摘要：以長春市地鐵車站基坑工程為案例，通過詳細的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析基坑周圍地表沉降的特性。通過數(shù)值模擬，系統(tǒng)分析了基坑施工過程中地表沉降的動態(tài)變化規(guī)律，并提出了相應的基坑周圍地表沉降控制對策。研究結(jié)果顯示：基坑長邊中心位置的沉降量大于短邊中心沉降量，且沉降隨開挖深度的增加而增大。增加鋼支撐的剛度可以顯著減少沉降量。

關(guān)鍵詞：地鐵基坑工程；地表沉降；監(jiān)測方案；沉降控制；施工安全

0" "引言

隨著城市化進程的加速，地鐵作為公共交通的重要組成部分，在緩解城市交通壓力、改善城市環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]?；庸こ淘诘罔F建設(shè)中是一個必不可少的部分，其安全性直接影響到整個地鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全運營[3-4]尤其是地表變形與沉降問題，這不僅關(guān)系到工程安全，也影響到周邊建筑物和地面交通的安全[5]。

地表變形和沉降是基坑工程中最為常見的問題之一，這些變形和沉降可能由多種因素引起，如土壤性質(zhì)、地下水位變化、施工方法等。因此，對基坑工程中的地表變形與沉降特性進行深入分析，對于確保工程安全、優(yōu)化設(shè)計和施工方案、減少經(jīng)濟損失具有重要意義。

本文以長春市地鐵車站基坑工程為研究對象，分析其地表變形和沉降的特性。通過詳細的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)收集與分析，進一步探討影響基坑地表變形和沉降的關(guān)鍵因素，以期為類似工程提供參考和借鑒，進而提高工程安全性和施工效率，為長春乃至全國的地鐵建設(shè)貢獻力量。

1" "工程概況

1.1" "工程基本狀況

本文以長春市城市軌道交通7號線一期工程基坑項目為研究對象。該基坑地質(zhì)條件較為復雜，地層從上到下分別為雜填土層，粉質(zhì)黏土層、中粗砂層、全風化泥巖層、強風化泥巖層、中風化泥巖層、強風化砂巖層、中風化砂巖層。

根據(jù)詳勘報告，該基坑水位埋深1.9～3.0m，中粗砂層厚度約為1.4～4.8m，透水性強，屬于強透水層，且現(xiàn)場降水施工無法完全將砂層水疏干，存在樁間滲漏水等較大安全隱患。

1.2" "基坑開挖與支護形式

本次基坑開挖主要采用分層開挖法進行施工，且邊開挖邊采用鋼支撐進行支護。一共分為4級開挖：第1級開挖完成后進行第一道鋼支撐支護，第2級開挖完成后進行第二道鋼支撐支護，第3級開挖完成后進行第三道鋼支撐支護，第4級則直接開挖至基底。

2" "基坑監(jiān)測方案設(shè)計

2.1" "監(jiān)測目的

監(jiān)測長春地鐵車站基坑工程的地表變形和沉降，是為了確保整個工程的安全性，及時識別和響應潛在的地質(zhì)風險。這種監(jiān)測有助于驗證施工設(shè)計的有效性和安全性，同時確保與設(shè)計預期的一致性。

本文重點研究基坑工程附近的地表沉降監(jiān)測。通過實時數(shù)據(jù)收集，工程團隊可以優(yōu)化施工方法，適時調(diào)整工程策略，以應對任何突出的變化或問題。

2.2" "監(jiān)測方案

在基坑邊緣、基坑四角以及關(guān)鍵支護結(jié)構(gòu)位置設(shè)置重點監(jiān)測點。每組監(jiān)測點將沿基坑周圍以5m、7m、10m的間距布置，以覆蓋不同的影響區(qū)域。為了有效監(jiān)控最接近挖掘區(qū)的地表變化，將第一組監(jiān)測點設(shè)置于距基坑邊緣1.5m處。

根據(jù)基坑的大小和周邊建筑的布局，監(jiān)測點分為主監(jiān)測段和輔助監(jiān)測段。主監(jiān)測段的點間距為3m、4m、5m和6m，主要用于更精細地跟蹤?quán)徑拥年P(guān)鍵區(qū)域的變化。輔助監(jiān)測段的測點間距設(shè)置為4m和6m，主要用于監(jiān)控較遠區(qū)域的輔助數(shù)據(jù)采集。

監(jiān)測裝置由耐腐蝕的鋼制錨桿和頂部帶有密封保護蓋的固定標記構(gòu)成，以確保長期穩(wěn)定性，并防止環(huán)境因素影響。采用電子水準儀和GPS測量技術(shù)進行精確測量，以提供高精度的地表位移數(shù)據(jù)。

