（岩土工程专业论文）深基坑开挖对紧邻地铁车站影响的位移分析及施工保护措施研究.pdf

摘要 摘要 上海经济的持续快速发展，城市中心地下空间综合开发方兴未艾。由于城 市轨道交通的发展，大量的地铁车站和区间隧道分布于城市的中心位置，从而 使得大量深基坑工程与地铁车站及区间隧道相邻，由此引起的环境岩土问题日 益突出。地铁车站结构对变形要求极其严格，与已有地铁车站共有地连墙的深 基坑开挖工程施工难度极高，为了保证开挖过程中车站的正常运营，必须控制 车站墙体及其结构的位移在允许范围内。 为了分析越洋广场二期基坑工程开挖对二号线静安寺车站主体及其周围土 体位移的影响，本文建立了二维弹塑性有限元计算模型，土体采用非线性硬化 模型，通过与实测数据对比，校核、反算土体参数，最终使本模型所得结果与 实际较吻合。 利用上述有限元模型首先分析对比了基坑两侧的航站楼以及越洋一期主体 结构加载对基坑开挖及车站位移的影响，然后模拟了基坑整体开挖和南北两块 分区开挖两种工况下，车站主体及周围土层位移场情况，最后进行了基坑坑底 加固参数的敏感性分析，讨论了不同加固深度、宽度对共用地连墙变形及坑周 土体位移的影响程度，优化坑底加固参数，为以后类似的工程实践提供经验积 累。 本文为上海隧道工程股份有限公司课题“城市中心地下空间综合开发与环 境保护施工技术研究 的部分内容。 关键词：深基坑，地铁车站，施工措施，有限单元法，位移场，应力 场，坑底加固， a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p i n go fs h a n g h a ie c o n o m y , u n d e r g r o u n de n g i n e e r i n gp r o j e c ti nt h e d o w n t o w nh a sb e e ni n c r e a s i n gf a s t m a s ss u b w a ys t a t i o n s a n dt u n n e l sw e r e c o n s t n l c t e di nt h ec e n t e rl o c a t i o no fc i t yd u et ot h ed e v e l o p m e n to fu r b a nr a i l t r a n s p o r t p l e n t yo fd e e pe x c a v a t i o np r o j e c t sa d j a c e n tt o t h es u b w a ys t a t i o n sa n d t u n n e l sm a k et h ee n v i r o n m e n t a lg e o t e c h n i c a lt ob eas e r i o u sp r o b l e m t h er i g o r o u s d e f o r m a t i o nr e q u i r e m e n to fs u b w a ys t a t i o ns t r u c t u r em a k e st h ec o n s t r u c t i o no fd e e p e x c a v a t i o nw h i c hh a sc o m m o nw a l lw i t hs u b w a yt h es t a t i o ns t r u c t u r ev e r yd i f f i c u l t t h ed i s p l a c e m e n to fs t a t i o nw a l la n ds t r u c t u r em u s tb ec o n t r o l l e di na l l o w a b l er a n g e f o rt h en o r m a lo p e r a t i o no fs t a t i o n i nt h i sp a p e r , i no r d e rt oa n a l y z et h ei n f l u e n c e so nt h es u b w a ys t a t i o na n dt h e s u r r o u n d i n gs o i ld u et ot h ed e e pe x c a v a t i o no fy u e y a n gt o t h es t a t i o nw h i c ha a j a c e n t t ot h es u b w a ys t a t i o na n dh a sc o m m o nw a l lw i t hs u b w a ys t a t i o n , at w od i m e n s i o n a l e l a s t i c - p l a s t i cf n l i t e e l e m e n tm o d e l ，w h i c he m p l o y st h eh se l a s t o - p l a s t i c i t y s o i l c o n s t i t i n i v em o d e l ， w a sm a d e 。