异形基坑施工变形控制研究

工变形进行监测，分析了地下连续墙和环形支撑支护体系作用下基坑的变形 特征。结果表明，该工程采用的地下连续墙和环形支撑支护体系能够发挥各

构件的力学性能，在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准

要求。【关键词】：基坑;开挖；支护结构；变形；地铁;地下连续墙随着土地资源的消耗，大规模地下空间增多，造 般基坑；但由于长边效应,长边墙后地表沉降影响范

成许多地下工程紧邻既有道路、地铁、楼房等建（构） 围却比一般基坑大。文献［8］以某地铁车站异形断面

筑物，形成尺度、形状及地质条件各异的深大基坑。

基坑工程为例,采用二维有限元法对其施工进行了模

基坑工程属危险性较大的分部、分项工程,特别是深 拟,重点分析了变形特性及围护桩刚度、支撑形式、土 度大、面积大、形状不规则的特殊基坑成为近年来的 层加固、土台宽度对基坑围护桩侧向变形的影响。文

工程研究热点u-役工程实践表明，不同尺度和形状

献［9］以上海某异形基坑为依托,对其变形特征进行数 深基坑引起的地层变形性状差异较大，给基坑设计、 值模拟，结果表明不同位置处的围护结构变形形态和

施工及影响控制带来诸多困难％目前，深基坑设计

规律有较大差异,基坑开挖引起的地表沉降在基坑的 理念已由传统的强度控制转向变形控制，变形控制、 不同位置量值变化较大。由此看出，形状因素对异形 监测及预测工作成为基坑施工的重要组成部分。基坑变形的影响极为重要，会增大开挖和支护工程的

对于传统圆形和方形基坑的开挖方法、支护方案

难度。及变形特性，已有大量的研究成果。文献［4］通过对上

随着地铁建设的快速发展,天津地区出现了大量 海地区不同直径的圆形基坑、不同开挖面积的方形基

邻近既有地铁车站的深大基坑工程。天津地质构造

坑的监测数据对比分析,认为大尺寸的基坑将引发更 复杂，除北部基岩裸露外，其余地区均为第四系松散 大基坑围护结构变形。文献⑸通过对北京地铁30个 沉积层分布区，面临着地表沉降、软土地基和地基液 明挖车站现场实测数据的统计分析，指岀北京地铁车 化等问题，是典型的软土地区之一何。文献［II］以天

站深基坑开挖引起的地表变形多表现为\"凹槽形\"。

津软土地区地铁5号线和6号线车站基坑工程为依 文献⑹针对邻近既有地铁车站的基坑变形性状进行 托,对天津软土地区基坑开挖过程中围护结构和坑外 了研究，指出由于车站结构刚度大，对基坑周围上层

地层的变形规律、变形模式、变形影响因素等问题进

位移传递具有一定的隔断作用，因此靠近车站一侧的 行了研究。文献［12］收集了天津地区74项建筑基坑工 地下连续墙最大侧移量减小，另一侧的地下连续墙最

程资料,对天津地区基坑支护设计影响较大的参数进 大侧移量增加。行了分析,给出了天津地区建筑基坑支护结构设计整

对于异形基坑工程的变形特性，也已有一些研究 体方案的参考。对近年来兴起的邻近地铁的深大基 成果。Tan等巾研究了上海某顺作法地铁车站深基坑

坑工程，目前研究成果还较少,尤其对于这类基坑工

的变形性状,发现长条形基坑的墙后土体沉降小于一 程的变形性状,包括围护结构侧移、墙后地表沉降最62建筑工程Constructional Engineering李东哲:异形基坑施工变形控制研究第30卷第1期大值，目前工程界仍缺乏较好的认识。本文以天津某典型的深大、异形环绕地铁的基坑

①,杂填土/ /；2.5(-0」4)为工程背景，针对其工程特征及所采用的围护结构和 ④，黏土yV 5.0(-2.64)支护方案,对开挖过程中基坑本体及支护结构的变形

④12粉质黏土6.0(-3.64)④2粉土特征进行了现场监测，总结归纳了典型位置的一般变

7.5(-5.14)

⑥I粉质黏土形规律及现场经验，以期为天津地区类似基坑工程提 ^4： 10.2(-7.84)供参考。⑥ 4粉质黏土1工程概况⑥41黏土13.4(-11.04)⑦ 粉质黏土14.1(-11.74)(8)“盘土15.1(-12.74)某基坑工程分布于天津地铁5号线思源道站主体 16.2(-13.84)⑧ I粉质黏土结构两侧，由4座写字楼及裙房组成,裙房和塔楼有三 ⑧\"粉土17.6(-15.24)18.3(-15.94)⑧I粉质黏土层地下室，基坑为不规则形状。东侧基坑最长处

