天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究

天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究

第28卷第7期 岩 土 力 学 Vol.28 No.7 2007年7月 Rock and Soil Mechanics Jul. 2007

文章编号：1000－7598－(2007) 07－1511－07

天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究

刘 润1，闫澍旺1，张启斌2，王 翠1

（1.天津大学 建工学院岩土所，天津 300072；2.天津市市政工程设计研究院，天津 300051）

摘 要：软土地区的深基坑施工中，确定合理的基坑安全的控制标准至关重要。由于不可能通过现场的全比尺试验确定这一控制标准，为此以大量的工程实测数据为基础，准确确定模拟基坑施工过程的有限元分析模型和计算参数。通过数值模拟方法，实现对基坑破坏过程的研究。分别计算当基坑即将发生整体稳定破坏时，支护结构变形量与地表最大沉降量和坑深的比值，确定适合于天津地区地铁深基坑施工安全的控制标准。 关 键 词：地铁；深基坑；稳定性；控制标准 中图分类号：TU 43 文献标识码：A

A study of control criterion for safe construction of deep

foundation pit of underground in Tianjin area

LIU Run, YAN Shu-wang, ZHANG Qi-bin2, WANG Cui1

1

1

(1. School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Tianjin Municipal Engineering Design ＆ Research Institute, Tianjin 300070, China)

Abstract: Since large scale construction of underground railways was carried out in Tianjin, more and more deep foundation pits have been to be excavated in soft soils. In the period of excavation activities, it is very important to give a suitable control criterion to ensure the pit stability. To find out the recommended criterion value, some comprehensive measurements have been made in some typical pit engineering during the construction of No.1 Line. The observed data of earth pressure, retaining structure displacement, ground surface settlement and water pressure have been picked up and analyzed. A finite element method has been adopted to simulate the procedure of pit construction. By comparing the calculation results with the observed data, the calculation model has been optimized; and calculation parameters have been determined. The established approach has been applied to simulate the failure procedure of deep foundation pit. The main influence factors including the displacement of retaining structures, the length of retaining structures and the force in braces, have been analyzed. The ratio of retaining structure displacement and maximum ground surface settlement over pit depth are recommended as the control criterion of pit stability during construction. Key words: underground; deep pit; stability; control criterion

1 引 言

正在建设中的天津市地铁1号线工程多位于市中心的繁华地区，基坑的最大设计深度超过18 m，且基坑四周毗邻房屋、道路及地下管网，这些都对基坑的变形控制提出了严格的要求

[1－3]

质条件不同，将该标准用于天津地区的地铁建设将造成浪费。

为了提出适合于天津地区深基坑开挖支护结构变形的控制标准，本文对天津地铁1号线南楼车站的基坑工程进行了全面的施工监测，获得实测数据，并以实测数据作为选择数值模拟方法和确定计算参数的依据，实现对基坑开挖过程的准确模拟。由于不可能进行基坑失稳的全比尺试验，在准确模拟实际工程的基础上，通过数值计算，模拟基坑的破坏过程，从而找到基坑发生整体失稳的临界破坏点。经多个工程的计算验证，最终提出推荐的基坑安全

。但一味的

提高支护体系刚度不允许基坑变形是不经济的。这就需要在基坑的施工过程中观测支护结构的变形，将变形值限制在某一合理的范围内。因此，确定适当的基坑支护体系变形控制标准至关重要。上海地区曾提出有关的控制标准，但由于天津与上海的地

收稿日期：2005-08-10

作者简介：刘润，女，1974年生，博士，副教授，主要从事岩土工程方面教学与科研工作。E-mail: liurun@

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控制标准。 管、土压力盒、水压力传感器、轴力计，并在相应的断面上布置地面沉降观测点，进行重点监控。基坑断面俯视图及测点布置图如图2所示。

2 工程实测数据分析

工程实测数据是确定数值模拟方法和计算参数的重要依据，以南楼车站工程为重点，采用了国际先进的仪器设备，连续、自动采集支护结构变形和受力、周围地表沉降等数据。 2.1 工程简介

天津市地铁1号线工程南楼站位于天津市大沽南路与爱国道交口。结构全长205.6 m。车站主体标准段基坑深度16.2 m，支护结构采用800 mm厚地下连续墙，墙长27.5 m，入土深度11.3 m；横撑采用φ600 mm预应力钢管，标准段共设4道支撑，剖面图见图1。车站毗邻商场、商店、超市，地面交通繁忙。根据该工程的地质勘察资料，地基土的土层情况及相应的物理力学指标见表1。

+3.09 m(设计地面高程)

图2 测点布置

Fig.2 Map of measuring point layout

2.3 实测数据整理

在实际监测过程中随基坑开挖的进程每天测量Q13断面的支护结构变形、土压力，水压力和地表沉降，因此，得到的观测数据很多，数据分析和整理中主要以以下4个工况为主：工况1（9月8日～9月11日），挖第2层土地表下2～5.9 m，打第2道支撑，标高地表下5.4 m。工况2（9月12日～11月12日），挖第3层土地表下5.9～9.9 m，打第3道支撑，标高地表下9.4 m。工况3（11月

600 600 -13.064m

13日～11月14日），挖第4层土地表下9.9～13.3 m，打第4道支撑，标高地表下12.8 m。工况4（11月15日～12月20日），挖第5层土地表以下13.3～ 16.2 m，浇注底板，标高地表下16.2 m。

（1）地表沉降观测数据

基坑开挖时，地连墙外侧地面发生沉降，随着开挖深度的增加，沉降不断增大。图3为地面沉降在不同工况下与距坑边距离的关系曲线。由实测数据可知，基坑开挖引起的坑周围地表沉降呈“抛物线”型，最大沉降位于距基坑边缘约10 m处；基坑周围各点地表沉降值随着开挖深度的增加不断增大。

图1 基坑标准段剖面(单位: mm)

Fig.1 Sketch of pit section

表1 地基土的物理力学指标

Table 1 Physico-mechanical indexes of foundation soils

层号 1

岩土 名称

层厚 / m

天然 重度

压缩 模量

渗透 系数

天然快剪 黏聚力 内摩擦角

/ kN·m-3 / MPa / m·d-1 c / kPa

—

—

—

/ (°)— 10.5 11.9 7.8 14.3