t h r o u g hc o m p a r i s o n , v e r i f i c a t i o na n d b a c k c a l c u l a t i o n t h er e s u l tc a l c u l a t e df r o mt h ef e m m o d e lw a su n i f o r mw i t ht h e m e a s u r e dv a l u e t h ei n f l u e n c e so nt h ee x c a v a t i o na n dt h es u b w a ys t a t i o nd u et ot h el o a do ft h e a i r p o r tt e r m i n a la n dt h ey u e y a n gs q u a r eo n ew a sa n a l y z e db ya b o v ef e mm o d e l ， l e n l ei n f l u e n c e so nt h ed i s p l a c e m e n tf i l e do fs o i ll a y e r sa r o u n dt h es t a t i o na n dt h e d i s p l a c e m e n to f s t a t i o ni sd e m o n s t r a t e di n t h i sp a p e r t h r o u g ht h en u m e r i c a l s i 训a t i o n ，t h ei n f l u e n c e so f v a r i o u sp a r a m e t e r so nt h es u b w a ys t a t i o nd i s p l a c e m e n t a r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gt h es p a c ee f f e c to fe x c a v a t i o n , t h ee f f e c to fw i d t ha n d d e p 也o fm ec e m e n t m i x e dp i l eo nt h ed i s p l a c e m e n tc o n t r o lo ft h es u b w a ys t a t i o n t h e ns o m ep r a c t i c a lc o n c l u s i o n sa r ed r a w nf o rt h ed e e pe x c a v a t i o na 由a c e n tt o s u b w a ys t a t i o na n dt h em e t h o do fg r o u n dt r e a t m e n t k e y w o r d s ：d e e pe x c a v a t i o n , s u b w a ys t a t i o n , c o n s t r u c t i o nm e a s u r e s ，f i n i t ee l e m e n t m e t h o d ，d i s p l a c e m e n tf i e l d ，s t r e s sf i e l d ，i m p r o v e m e n to ff o u n d a t i o np i t 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以营利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名：丘印 j 砂寥年弓月17 - 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所设计的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均己在文中以明确方式表明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 签名：狮 2 卯g 年弓月肛日 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 随着上海经济的持续快速发展、人口的膨胀及城市功能的拓展带来了各种 市政基础设施、民用建筑、工业厂房的大量建设，使得可用土地日益紧张，从 而造成城市建设的纵深发展。在“上海市城市总体规划( 1 9 9 9 2 0 2 0 ) 实施中和 2 0 1 0 年世界博览博会建设中，上海轨道交通建设步伐明显加快。按照上海市轨 道交通的总体规划，远期上海轨道交通网将由4 条市域快速轨道交通r 线、8 条市区地铁m 线、5 条市内轻轨线共1 7 条线路、总长7 8 0 k m 组成【l 】。