⑨“黏土基坑最长处145.1 m,最宽处95.8 m,开挖面积约0.85

25.1(-22.74)万亦。开挖深度15.00-20.15 mo见图1。⑨“黏土27.0(-24.64)⑨ u粉质黏土 /////C ：/么^30.5(-28.14)

窮鸚匡乙*31.5(-29.⑷⑩ 捞蠶土/品翻⑩ 2務土 /~_乡,34.0(-31.64) ⑪I 粉质黏土 纟 35.0( -32.64)⑪“黏土 /////⑪|粉质黏土〔///37 / 乙<38.2(-35.84) 0( -34 64)单位:尺寸mm高程m图2基坑工程地质剖面3开挖方案根基坑开挖遵循“先撑后挖、分区、分层、分步、对 称开挖、岛式、退挖”的原则。基坑开挖平面分东西侧两个区，两个区分层、对

称开挖，确保两侧挖土部位和深度一致。竖向分四 层,首先挖除水平支撑处土方,进行水平支撑施工及 养护；待支撑体系养护达到设计要求后，采用中心岛

退台开挖方式进行下层土方开挖,挖至基底标高时预

基坑支护方案为地下连续墙+内支撑形式。地下 留30 cm,人工清槽。见图3。连续墙厚800 mm,止水深度32 m,墙顶设置钢筋混凝 栈桥出土平台/—+0.18第一道支撑底 预留宀、预留临时道路，连通中心岛与平台 厂接头土冠梁;三道混凝土内支撑。此外，在裙楼局部电梯 +2.22+ 1.578/第一道支撑 -4.04第二道咅2撑底兀芯\"丛一5>----------坑开挖较深处设置三轴水泥土搅拌桩，有效桩长为

-8.12第云:道叟撑底 亡苻：2放坡=: IT,9.0 m。-12.62基坑底 .~2工程地质条件地下连续墙”桥 承压桩地下连续地下连800厚桩桩墙800厚续墙地层主要为第四系全新统人工填土层、新近组沉 800厚-3L82亠-32.82积层、第I陆相层、第I海相层、第II陆相层、第皿陆 单位:尺寸mm 相层、第II海相层、第IV陆相层、第ID海相层、第V陆

高程m

相层、第IV海相层及第VI陆相层等。见图2。图3基坑开挖方案63建筑工程第30卷第1期天津建设科技Constructional Engineering4变形监测方案监测分为人工监测与自动化监测两部分。人工由于基坑工程的复杂性，现有理论不能同时考虑

监测主要针对基坑典型部位变形,包括周边地表沉降 复杂地层、环境、地下水变化、支护刚度变化、支护时 及裂缝，坑外水位，建筑物沉降、倾斜、裂缝，管线沉

机等因素对变形的影响。现场实测变形数据是施工 降；自动化监测主要针对既有地铁车站与既有隧道的 过程中各种影响因素综合作用结果的集中体现；因

典型部位变形,包括车站主体沉降、水平位移、裂缝和

此,对基坑工程实测数据进行统计分析，是为工程设 既有轨道收敛、隆沉。其中，地表沉降监测初始值在

计、施工提供指导的有效途径。地下连续墙施工前7 d采集。基坑监测点布置见图4。

JGC-25JGC-2JGC-26JGC-GC-21ZQTZQS DSW-17DBC-08-DBC-09-04ZQC-W DSW-1819BC-08-03. .JGC-22— “

D/fc-09-03-DSW-15 DBC-11-04D 逼 09-02DBC-10-04FBC-08-02DB(> 11-03—ZQTZQS -ZQC-XJ▼dBC-08-01ZQTZQS^DSC-09-01 /

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DSW-16DBC^\\-QQ)^DBC^l-02/-一 .. y, 5- 耳©邈CT。住 DBC-10-01

疳前那憨曙/ 22DSW-14 亠^-DSW-12 / / ‘ H ； /JGCTI)SW7\\ 1 / ,jJGC^l 罰 LZ0-O70JGS-11ZCL-01 彳JGC-20ZCL-08论,J ◎ 汗\"5DSW/ / 0 ZQC-17心二:上一GC-15 ‘ /LZC-08JGS-0SJGS-1011靄,寺丿GC-18既有车 I)站结松JG.S-06Z(：L-\\0ZQC_ 18LZC-W电 \\DBC-14-01DEC-14-02/ZS'11-(弩空 )9§曙一“DSW-0S14-03 ZQT ZQSYQC-刁2'、、

