫度較快上升的驅動下，鋼支撐受熱 伸長，而排樁及樁后土體反應不明顯，仍延續 向坑內傾斜的趨勢，致使鋼支撐的伸長受阻， 在鋼支撐與樁墻的相互作用的情況下，軸力明 顯上升；另一方而，在受到鋼支撐明顯的作用 力之后，樁墻的有些位置自然會相對于前一日 彈向坑外。但是，必須指岀的是，這個回彈

22、量 是很小的、局部的、相對的，排樁總體上的累 計深層水平位移量仍是向坑內傾斜。9-259-26：溫度基本持平，9-26溫度略有 降低，見表1，軸力值下降，幅度不大，見圖6： 測斜曲線回到穩立安全的范囤內,相對于9-25, 恢復了向坑內傾斜的情況，見圖10。這是因為: 溫度不再上升，鋼支撐也就失去了內在的動因: 而又因為鋼支撐較長（36m）,屬于細長偏心 受壓桿件，而且內部連接部件較多，容易發生 不規則變形，進而會有應力松弛的現象，任溫 度略降的背景下，軸力自然容易下降。另一方 而，9-25由于軸力上升明顯，導致樁墻局部 向坑外變化（相對于9-24）,使上壓力增大， 到9-26溫度不再上升，略微

23、降低，鋼支撐難以 保持9-25的伸長趨勢，而由于上體的自身一些 特性（彈塑性、蠕變性），無法做出迅速反應, 客觀上造成了上壓力變化相對遲緩的后果,即, 上壓力數值仍然較大，這樣一來，樁體在較大 上壓力的擠壓下，就向坑內傾斜（相對于9-25）, 這樣，土壓力逐漸由最初的較大的被動土壓力 變為最后的較小的主動上壓力，與下降后的軸 力達到一個新的平衡狀態，這個平衡狀態使樁 體的水平位移變化曲線處于一個比較安全的范 圍內。4.4啟示與反思通過這一段時間（2010-9-192010-9-26） 的全程監控，可以發現：在溫度驟降的9-21,鋼支撐軸力明顯下降, 而樁的測斜曲線變化滯后于軸力變化。到了 9-

24、22,排樁的測斜曲線最為不利，最 大日均水平位移量已超過報警值，而此時由于 溫度干擾，鋼支撐仍是無法提供及時有效的支 持，仍由樁系統（排樁與旋噴樁，偏指排樁） 承擔維系基坑安全穩左的主要任務，這充分眾 蕊了鋼支撐的缺陷：易受溫度變化影響，工作 效能不穩沱；而且，尤其在溫度驟降時，英防 護作用比較被動。另一方而，在軸力驟降時， 是排樁承擔了主要的上壓力，可見在實際變化 無常的條件下，護坡樁的作用是多么巨大。而在溫度驟降這段時間，必須加強監測， 及時配合施工方，以防不測。另外在設汁施工 中，也應考慮，在北方較為寒冷的地區，秋冬 季溫差較大，上述情況時有發生，為了應對不 測局而，是否可以適當加大排樁

25、的女全儲備，同時也不應將一般情況下的鋼支撐的工作狀態 作為設計依據。另外，在溫差較大，測斜軸力數值變化有 時較為劇烈，在此情況下，應注意加密樁頂及 樁身水平位移的觀測頻率至2次/天。在秋冬季溫差較大的背景下進行深基坑施 工，鋼支撐與護坡樁組成的支護結構系統基本 就是處于這樣一個周而復始的動態平衡的過程 中，只是表現得不想上述情況那樣劇烈罷了， 但畢竟較大的溫差總是有的，難免不會有類似 的較為特殊情況發生，持續的時間一旦變長， 每日較大的變化晝一日.積累尼來，問題就嚴重 了，即使再怎么處理，先期累積的水平位移由 于時空效應已經不可能恢復了聞。所以，切不 可掉以輕心。在設計與施工時，千萬要保證排樁

26、嚴格按 照規范進行。必要時，在比較特殊的地區，在 比較特殊的溫度下，應適當加大安全系數，作 為在較大溫差來臨時，鋼支撐工作效率較低， 排樁在一泄時間內要承擔主要上壓力的安全儲 備。另一方面，只要遇到溫度突變的天氣無論 是施工還是監測，都必須提高警惕，特別是開 挖方式必須要科學合理，建議還是采用小而積 分塊開挖，對于基坑的安全比較有利。文獻：1 關寶樹.地下工程M.北京：髙等教育出 版社，2007.2 濟南大學.建筑基坑工程監測技術規范(GB50497-2009)S.北京：中國訃劃出版 社，2009.3 中國建筑科學研究院.建筑基坑支護技術 規程(JGJ120-99)S.北京：中國建筑工 業出版社，1999.4 田榮，吳應明.紅外探測技術在隧道超前探 水中的應用研究J.鐵道標準設計， 2007(增刊 2): 6869.5 任建喜，劉杰.森林公園地鐵車站深基坑變 形規律