城市建 设的发展，带动地下空间的发展，目前各类用途的地下空间己经或正在世界各 大中城市中得到开发利用或规划之中，如地下停车库、地下街道、地下商城、 地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等【2 1 ，这些 地下空间的建设也使得深墓坑工程的规模和深度不断加大。由于以上三方面原 因，临近已有车站的基坑工程日益增多，基坑工程引起的环境岩土问题也逐渐 引起重视。 上海属于软土地区，地层基本为饱和含水流塑或软塑粘土层，抗剪强度低， 含水量高，一般在4 0 以上，灵敏度在4 5 ，压缩性高，且流变性大，这种软 弱流变的地质条件决定了上海地区的基坑工程中环境问题更加突出。 本论文研究的工程背景为临近上海地铁的地下空间开发。上海的城市规划 中，准备建设以地铁枢纽为中心的地下大型综合体【3 】- 此类工程建设过程中，势 必存在车站附近或者紧邻车站开挖深基坑的项目。基坑开挖过程中，如何保证 已有车站的正常运营，为当前的基坑工程提出了新的要求。 1 2 基坑工程国内外研究现状 缝； 深基坑施工对周围环境的影响主要有以下几个方面： ( 1 ) 基坑周围土体的沉降和向基坑方向的移动并由此产生的周边地面裂 第1 章绪论 ( 2 ) 临近建筑物的整体沉降、不均匀沉降和由此造成建筑物裂缝等其他破 坏； ( 3 ) 基坑周围各种管线( 上下水管，煤气管线，地下通讯线路等) 的沉降 和变形，甚至破裂等管线工程问题。 1 2 1 基坑周围土体位移研究 基坑周围土体位移以及地面沉降是基坑周围环境的最主要问题，也是其它 问题产生的最直接原因，因此国内外学者很早就开始了这方面的研究。 p e c k ( 1 9 6 9 ) t 4 根据美国芝加哥、娜威奥斯陆等地的现场地表观测资料，提出 对于不同土层墙后地表沉降和沉降范围的经验关系曲线( 地表沉降与基坑开挖 深度的比值和基坑距离与基坑开挖深度的比值的关系曲线) 以及相应的经验估 算方法，认为挡土结构后面的地表沉降可根据场地地质条件分为三个区域i ，i i ， i i i ，其中区域i 为砂、中至硬粘土；区域为很软至软弱粘上，分两种情况：( a ) 坑底以下粘土层的深度有限；( b ) 开挖面以下粘土相当厚，但。 0 6 h 且开挖土层也较软但抗隆起系数较 高的基坑开挖，造成的墙体最大水平位移和墙后土体最大沉降与情况( 2 ) 相比 都显著增大。( 4 ) 加撑前墙体悬臂开挖阶段造成的位移往往是最终位移过大的 原因，因此避免超挖是减少位移的有效办法。 f i n n o ( 2 0 0 5 ) i l l j 对芝加哥地区一1 2 8m 深的板桩锚固支护的基坑造成的坑 周土体进行了3 维监测，通过对监测数据的分析，证明了m a r i a 和c l o u g h 提出 的坑周土体位移与坑底抗隆起系数之间存在关系，另外发现由于基坑的三维边 角效应从而造成沿基坑边长方向的水平和竖直位移的不同，也会造成沿边的建 筑物的危害，并给出了补偿误差函数来估算矩形基坑坑周土体的位移。 o s m a n ( 2 0 0 6 ) 1 2 】在前人假设基坑开挖中最下一道支撑下的墙体水平位移 为余弦三角函数的基础上，假设坑周和开挖面以下一定范围内土体的变形与上 述墙体水平位移相协调，引入虚功原理，计算土体因开挖造成的不排水抗剪强 度的折减系数，然后找到此系数在土体不排水剪切实验曲线对应的剪应变值， 4 第1 章绪论 由此得到墙体在最下道支撑下任一点的位移增量。 l e u n g ( 2 0 0 7 ) n 3 1 以香港地区1 4 个基坑的墙体位移和周围地面沉降的监测 数据，总结分析了归一化的墙体最大水平变形和地面最大沉降值的分布规律， 以及与支撑刚度的关系，地面沉降的分布曲线和影响范围，并与前人p e c k ，m a n a 和c l o u g h 以及l o n g 的研究结果作了对比，结果表明作者总结的香港地区基坑 开挖造成的墙体最大水平变形和地面最大沉降值比前人总结的偏小，而且与支 撑刚度没有明显的关系。 k u n g ( 2 0 0 7 ) n 钔首先在3 0 个基坑监测数据的基础上总结出与墙体变形和墙 后地面沉降相关的基坑影响因素，然后采用有限元敏感性分析的结果，归纳出 3 个模型，( 1 ) 以基坑开挖深度、宽度、支撑刚度、土体不排水抗剪强度和弹 性模量等为变量的多项式回归方程预测墙体水平位移，并分析了下卧硬层的影 响并得出了相应的折减系数；( 2 ) 以粘土层与墙深度之比、土体不排水抗剪强 度和弹性模量等为变量的多项式回归方程预测墙体最大水平位移与坑后地面沉 降最大值的比例；( 3 ) 最后得出墙后地面沉降曲线图。 1 2 2 有限元在基坑工程中的应用 随着计算机软件和硬件技术的发展，有限单元法逐渐发展成为一种行之有 效的数值计算方法。自诞生之日起，就被人们高度重视，目前为止已被广泛应 用到许多工程领域。针对有限元在基坑工程的应用，国内外专家学者已经进行 了大量的研究，以下是有限元方法在基坑工程中应用的汇总。 