2.3" "監(jiān)測結(jié)果分析

本文分別針對端井段長邊中間區(qū)域和端井段短邊中間區(qū)域的地表沉降變化進行分析。端井段長邊中間區(qū)域DC3-1地表沉降如圖1所示。端井段短邊中間區(qū)域DC5-1地表沉降如圖2所示。

2.3.1" 端井段長邊中間區(qū)域地表沉降

由圖1可知，當基坑進行第1級開挖時，基坑周圍地表沉降量較小，沉降量分布在0.89～2.01mm區(qū)間內(nèi)，靠近基坑區(qū)域的沉降量與遠離端相比明顯較大。當距離基坑端井段長邊中間區(qū)域超過20m后，地表的沉降量衰減到1.2mm。

隨著開挖深度的增加，基坑附近地表沉降量也在逐漸增大。當?shù)?級基坑開挖完成后，各個監(jiān)測點的沉降量變化趨勢與第1級基坑開挖時大致相同，沉降量的最大值為3.37mm。當?shù)?級與4級基坑開挖完成后，地表沉降量的變化趨勢大致相同，均隨著距離基坑邊緣距離的增大呈現(xiàn)先增大再減小的規(guī)律。

值得注意的是，當開挖到第3級和第4級時，距離端井段長邊中間區(qū)域約5m左右區(qū)域的沉降量突然增大，表明在距離基坑邊緣5m區(qū)域處進行基坑施工，對地表的變形影響最為顯著。當距離逐漸超過13m以后，基坑施工對地表的變形影響較小。

2.3.2" "端井段短邊中間區(qū)域地表沉降

由圖2可知，不同開挖等級下的端井段短邊中間區(qū)域DC5-1地表沉降變化曲線均近似呈“S”型分布。與端井段長邊中間區(qū)域地表沉降變化不同的是，在短邊中心處距離基坑邊緣位移約為8m處的地表沉降量最大。分析認為，造成這種現(xiàn)象的原因是距離短邊中間區(qū)域8m左右位置存在一條道路，車輛荷載作用導致該區(qū)域的變形較大。

2.3.3" "兩區(qū)域?qū)Ρ确治?/p>

通過對比圖1和圖2可知，長邊中間區(qū)域的沉降位移整體大于短邊。這是由于基坑的長邊區(qū)域跨度大，受力可能更為集中，特別是在中心位置。這種集中的應力可能導致更大的土體變形和地表沉降。此外，長邊區(qū)域由于其尺寸更容易發(fā)生橫向變形，即基坑的側(cè)壁可能會向內(nèi)滑移或傾斜，從而使中心位置的沉降量增大。

3" "基坑支護的數(shù)值模擬

基坑施工過程中，鋼支撐的結(jié)構(gòu)變形程度表征基坑的穩(wěn)定狀態(tài)?？赏ㄟ^數(shù)值模擬方法，分析鋼支撐剛度對基坑支護效果的影響。通過模擬不同參數(shù)配置下的基坑支護系統(tǒng)，可評估其在實際工程應用中的穩(wěn)定性和安全性。

3.1" "構(gòu)建模擬模型

基于實際工程的地質(zhì)數(shù)據(jù)和基坑尺寸，使用PLAXIS有限元軟件構(gòu)建數(shù)值模擬模型。計算過程中的參數(shù)均與地質(zhì)勘察資料中的一致。通過數(shù)值模擬改變鋼支撐參數(shù)，以原始鋼支撐剛度為依據(jù)，變更其余工況鋼支撐度分別為原設(shè)計值的0.9倍、1.1倍和1.2倍。

3.2" "不同鋼支撐剛度下基坑表面沉降分析

不同鋼支撐剛度下基坑表面沉降變形如圖3所示，從圖3可以看出，支撐強度增加能有效減少沉降量，增加基坑的穩(wěn)定性。尤其是在基坑邊距3～10m這一關(guān)鍵區(qū)域，支撐的影響尤為顯著。

原始工況下，最大沉降量約為-5.4mm，出現(xiàn)在距基坑邊緣約5m的位置。0.8倍支撐剛度條件下，最大沉降量增加至約-6.0mm，位置略有移動，但仍接近5m。1.1倍支撐剛度條件下，最大沉降量進一步減少至-4.5mm。1.2倍支撐剛度條件下，最大沉降量最小，約為-3.7mm。

沉降曲線在原始工況和不同支撐剛度倍數(shù)條件下均呈現(xiàn)類似的“V”形趨勢，但隨著支撐倍數(shù)的增加，曲線的“V”形趨于變淺，這表明沉降的范圍和深度均得到了控制。在距離基坑邊緣超過10m的位置，所有條件下的沉降量趨于穩(wěn)定并接近0，這表明支撐措施能夠有效控制遠離基坑邊緣的地表穩(wěn)定。