DBC-14-04 08 一ZQT

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DBC-01-01

-DfiC-01-01m支撑轴力测点第层15组*3=45组 ▼ 地表沉降测点16*4=64个 © 观测井25 口① 立栓隆沉测点15个 ㊉ 墙体水平位移测点21个0墙顶水平位移测点21个①墙顶沉降测点21个•既有结构沉降测点（20个）®既有结构水平位移测点（12个）I既有隧道收敛测点（28个）

I既有隧道隆沉测点（28个）图4基坑工程监测点布置5结果分析变形相对较小，沉降基本为5 mm以内；同时,在第亠 5.1地表沉降变形层环形支撑体系的作用下，地表沉降会逐渐趋于稳

在基坑开挖的初始阶段，由于开挖深度浅，地表定。随着开挖的进行，沉降速率增大，累计沉降迅速64建筑工程Constructional Engineering李东哲:异形基坑施工变形控制研究第30卷第1期增大，但是随着内部结构的施作完成,变形仍然会逐

由图6可以看岀，基坑周围的地表变形模式为“凹

渐趋于稳定。之后，随着开挖深度的逐次加大以及基 槽形”，即最大沉降点距基坑边尚有一定距离。原因 坑土体排水固结等的作用,沉降变形持续累积。开挖 在于,该基坑工程设置了良好的支护结构，基坑边缘

结束后,地表沉降基本趋于稳定,保持在20 mm范围

土体受到支护结构的约束作用较大，因此地表最大沉

内。见图5。降点距离基坑边缘有一定距离。随着基坑开挖深度

日53I3期

EI同时，各测点沉 —i

II增加，沉降最大点向基坑方向靠近。E9009O2*-0I—sI—99ZIT降值随开挖过程而持续累积增大，即地表受影响程度 s903ZZe

3e

J.8Z

—0IIZOZ0Z随着开挖深度的增加而增大。DBC-015.2基坑侧壁土体水平位移DBC-05DBC-06 根据基坑深孔水平位移实测数据，绘制典型深

DBC-10ODBC-12ZQT-01测斜孔的位移特征曲线见图7O

DBC-X5度-位移曲线,位移/mm-5

0 5 10 15 205

-20—2016-08-25—2016-09-30— 2016-11-05-25

— 2016-12-02— 2017-01-07图5地下连续墙后部地表沉降特征曲线二 2017-02-03

,2017-04-07需要注意的是，由于分层分段开挖造成坑底土体 -^2017-05-04— 2017-07-06高低不平,而且平面形状不规则;受此影响，会导致基

坑处于非对称的受力状态，各位置变形表现出不同的 变形量。例如,DBC-10位于基坑长边的边角部位，相 图 7

测斜孔位移特征曲线对于其他位置,支护刚度较小,因此沉降值较大。由图7可以看出，各深度处土体水平位移均随着 同时可以看出，地表最终沉降值是小于开挖过程

基坑开挖深度的增加而增大。测斜孔最大水平位移

中最大沉降值的，但差值在5 mm以内。原因在于，开 基本出现在基坑开挖至基底标高，即开挖结束时，最 挖之后的环形支撑结构施作需要一段时间，在这一支

大累计水平位移最大值为17.00 mm。随着基坑开挖 护真空阶段，土体变形速率相对较大。环形支撑体系 结束,坑底结构和支护结构施作完成,位移变化速率

施作完成后，内部结构具有了较大的刚度，可以有效 相应减小并逐渐趋于稳定。承担作用于地表侧移的土压力,从而使地表变形减小

水平位移在垂直方向呈“凸”字形特征，具体表现 并趋于收敛。为中部大、上部和底部较小甚至无变形。同时，在基

图6为基坑地下连续墙后部土体DBC-01沉降监

坑开挖的初始阶段,水平位移最大处靠近上部，随着

测断面的变形特征曲线。开挖深度的增加，凸岀部位逐渐下移，但基本保持在

监测点编号严10 ~ 17.5 m深度范围内。DBC严02 D—C尹04_5.3支护结构水平位移通过支护结构表面水平位移可以及时了解支护

E结构在开挖过程中的变形，见图8。E/

强由图8可以看出，基坑支护结构表面的水平位移

后浪均指向坑内。地下连续墙顶部的水平位移呈增大-减

裂

小-增大-收敛至稳定状态的规律，位移量值在20 mm 范围内。基坑开挖初期，在开挖卸荷作用下，地下连续墙

图6地表沉降模式特征曲线后部土体的土压力迅速增大，导致地下连续墙侧移,65建筑工程第30卷第1期天津建设科技Constructional Engineering基本在10 mm范围内；之后，当环形支撑体系施作后,