c l o u g h ( 1 9 7 4 ) 【l5 j 利用有限元模拟比较了锚固加板桩与内撑加板桩这两种 支护形式基坑开挖造成的墙体水平位移和墙后地面沉降，并分析了预应力的施 加、墙体刚度和锚固刚度以及土体不排水抗剪强度和弹性模量对上述两个变量 的影响，得出以下结论：通过提高预应力和墙体及锚固的刚度能有效减少地面 沉降；内撑加板桩支护形式之所以墙体位移和地面沉降大，多数是因为超挖； 锚固的间距对墙后土压力的分布影响较大。 p o t t s ( 19 8 4 ) 1 6 】利用弹塑性有限元比较分析了单支点挡墙在墙前开挖和墙 后填土两种情况下墙后土体位移场和挡墙本身的变形和弯矩，并重点分析了侧 第1 章绪论 向系数硒的影响，表明硒对开挖造成的墙后土体位移影响比较大，还将计算 结果同极限平衡法得到的挡墙弯矩做比较，得出以下结论：有限元在硒较低情 况下所得墙体弯矩和支撑轴力值较极限平衡法所得结果低，而在硒较高情况 下，恰好相反。 w h i t t l e ( 19 9 3 ) 旧通过编程把m i t - e 3 土体本构模型放到有限元计算中， 并采用渗流场与变形场耦合的分析方法，模拟分析了波士顿地区的一个逆筑法 施工的深基坑，其结果与实测值吻合的很好，并得出以下结论：需用土体变形 的空间测量值( 水平和竖向位移) 和孔隙水压力来验证有限元的计算结果；有 限元计算中土体小变形非线性本构关系能很好的模拟基坑的开挖，但计算中土 体的变形模量至关重要，必须靠控制非常好的高质量实验来得到：混凝土的工 后收缩和水头边界条件对有限元计算结果影响较大。 q u ( 1 9 9 4 ) 【1 8 】在有限元计算模型中采用双曲线和剑桥本构模型来分别模拟 砂土和粘土，并通过一系列方法来确定其土体参数，得到了如下结果：( 1 ) 采 用排水和不排水土体参数与基坑开挖工期有关，当工期较长时，应采用排水参 数；( 2 ) 被动区和主动区的孔隙水压力在开挖过程中变化明显不同，被动区的 孔压随着开挖的进行会有个明显下降的趋势，而主动区变化不明显。 q u ( 1 9 9 6 ) 1 1 9 】为了分析基坑开挖的三维边角效应，建立了基坑开挖的三维 有限元模型，采用邓肯张的非线性弹性土体本构模型，首先分析了三维模型各 个方向、区域的单元尺寸、密度对计算精度的影响，接着对比了各种长宽比下 的三维基坑开挖模型的结果与平面应变模型的结果，得出以下结论：三维有限 元基坑开挖模型，开挖土体的单元尺寸对于计算精度影响较大，另外随着长宽 比的减小，边角效应将明显增加，三维模型计算结果精度高于二维平面应变模 型。 h a s h a s h ( 1 9 9 6 ) 2 0 】利用能代表土体小应变的非线性和应力应变强度的各向 异性的m i t - e 3 土体本构模型建立了有限元模型，分析了基坑工程的主要参数 包括：开挖深度、支撑情况和墙体深度对基坑开挖引起的周围土体位移的影响 程度，结果表明在粘土地区墙体深度对基坑引起的土体位移的影响最小，而传 统的坑底抗隆起安全系数法计算所得的最大开挖安全深度比有限元结果偏大， 坑下土体是影响坑周土体位移的主要因素，因此开挖面下硬土层的存在能明显 减小基坑工程的环境影响。 q u ( 1 9 9 7 ) 1 2 1 】为了分析坑底水泥搅拌桩的加固效果，采用邓肯张土体本 6 第1 章绪论 构模型，建立三维有限元模型，分别用复合地基概念和桩土分开两种方法来模 拟加固效果，通过分析对比，得出两种模拟方法结果相差无几，此文还分析比 较了三维有限元计算结果与平面应变计算结果，得出了两者之间的换算公式， 最后通过实例证明作者的模拟方法能够较好的坑底水泥土搅拌桩的加固效果。 h s i e h ( 2 0 0 3 ) 1 2 2 利用f l a c 有限差分软件模拟分析了台北地区一平面面积 2 2 4 0m 2 ，开挖深度2 2 3m 的深基坑，采用高压旋喷桩坑底加固的效果，结果 和实测数据较吻合，并证明了此坑底加固技术能有效减小墙体水平位移，本工 程中墙体水平位移减少了将近4 0 。同时作者指出，高压旋喷桩地基加固的水 平预应力作用与其置换率效果同等重要，另外加固深度是影响被动区土体水平 抗力系数的重要因素。 f i n n o ( 2 0 0 7 ) 1 2 3 1 为了研究基坑工程的三维空间效应，提出了p s r ( 三维模 型分析所得的基坑长边中点最大位移值与简化为二维平面应变所得该点位移值 的比值) 的概念，通过分别建立三维有限元和二维平面应变有限元模型，对基 坑的主要参数如：基坑长边与开挖深度的比值、基坑长边与短边的比值、围护 体系的刚度和坑底抗隆起安全系数等对p s r 的影响程度进行敏感性分析，最后 总结归纳出p s r 与上述各参数的经验公式，为以后的工程实践和科研提供参考， 并指出基坑长边与开挖深度的比值的影响最大，当此值大于6 ，就可简化为平 面应变问题。p s r 随基坑的长宽比的减小而减小，随围护体系刚度的增大而减 小，随抗隆起安全系数的降低而减小。 1 2 3 基坑开挖对相邻建筑物影响 姚燕明( 2 0 0 4 ) 2 4 1 采用弹性地基板壳有限元法分析对比了坑内加固厚度、 密度和程度对控制地连墙体水平位移的影响，结果显示：随着上述三值的增加， 地连墙的最大水平位移都将有所减小，但随着这些加固指标超过某一值后，加 固厚度超过3 米，加固面积占坑内总面积的5 0 * , 4 以上，水平抗力系数的比例系 数超过5 5 0 0 k n m 2 时，加固效果的增加不明显，且坑底加固只影响开挖面以下 墙体的侧向位移，对最下一道支撑以上的地连墙变形影响较小。 