從沉降曲線的斜率可以觀察到，沉降速率在基坑邊緣0～5m范圍內(nèi)，沉降速率最大，從5～10m沉降速率逐漸減小，并在各條件下趨向一致，表明遠離基坑邊緣的土體受支撐的影響較小。

4" "基坑周圍地表沉降控制對策

4.1" "優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

合理設(shè)計支護結(jié)構(gòu)是控制基坑周圍地表沉降的關(guān)鍵。通過對基坑支護系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，如選擇合適的支護材料、加厚支護壁、使用更密的支護間距或更強的支撐系統(tǒng)，可以顯著提高基坑的整體穩(wěn)定性。

基于地質(zhì)條件和基坑深度，可以選擇適合的支護結(jié)構(gòu)類型，如鋼板樁、混凝土樁或連續(xù)墻等。此外設(shè)計時，還應考慮到地下水位、土壤類型和鄰近建筑的影響，以確保支護結(jié)構(gòu)能有效承受各種負荷和環(huán)境影響。

4.2" "控制地下水

地下水的存在可以顯著影響土壤的穩(wěn)定性，導致基坑周圍的地表沉降。實施有效的地下水控制措施，如井點降水、地下水抽排系統(tǒng)或使用防水帷幕，可以減少水對土壤結(jié)構(gòu)的影響，降低地表沉降的風險。

控制地下水有助于減少土體的液化潛力，特別是在細粒土壤層中。同時維持地下水位的穩(wěn)定也有助于保護周圍建筑的地基不受影響。

4.3" "優(yōu)化施工工藝

施工工藝對基坑工程的影響巨大。采用合理的施工工序，如分段、分層開挖，可以有效地控制開挖過程中的土壓力，減少對周圍地表的干擾。同時，使用如土釘墻、錨桿等局部加固技術(shù)可以在關(guān)鍵區(qū)域提供額外的穩(wěn)定性。優(yōu)化施工工藝還包括使用先進的監(jiān)測技術(shù)實時跟蹤沉降變化，及時調(diào)整施工策略以應對潛在的風險。

4.4" "加固土體

土體加固是另一種有效控制地表沉降的方法。通過采用深層攪拌、噴射注漿或地基凍結(jié)等加固措施，可以增強土壤的承載力和穩(wěn)定性。這些加固措施通過改變土壤的物理和化學屬性來提高其抗變形能力，不僅有助于減少沉降，還能防止基坑側(cè)壁的坍塌，從而保障工程和周邊環(huán)境的安全。

5" "結(jié)束語

本文以長春市地鐵車站基坑工程為案例，通過詳細的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析基坑周圍地表沉降的特性。通過數(shù)值模擬，系統(tǒng)分析了基坑施工過程中地表沉降的動態(tài)變化規(guī)律，并提出了相應的基坑周圍地表沉降控制對策。

在基坑開挖過程中，基坑長邊中心處的沉降變形大于短邊中心處的沉降變形，這與地表受基坑開挖影響的分布及長邊區(qū)域受力集中有直接關(guān)系。在距離基坑長邊邊緣5m區(qū)域處基坑施工對地表的變形影響最為顯著，當距離逐漸超過13m以后，基坑施工對地表的變形影響較低。而在短邊中心處距離基坑邊緣位移約為8m處的地表沉降量最大。

基坑支護的數(shù)值模擬結(jié)果顯示，增加鋼支撐的剛度可以顯著減少沉降量，尤其是在基坑邊緣至關(guān)鍵區(qū)域。這一成果為實際工程中支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化提供了科學依據(jù)。

優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制地下水、優(yōu)化施工工藝、加固土體，有助于控制基坑周圍地表沉降，確保施工過程中基坑穩(wěn)定性和周邊環(huán)境的安全。

參考文獻

[1]" 李雪，耿鳳娟，趙衛(wèi)星，等.成都地鐵基坑圍護樁大變形原因分析及對策研究[J].城市軌道交通研究，2024，27（1）：50-54+60.

[2]" 顧曉衛(wèi)，易子浩，王哲，等.深基坑開挖對鄰近雙線地鐵隧道變形影響實測分析[J].巖土工程學報，2023，45（S2）：214-219.

[3]" 李剛，趙燕賓，徐偉，等.深大基坑內(nèi)部施工對臨近地鐵車站位移影響的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S2）：2494-2498.

[4]" 熊豪文，王哲，時維濤，等.基坑施工對地鐵隧道的變形影響及控制[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S2）：2505-2515.

[5]""""" 劉性鋒，劉禹，李輝，等.地鐵站深基坑樁撐支護開挖變形[J].科學技術(shù)與工程，2023，23（33）：14332-14341.