地下连续墙在其支护作用下变形有所恢复;随着开挖 的继续进行，地下连续墙水平位移又出现显著增大, 但在环形支撑体系作用下,变形得到有效控制并逐步

收敛至稳定。00152

9

6—ZQS-01——ZQS- 02 —ZQS-03 —ZQS—04————3

—ZQS_05Z0S-O7 —ZQS_06Z0S-O8—Z0S-O9 —Z0S-1O—Z0S-11 —*—zQs_ 13—ZQS-12 —ZQS-14=O3I|I

9O901I0I0OZIO|

2IIZ9—0IZJ匕E0

0I8OO2

Z

3Z8-0T9I0ZZZ日期

图8地下连续墙顶部水平位移特征曲线本基坑的特点是形状复杂，支护结构布置不对 称;因此，地下连续墙各部位变形量也有所区别，基本

上长边中心附近的变形相对较大;而在支撑结构相对 密集的地方，变形相对较小。总体而言，基坑变形在 地下连续墙和环撑支撑结构作用下得到了有效控制。

5.4轨道和邻近构筑物变形基坑周围环境复杂,环绕地铁车站且周围地表存

在大量建筑物；因此，保证其地铁隧道及地表建筑物 的附加变形在安全标准范围内，不会影响建（构）筑物

的安全性，是变形控制的一个重点。图9和图10分别 为地铁隧道内轨道结构和基坑附近加油站典型位置

的垂直位移特征曲线。6

—JGC-014 2 0

-2卜3

OII3

9i

10O7m?—=Z«

0

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Z

z日期

图9轨道结构变形特征曲线8—JGC-226JGC-25422

、谑归M脚

-sloI1Sl09IzIO0I9ITZZT0ST9—ZZI.IOIJ8IOeI0I90I9I0Z30O3ZZZZ

:日期图10加油站变形特征曲线由图9和图10可以看出，在基坑开挖的扰动下,

邻近建（构）筑物均出现了不同程度的变形。其中，由 于地铁隧道上部土体的开挖卸荷作用,轨道结构的变

形以隆起为主,随着开挖深度的增大,变形逐步累积, 在基坑工程施工结束时,变形量值基本控制在5 mm 范围内，符合规定。对于基坑附近的加油站,其变形

基本呈沉降-隆起-稳定的变化规律，变形值在10 mm 范围内。由于开挖初期地下连续墙后部土体的沉降 影响，加油站建筑物的地基下沉，建筑物随之出现沉

降现象;之后,在环形支撑体系的支护作用下,沉降变 形恢复并出现隆起现象。随着开挖工程及支护工程

的连续进行，建筑物变形速率逐渐减小并趋于收敛。6结论1） 本工程的基坑形状复杂,土体开挖分层分块,

支撑逐步浇筑完成,相应地基坑变形也表现出阶段性

特征。随着开挖深度的增加，基坑地下连续墙后部的 地表沉降逐渐增大，但沉降量控制在20 mm范围内。

同时,地表最终沉降值是小于开挖过程中最大沉降值

的，但差值在5 mm以内。由于地下连续墙和环形支 撑结构的支护作用，基坑周围的地表变形模式为“凹 槽形”。2） 根据地下连续墙后部土体的深孔水平位移监

测结果，基坑侧壁土体在垂直方向上的水平位移呈

“凸”字形，最大水平位移为17.00 mm。随着开挖深度 的增加，凸岀部位逐步向下移动，但基本保持在10~

17.5m深度范围内。支护结构表面的水平位移方向

均指向坑内。与开挖和支护过程相对应，水平位移呈

增大、后减小、再增大、然后收敛至稳定状态的规律,建筑工程Constructional Engineering李东哲:异形基坑施工变形控制研究状研究[J].岩土力学,2013,(10)：2997-3002.第30卷第1期位移量值控制在20 mm范围内。由于支护结构的布

置不对称,地下连续墙各部位变形量有所区别，基本

[7] TAN Y, WANG D. Characteristics of a large-scale deep founda­tion pit excavated by the central-island technique in Shanghai