杨敏( 2 0 0 5 ) 2 5 】采用三维弹塑性有限元法，模拟无支护基坑开挖与周围桩 基的相互作用，对比分析了临近桩基对基坑开挖所引起土体变形场的影响，并 讨论了基坑的空间效应、开挖深度、支护墙刚度、桩基和基坑距离、桩基刚度 7 第1 章绪论 和桩头约束条件等因素对临近桩基附加侧向位移和弯矩的影响，得出以下结论： 围护墙后排桩的存在，能有效减小桩后土体水平侧移；随着开挖深度的增大， 临近桩基所产生的附加侧移和弯矩迅速增加，桩身最大弯矩位于开挖面附近； 临近桩基产生的附加侧移量和弯矩值与桩基和基坑边缘的距离关系很大，越靠 近基坑，影响越大。当桩基和基坑边缘的距离大于等于一倍的基坑开挖深度时， 桩基所受影响可以不计。 曾远( 2 0 0 5 ) t 2 6 j 以上海地铁紧邻2 号线东方路车站的张杨路车站基坑工程为 背景，建立了有限元计算模型，研究两车站间距、源头变形、土体弹性模量三 因素对已运营东方路站的影响。通过计算分析得到，上述三因素都不是东方路 车站沉降的主要原因，所以笔者认为坑内土体隆起才是影响车站沉降的主要因 素，但在此文中并未涉及此方面模拟和计算。 姚燕明( 2 0 0 6 ) 1 27 】以上海地铁紧邻2 号线东方路车站的张杨路车站基坑工 程为背景，但此文研究的对象为张杨路车站西端头井与东方路车站共用地连墙 段的基坑开挖对已运营车站内力影响的分析，作者采用文克尔地基板壳有限元 分析法，得出虽共用墙体与车站地板连接处的附加弯矩比较大，但由于与使用 阶段的弯矩正好相反，因此共用墙体能满足强度要求，另外在既有车站底板处 及时加撑，有助于减少车站结构整体受到的横向拉力。 1 3 本文主要研究工作 随着城市轨道交通的发展，市区建筑密集区的超大深基坑开挖日益增多， 对邻近建筑物及地下管线的环境影响越来越显著：另一方面，随着市区中心轨 道交通线路和地铁车站的增多，新建车站和换乘节点地下通道的修建，使得临 近甚至紧邻已建车站的基坑工程越来越多，但车站及区间对变形容许值控制要 求一般高于民用建筑。因此，紧邻地铁车站施工的基坑工程开挖对车站周围土 体及车站本身位移的影响分析越来越迫切。 针对基坑开挖造成的环境岩土问题，许多学者已经做了大量的研究分析工 作，但是仍然有许多问题值得探讨： ( 1 ) 研究基坑环境岩土问题，最重要的是现场监测。如果现场监测点和监 测数据足够多，就能根据实测数据建立各地区基坑开挖周围土体的位移场，从 而预测对周围环境的影响。但当前研究较多的集中在对周围地面沉降及其上的 8 第1 章绪论 建筑物，对紧邻地下构筑物的基坑开挖造成的影响研究较少，相应的监测数据 则更少。 ( 2 ) 研究表明，基坑开挖对建筑物的影响，与建筑物的结构形式，埋深， 层高，平面尺寸等相关。地铁车站在结构形式，平面尺寸，基底荷载等方面与 地上建筑物均相差较大，紧邻超大深基坑的开挖对此类地下构筑物的影响与地 上建筑物应该有所不同。 ( 3 ) 基坑开挖对紧邻地下构筑物的影响分析，当前较多的采用杆系有限元 分析开挖造成的构筑物内力的变化，对构筑物周围土体以及构筑物本身的变形 研究较少。 结合紧贴上海2 号线地铁静安寺站的越洋广场二期基坑工程对共用地连墙 影响的测试数据及对车站和周围土体位移影响的有限元分析，本文完成的主要 工作为： ( 1 ) 总结归纳了基坑与车站共用地连墙的监测数据，围绕车站墙体变形提 出了共用车站地连墙监测数据整理的内容和方法。 ( 2 ) 提出紧贴车站超大深基坑开挖对车站结构及周围土体影响的分析方 法，并对越洋广场二期基坑开挖对静安寺车站造成的影响进行分析评价。 ( 3 ) 讨论了紧贴车站基坑工程设计参数、施工工艺和坑内土体加固参数对 周围土体和地下构筑物的影响，为紧贴地下构筑物基坑工程的优化设计提出合 理建议。 ( 4 ) 建立紧贴车站基坑工程的三维有限元计算模型对周围土体和地下构筑 物的位移影响进行分析，对比三维模型和二维平面应变模型两种方法的分析结 果，验证该工程分析时采用二维平面应变模型是可行的。 9 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试 2 1 工程概况 及分析 越洋国际广场项目是集商、办、住为一体的大型综合工程。主体结构由北 侧的商场群房、中部超高层办公楼以及南侧酒店式公寓楼三部分组成。如图2 1 所示，工程分为南侧i 区和北侧i i 区两部分，先施工i 区，i i 区工程地下结构 与i 区上部结构同时施工。i i 区工程又分南北两块，先顺筑南块结构，然后进 行北块逆筑法施工。i i 区工程基坑为不规则形状，标准尺寸为：1 3 1 8 7 m x4 5 4 m ， 最长处为1 3 9 6 7 8 m ，基坑面积为6 8 6 7 m 2 ，开挖深度为1 5 0 5 m 。北侧紧贴地铁二 号线车站( 其围护结构与二号线地下墙共用) ，建成后将与地铁二号线和七号线 地铁车站相通，形成直接换乘。 