济南黄河隧道北岸始发井基坑变形监测分析
王超
（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，南京 210000）
基坑是构建地下空间工程的基础工程，它关系到整个建筑工程的质量与安全[1-2]。然而，在基坑施工与服役期间，受基坑内外的土体变形、支护位移等因素的影响，基坑将发生变形，危害工程安全[3-4]。实时、全面且精准的基坑变形监测可帮助施工方及时了解基坑的变形情况，及时发现安全隐患，保障工程安全[5]。
济南黄河隧道北岸始发井基坑含盾构始发井与公铁合建部分，周边无密集建筑物，无管线。基坑宽度为34.14～50.0 m，长度为152.2 m，最大开挖深度约31.2 m。主体顶板覆土厚度约3.0 m，底板埋深为26.2～31.0 m。
工程场地位于冲积平原，局部微地貌单元系黄河河床，原始地形较平坦。根据钻探揭露，地层主要为第四系全新统冲积、冲洪积粉质黏土、粉土、砂层及中生代燕山期晚期侵入岩辉长岩，表层局部为人工填土。工作井附近地下水埋深约1.10～1.70 m。地下水类型为第四系松散覆盖层的孔隙潜水。工程的地质剖面如图1 所示。
图1 地质剖面示意图
北岸始发井基坑工程围护结构采用地下连续墙，其厚度为1.2 m，深度为47.0～51.5 m，顺作法施工。地下连续墙及钻孔灌注桩采用水下C35 钢筋混凝土，在基坑开挖的范围内，共设5～7 道支撑（混凝土支撑和钢支撑组合使用）。
本文针对济南黄河隧道工程北岸工作井基坑的围护结构做了相关监测设计，具体的监测项目和监测工作量见表1。
表1 监测项目和监测工作量
本文对2018 年09 月03 日至2019 年06 月25 日基坑开挖与前期服役阶段的工程现场监测数据进行分析。在上述阶段内，基坑施工的主要内容与时间节点如表2 所示。
表2 基坑施工步骤与时间节点
限于篇幅，本节重点分析基坑开挖过程中，支护桩（墙）的顶水平位移、深层水平位移和混凝土支撑轴力3 项参数的变化规律，结果如下。
5.1 支护桩（墙）顶水平位移变化规律
墙顶水平位移的监测点是沿基坑中部、阳角处布置，共有25 个测点。其中，监测点ZQS01、ZQS22 分别位于东侧墙体和西侧墙体中部，监测点ZSQ23～ZSQ25 位于南侧墙体并均匀分布。以上述监测点为例，分析墙顶水平位移的变化规律。所得结果如图2 所示。
图2 支护桩（墙）顶水平位移变化曲线
由图2 可知，基坑开挖施工将引起支护桩（墙）体的变形，一旦开挖深度达到设计标高后，这种变形将开始逐步趋于稳定。基坑南侧墙体的顶水平位移量普遍大于东侧与西侧墙体的顶水平位移量。另外，南侧墙体顶靠近西部区域的水平位移量与靠近中部和东部区域的水平位移量相比较明显要小。
5.2 支护桩（墙）深层水平位移变化规律
在本次监测期间内，支护桩（墙）深层水平位移变化显著。本文共选取东侧、西侧和南侧墙体中部的监测点CX01、CX22和CX24 进行分析，所得结果依次如图3、图4 和图5 所示。随着基坑开挖施工的进行，墙体侧向位移量的变化显著。其中，基坑的东侧与西侧墙体主要表现为整体向基坑外侧移动（累计变化量为负值），两侧墙体的最大深层水平位移均在埋深约25 m 处。另外，基坑东侧墙体的深层水平位移量明显小于西侧墙体的深层水平位移量。
图3 支护桩（墙）深层水平位移变化曲线（东侧CX01）
图4 支护桩（墙）深层水平位移变化曲线（西侧CX22）
图5 支护桩（墙）深层水平位移变化曲线（南侧CX24）
不同的是，基坑南侧墙体整体表现出向基坑内侧移动的趋势（累计变化量为正值），最大深层水平位移在埋深约20 m处。且南侧墙体的深层水平位移量普遍大于东、西两侧墙体的深层水平位移量。
综上，支护桩（墙）的深层水平位移大小与支撑系统刚度、支护结构强度、实际地质状况、开挖深度和地面超载等多种因素相关。了解支护桩（墙）的深层水平位移变化规律对判定基坑支护系统的安全性、稳定性和施工工艺的合理性是相当重要的。
5.3 混凝土支撑轴力变化规律
混凝土支撑轴力的监测借助于钢筋计，通过连杆电焊的方式将钢筋计与受力主筋连接。限于篇幅，本文以其中7 组监测点的监测数据，分析混凝土支撑轴力的变化规律，监测结果如图6 所示。
图6 混凝土支撑轴力变化曲线
基坑开挖施工时，挖一挖停一停，这种循环作业方式使得土压力值会随之反复，支撑轴力会相应不断调整，而混凝土支撑所分担的土压力也将不停变化。在2018 年10 月25 日至2019 年01 月25 日期间混凝土支撑轴力明显增大，表明基坑产生变形。但大多数监测点的支撑轴力在基坑开挖作业的中后期和服役期间，基本是在支撑轴力设计值的范围内浮动。
基坑变形监测对于控制基坑变形具有重要的指导价值，有助于维护基坑工程和其他建筑工程的安全状态。本文以济南黄河隧道北岸始发井基坑为工程背景，分析了其围护结构的变形监测数据，得到以下两点结论。
1）基坑的南侧墙体基本向基坑内侧移动，最大深层水平位移量在埋深约20 m 处；
东、西两侧墙体整体向基坑外侧移动，最大深层水平位移均在埋深约25 m 处。
2）基坑南侧墙体的顶水平位移量和深层水平位移量较基坑东、西两侧墙体的顶水平位移量和深层水平位移量要大。
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