上长边中心附近的地下连续墙变形相对较大。在基 坑开挖行为的扰动下，基坑邻近建(构)筑物均出现了 不同程度的变形响应，但均控制在安全值范围内。soft clay. I: Bottom- up construction of the central cylindrical

shaft[J). Journal of geotechnical and geoenvironmental en­

3)通过地下连续墙和环形支撑支护体系,可以充

分发挥各构件的力学性能，安全可靠,经济合理，施工

gineering ,2013,139(11):1875-1893.[8] 汤梅芳.地铁车站异形断面基坑的变形分析与控制[J].现代

隧道技术,2011,48(6):72-7&[9] 何锡兴，周红波,李佳宇.上海某异形基坑变形特征三维数

便利，能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境 保护的设计标准要求。值分析[J].地下空间与工程学报,2015,1KS2) :564-569.[10] 房万领，李学云，田德培，等.天津城市建设工程地质稳定

参考文献：[1] 刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版

性综合分析[J].地质调査与研究,2016,39(1)：64-70.[11] 葛 明.天津软土地区地铁基坑开挖变形规律及影响因素

社,2009.[2] DG/TJ 08-61—2010,基坑工程技术规范[S].研究[D].北京:北京交通大学,2016.[12] 李圃林.天津地区建筑基坑支护型式与方案优化[D].长春：

⑶廖少明，魏仕锋，谭勇，等.苏州地区大尺度深基坑变形性

吉林大学,200&□中图分类号:TU470/3状实测分析[J].岩土工程学报,2015,37(3)：458-469.[4] TAN Y, WEI B. Observed behaviors of along and deep excava­tion constructied by cut- and- cover technique in Shanghai

□文献标志码:Csoft clay[J]. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering,2011,138( 1):69-8&□文章编号：1008-3197(2020)01-62-06□ DOI 编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2020.01.018[5] 李 淑,张顶立，房 倩，等.北京地铁车站深基坑地表变形

□收稿日期:2019-08-23特性研究[J].岩石力学与工程学报,2012,31(1): 189-198.[6] 朱炎兵，周小华,魏仕锋，等.临近既有地铁车站的基坑形性□作者简介:李东哲/男,1985年出生，工程师,天津市地下铁道

集团有限公司，从事地铁工程顶目管理工作。(上接第61页)方开挖应合理分区、分层进行,不要一次性大规模开 挖,充分利用隧道变形阶梯式增长特征，及时掌握和 控制隧道变形量和变形趋势，根据实际情况及时调整 施工工艺和施工部署，提高隧道安全使用的保障。(S2)=412-421+428.[6] 刘国彬，李青,吴宏伟.地下水开采引起的次压缩对隧道长期沉降的影响卩].岩土力学,2012,33(12)： 3729-3735.[7] 霍军帅，陈 庶,宫全美，等.复杂周边条件下异形基坑承压

水抽水试验研究[J].岩土力学,2011,32(S2)： 268-273.[8] 梁发云,贾亚杰，邓 航，等.深基坑降水沉降计算土体弹性

参考文献：[1] 范 凡，陈锦剑，章红兵,等.基坑开挖引起紧邻建筑物沉降参数取值方法探讨[J].岩土工程学报,2017,39(S2) :29-32.[9] 李 辉,杨罗沙，李 征，等.基于MIDAS/GTS对地铁站超深

的简化计算方法[J].岩土工程学报,2015,37(S2)：61-64.[2] 袁海平，韩治勇，林杭，等.基于M-C弹塑性本构模型的岩

基坑空间效应的研究卩].铁道建筑,2011,(4)：83-85.[10] 周志芳，朱宏高，陈 静，等.深基坑降水与沉降的非线性耦

土体开挖回弹效应研究[J].岩土工程学报,2014,36(S2) ：24-

29.合计算[J].岩土力学,2004,25( 12)： 1984-198&□中图分类号:TU4&3⑶曹力桥.软土地区深基坑开挖坑底隆起的有限元分析[J].岩 □文献标志码:C□文章编号:1008-3197(2020)01-58-04□ DOI 编码；10.3969/j.issn.1008-3197.2020.01.017土工程学报,2013,35 (S2) ： 819-824.[4]王建秀,吴林高，朱雁飞，等.地铁车站深基坑降水诱发沉降

机制及计算方法[J].岩石力学与工程学报,2009,28(5)：

1010-1019.□收稿日期:2019-10-08□作者简介:毛喜云/男,1965年出生，工程师上海长凯岩土工

⑸郑 冈王 琦，邓 旭，等.不同地连墙插入深度下承压含 水层减压降水对既有隧道的影响[J].岩土力学,2014,35程有限公司,从事岩土工程设计及施工技术研究 工作。67