如图2 1 所示，越洋广场左侧1 2 0m 范围内与地铁2 号线静安寺车站共用 地连墙，车站为地下两层结构，全长1 3 2m ，车站主体宽2 1 6 4m ：端头井长 3 0 3 0 5m ，宽1 2m 。根据保证地铁正常运行的要求，i i 区基坑开挖过程中，既 有车站结构水平、竖直位移都需小于2 0i n t o 。2 号线车站的北侧5 米是航站楼大 厦，基坑东侧为在建地铁7 号线静安寺车站，西侧为静安寺公园。 图2 1 越洋广场工程总平面图 1 0 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 2 2 地质条件 上海市位于长江三角洲入海口东南前缘，属三角洲冲积平原，地貌形态单 一，本工程场地地貌类型属滨海平原。场地地势较平坦，地面标高一般在2 4 5 - - - 3 6 6 m 之间。场地1 3 0 2 8 m 深度范围内的地基土属第四纪河口滨海相、河口 湖沼相和浅海相沉积层，主要由饱和的粘性土、粉性土、砂土组成。按其沉积 年代、成因类型及其物理力学性质的差异，可划分为1 3 个主要层次，其中第 层、第层可分为二个亚层，第。层和第z 层又可分为二个次亚层( 考虑第 层土性为粉砂一粉细砂，且q c 值一般大于1 2 m p a ，故均划归第：层，根据土 性差异又分为z 一。层、z z 层。) ，第层中分布有夹层粘性土。各土层的 土性描述与特征详见表1 ，其中压缩模量剪切强度与压缩模量分别来自于现场 的十字板剪切试验和室内的压缩试验，其模量值取压缩曲线上压力值为 1 0 0 - 2 0 0 k p a 的模量值。浅层以下的沉层的海相淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土形 成于第四纪，其渗透性相对低，其量级在1 0 1 0 呻m s 。整体而言，每层土的 含水量接近于液限，土体相对高的孔隙比和高压缩性。勘探成果表明，场地地 层分布与土性具有如下主要特点： ( 1 ) 拟建场区受古河道切割缺失第层暗绿色粉质粘土，取而代之分布有 第4 层可塑硬塑状灰绿暗绿色粉质粘土，该层厚度、层顶埋深有一定变化。 ( 2 ) 因古河道切割，整个场区第z t 层粉砂层顶埋深有一定的变化( 3 1 o 3 8 o m ) ，在其项部局部为砂质粉土。第z z 层粉细砂，一般在4 6 m 左右分布有 厚0 5 - - - 1 o m 粉性土夹层，层底埋深一般为4 8 7 5 2 6 m 。 ( 3 ) 第层分布较稳定，根据土性差异可划分为。、z 两个亚层。 ( 4 ) 第层层项埋深较稳定。在场地中间部位b 5 、b 1 3 、c 8 、c 9 孔附近 7 5 m 以上土性稍差( 夹薄层粘性土) ，在深度9 0 m 左右夹有粘性土划分为夹 目 ，石o ( 5 ) 以下分别为第层粘性土、第a d 层粉砂、第q 乃层粘性土、第0 3 层粉砂。 拟建场地浅部地下水属于潜水类型，受大气降水及地表径流补给。地下水 静止水位埋深在o 9 1 5m 之间。 本场地第层属于第一承压水含水层，其水位埋深为5 0m 。据上海地区 已有工程的长期水位观测资料，该层承压水水位呈年周期性变化，水位埋深的 变化幅度在4 - - - 1 4m 之间。 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 表2 1 越洋广场工程土层物理力学性质参数表 含水 土层编号 厚度 量重度粘聚力内摩擦角压缩模量剪切模量 及土层名 w k n m 3 孔隙比 k p a m 口ak p a 填土 1 8 3 粘土 1 8 13 7 31 7 91 0 71 71 73 6 75 9 6 淤泥质 3 6 7 4 3 51 7 31 2 21 21 83 4 33 3 3 粉质粘土 淤泥质 8 5 45 11 6 61 4 51 41 1 52 0 34 0 1 粘土 l l 粘土 4 2 94 11 7 51 1 71 41 33 2 46 5 9 l 一2 粉质 1 1 5 93 41 80 9 91 52 15 0 61 0 3 2 粘土 t 粉质粘 2 7 92 3 11 9 6o 6 84 71 87 1 6 土 2 一l 粉砂 1 0 22 7 41 9 00 7 613 2 51 3 7 2 2 粉细 5 6 92 4 51 9 4o 6 90 3 51 6 1 4 砂 l 粘土 8 6 l3 4 61 8 11 0 02 22 0 55 9 4 2 粉质粘 8 7 4 3 2 61 8 20 9 52 02 15 7 8 土 含砾粉 细砂 2 8 2 62 2 11 9 8o 6 3l3 41 5 2 4 2 3 越洋广场基坑围护结构和施工工艺 越洋广场工程i 区和i i 区两个基坑，均为地下三层结构。先施工i 区，后 进行区基坑的施工。两基坑中间采用钻孔灌注桩和搅拌桩相结合的围护形式 进行分隔。 1 2 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 如图2 2 所示，越洋二期基坑分为南北两坑分块开挖，中间用深3 0m ，8 0 0 舢厚的地连墙隔开。其中南坑设三道钢筋混凝土支撑，截面积分别为0 7 2 、0 9 6 、 0 9 6m 2 ，采用明挖顺筑法，北坑为两道钢筋混凝土支撑和四道钢支撑，具体位 置见图2 2 。 基坑施工期间，保证二号线静安寺车站的正常运营是最关键的问题，为此， 在越洋二期基坑施工阶段采取了以下保护措施： ( 1 ) 将二期的基坑在中间用地连墙划分为南北两块，先施工离车站较远的 南坑，最后在施工近邻车站的北坑。 ( 2 ) 增设托换体系。在北块基坑与二号线车站相接处，设置了1 7 根托换 桩，桩径8 5 0 m ，桩深7 0 米，桩端设置在层土中。该排托换桩与车站结构形 成弱连接，控制车站垂直方向变形。其作用为在基坑施工期间与二号线连接， 确保二号线的沉降稳定。 ( 3 ) 地基加固措施。沿二号线车站的东西向约1 0 0 米范围内，设置了8 米 宽的三轴搅拌桩满堂加固，控制车站水平方向变形。 ( 3 ) 逆筑法施工。北块基坑采用逆筑法施工，并设置的两道混凝土支撑和 四道钢支撑相结合的支撑体系，确保施工期间的安全，减小地铁二号线的运营 影响。 弹 图2 2 越洋广场基坑剖面图 综合考虑周围环境保护和工期要求，越洋广场二期基坑分为南北两块。本 工程基坑施工的总体原则是“先场内围护和地基加固施工，再分南、北两块基 坑、结构施工，最后进行各区域的接头结构施工。按照总体施工原则，越洋 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 广场二期施工共分四个阶段：第一阶段，主要包括场地内的地下连续墙围护结 构、地基加固和桩基，以及降水井点施工；第二阶段，在南坑地基加固和桩基 施工完成后进行南坑的开挖和地下结构的施工，首先由西向东，进行第一道混 凝土支撑土体开挖，并进行支撑结构施工，并顺筑南坑地下结构；第三阶段， 在南坑下一层板结构施工完成后，进行由西到东放坡开挖北块基坑和结构工程 的施工；第四阶段，包括南块和北块混凝土支撑和围护结构凿除，以及越洋一 期和二期，南块和北块接头结构的施工。表2 2 总结了开挖过程中的主要施工 工况。 表2 2 基坑开挖的主要阶段 施工内容 日期 越洋二期 越洋一期 2 0 0 6 0 5 2 4 南、北坑第一道支撑开挖1 4 层主体结构 南坑r a r e 轴第二道钢支 2 0 0 6 - 0 7 2 0 2 2 层主体结构 撑开始开挖 2 0 0 6 - 9 - 4 南坑底板土方开挖3 0 层主体结构 2 0 0 6 1 1 - 0 4 南坑底板完成3 4 层主体结构 北坑第二道支撑开挖，南坑 2 0 0 6 1 2 1 5 4 0 层结构 下一层板开工 2 0 0 6 1 2 3l 主体结构封顶 2 0 0 7 1 1 4北坑底板土方开挖 2 0 0 7 - 0 2 12 北坑底板完成 2 0 0 7 - 4 18北坑下二层板 2 0 0 7 5 31北坑下一层板 2 4 基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 2 4 1 现场测试方案 为了监测越洋广场二期基坑开挖造成的车站墙体的位移，现场布置多种类 型的监测设备( 见图2 3 ) 。为了监测地下墙的竖向和水平向位移，静安寺车站 1 4 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 靠近基坑侧地连墙和东侧区间段共布置了4 0 个竖向监测，其中与基坑共用地连 墙上每5 米布置，共用墙西侧车站标准段每1 0 米布置，共用墙东侧端头井布置 两点，区间段每1 0 米布置，具体位置见图2 3 。 图2 3 越洋广场二期基坑工程与静安寺车站共用地连墙监测点布置图( 1 ) 图2 3 越洋广场二期基坑工程与静安寺车站共用地连墙监测点布置图( 2 ) 1 5 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 2 4 2 基坑开挖对已有车站墙体位移影响分析 ( 1 ) 不同开挖阶段墙体竖向位移分析 表2 3 测试点竖向位移最大值( r a m ) 监测点位移最大值 最大值时间监测点 位移最大值最大值时间 l g l2 12 0 0 7 2 - 6l g 一2 21 5 22 0 0 7 - 3 2 7 l g 一22 92 0 0 7 - 2 - 8l ( 广2 31 52 0 0 7 - 4 - 3 l g 一35 32 0 0 7 - 2 - 8l g - 2 41 4 52 0 0 7 - 3 - 2 8 l g 一46 12 0 0 7 - 2 - 9 l g 一2 5 1 5 12 0 0 7 - 4 - 1 7 l g 一5 9 32 0 0 7 - 2 - 9l g - 2 61 3 92 0 0 7 - 4 - 2 7 l 1 3 69 52 0 0 7 - 2 - 9l g 一2 71 2 92 0 0 7 4 2 3 l g 一71 0 42 0 0 7 - 2 - 9l g 一2 81 2 52 0 0 7 - 3 - 3 l g - 81 0 82 0 0 7 - 2 - 9l g 一2 9l o 92 0 0 7 - 4 - 2 l | 卜9 1 1 6 2 0 0 7 - 2 - 8 l g 一3 09 12 0 0 7 - 4 - 3 l g - 1 01 22 0 0 7 - 2 - 9l g - 3 16 12 0 0 7 3 - 7 l | g 1 1 1 2 82 0 0 7 - 2 - 9 l g - 3 2 5 62 0 0 7 - 2 - 8 l g 1 21 32 0 0 7 - 3 - 4l g 一3 36 02 0 0 7 - 3 7 l ( 广1 31 3 42 0 0 7 3 4l g 一3 44 12 0 0 7 - 2 - 7 l g 1 41 4 32 0 0 7 3 - 4l g - 3 53 32 0 0 6 3 一1 6 l g 1 51 52 0 0 7 - 3 - 4l g - 3 63 52 0 0 6 - 3 - 1 6 l g 1 6 1 6 32 0 0 7 - 3 - 6l g - 3 73 22 0 0 6 3 7 l g 一1 71 5 32 0 0 7 4 1 7l g 一3 82 52 0 0 6 - 3 - 9 l g 1 8 1 6 3 2 0 0 7 - 3 - 2 3 l g 一3 9 2 62 0 0 6 - 3 - 7 l g 一1 91 5 42 0 0 7 - 3 - 31l g 一4 03 32 0 0 6 - 3 - 7 l g 一2 0 1 6 1 2 0 0 7 - 3 - 3 0 l g - 4 1 3 12 0 0 6 3 - 1 3 l g 一2 11 5 22 0 0 7 - 3 - 2 1 监测数据的时间从2 0 0 5 年1 2 月开始，至今共2 3 个月。各监测点的时程曲 线随距离越洋广场距离的变化而变化。各监测点的竖向位移最大值见上表2 3 由表可知，墙体竖向最大位移值为1 6 3 咖，在l g 一1 6 、l g - 1 8 两监测点处， 两点处在越洋基坑与车站培体共用地连墙段的中心，监测点距离此中心越远， 墙体竖向位移的最大值越小，车站西侧l g _ 1 点的位移最小，车站东侧外区间段 位移最大值也较小，在2 3m m 之间 墙体竖向位移监测点1 4 1 所得位移值随时间变化曲线如图2 4 2 1 1 所示， 横坐标为监测时间，纵坐标为竖向位移。 图2 4 、2 5 分别为测点l g - 0 1 至l g - 0 5 和测点l g - 0 6 至l g 一1 0 的竖向位移 随时间变化的曲线，由图可知，位于共用地连墙东侧的测点l g 一0 1 至l g - 0 7 随 1 6 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 基坑开挖的施工，位移变化较大，且与共用地连墙东部侧点l g - 0 8 的距离对其 影响较大。测点l g 一0 1 、l g 一0 2 在整个测试过程中，位移变化幅值仅为3 舢， 南坑开挖阶段，与共用地连墙段测点位移变化相反，墙体下沉，最小值为- 1l l l f l l ， 最大值同样出现在北坑开挖结束阶段，但仅为2 1m m 。测点l g - 0 3 至l g - 0 5 位 移变化幅值比前两点略大，南坑开挖阶段同样出现下沉现象，但位移最大值随 与共用地连墙距离的减少而明显增加，测点l g - 0 5 的最大值为1 0l i l m ，出现在 北坑开挖结束时，但位移平稳期时间较长，上升和下降期都较短，突变较明显。 l g - 6 到l g _ 1 0 监测点位移变化阶段性较明显，在南坑开挖前缓慢增长，南坑开 挖期间保持平稳，北坑开挖时位移增速明显加快，北坑开挖结束达到最大值， 且位移最大值随着与共用地连墙距离的减少而明显增加，随后位移持续下降， 下降值同样与共用地连墙距离相关，距离越远下降越明显。 l z0 0 1 1 l o 0 0 9 & t 墨 童0 0 z 1 0 0 0 0 0 - 1 0 0 2 8 、2 9 分别为测点l g - 1 1 至l g 一1 5 、测点l g - 1 6 至l g - 2 0 、 盛测日期年月日 图2 4 测点1 5 竖向位移随时问变化关系 监p 1 日期年月日 图2 5 测点6 - 1 0 竖向位移随时间变化关系 1 7 ：一 群；胃室nll 髓粥 上上土。l上k上l上lll上 9 e t 6 5 8 2 l o l 2 心 ；鼍臻埘叵搿堆謦船卅 一 一 62 图 第2 章基坑开挖对已有车站墙体位移影响的现场测试及分析 测点l g - 2 1 至l g - 2 5 、测点l g - 2 6 至l g - 3 0 的竖向位移随时间变化的曲线，由 图可知，位于共用地连墙上的测点l g 1 1 至l g 一2 8 随基坑施工位移变化基本一 致，都随各开挖阶段的进行，阶段性明显，仅在数值最大值上略有差异，且从 2 0 0 5 年1 2 月份开始，各监测点墙体竖向位移随时间而增长，但增速缓慢，到 2 0 0 6 年4 月份，增加2 3m m 。2 0 0 6 年5 月至9 月各监测点位移保持不变，而 此期间正为越洋广场二期基坑南块开挖阶段，说明南坑的开挖对车站共用地连 墙这段的抬升影响较小，9 月份此段地连墙抬升较快