地铁车站深基坑支撑轴力变化规律分析

2019年2月

Municipal Engineering

市政工程建 筑 技 术 开 发

Building Technology Development地铁车站深基坑支撑轴力变化

规律分析

樊晓晶

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

［摘 要］对于地铁车站而言，地表的安全系数要增强才能保证地下施工的安全系数，因此绝大多数都是采用明挖方法进行施工，这样就导致很多深基坑问题的出现。对于每一个深基坑而言，其地质和水文条件都不相同，产生的问题点也不同，因此做好深基坑支撑轴力变化规律研究是非常重要的。［关键词］地铁车站；深基坑；支撑轴力；变化规律［中图分类号］U 231.3　　　　　［文献标志码］A　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）03–0092–02

Analysis of Supporting Axial Force Variation of Deep

Foundation Pit in Subway Station

Fan Xiao-jing

［Abstract］For Metro stations，the safety factor of ground surface should be enhanced to ensure the safety factor of underground construction，so most of them are constructed by open-cut method，which leads to many problems of deep foundation pit.For each deep foundation pit，its geological and hydrological conditions are different，and the problems are also different. Therefore，it is very important to do a good job in the study of the variation law of the supporting axial force of deep foundation pit.［Keywords］subway station；deep foundation pit；supporting axial force；variation rule

1 工程概况

某地铁车站的基坑的平面呈现出矩形形状，该基坑的长度是264.4 m，标准段的宽度是21.3 m，两个端点之间盾构井的宽度是25.4 m，标准路段开挖的深度在16.0~17.0 m之间，北端点盾构井的深度是17.9 m，南部端点盾构井的深度为17.5 m。

同时，基坑在围护过程中基坑以采用800 mm的地下连续墙与水平支撑2种相结合的方式为主，在第1道中，钢筋混凝土支撑轴线要在地平面位置以下的1.0 m左右；第2道要使用双频钢管进行支撑，其中下支撑中的轴线要在地平面位置以下的7.5 m左右；第3道则使用的是钢管进行支撑的，支撑的中轴线在地下13.2 m深处。

通过对该地区的地质条件进行考察发现，其地质条件是非常复杂的，主要原因在于该地区的地层中有一层较厚的泥炭质土，这些泥炭质土的厚度平均在4 m以上。由于这些泥炭质土是在潮湿和缺氧的情况下，动植物的遗体没有经过充分地分解而形成的有机质土，导致这种土质的含水量非常高，大多含水量超过了50%，有的甚至在90%以上。这样使得这些土质具有压缩性高、流动性强的特点，这些对于工程施工的顺利进行是极为不利的。

当雨水比较充沛的时候，其最高水位接近修筑场地的自然地表。而在比较干旱的季节，该地区的地下水位大概在4~6 m左右。至于地下水的类型，主要以上层滞水和孔隙承压水这2种类型为主。

3 地铁车站深基坑支撑轴力数据分析

关于地铁车站在开展深基坑监测工作的时候，支撑轴力是一个非常重要的方面和内容，随着开挖的不断变化，对支撑轴力进行监测能够及时准确地了解和掌握基坑支撑承受压力的情况，也可了解基坑的状态是不是安全可靠的，这是一项具有直观特性的监测项目。

在基坑的实际施工过程中，所选取的研究对象主要是以北端头井和栈桥处的支撑这2处为主。在对北端头井进行施工时，所采取的支撑总共有5道：除了第1道采用的是混凝土支撑外，其他的4道均是采用钢管进行支撑的，这些钢管的规格都是一样的，直径为0.6 m，管壁厚度为16 mm。

第1道混凝土支撑是在地面标高下的1.5 m处，第2道钢管支撑是在地面标高下的6.0 m处，第3道钢管支撑是在地面标高下的10.2 m处，而第4道钢管支撑是在地面标高下的14.5 m处，第5道钢管支撑在地面标高下的17.7 m处。至于对栈桥工程的施工，则是设置了3道支撑。所有的支撑都是使用的直径为0.6 m、管壁厚度为16 mm的钢管。

对于第1道钢管支撑的设置，位于地面标高下的1.0 m处；对于第2道支撑，所运用的是双频钢，其上撑设置在位于地面标高下的6.2 m处，而其下撑所设置的位置则位于地面标高下的7.0 m处；对于第3道支撑的设置，则位于地面标高下的13.2 m处。

从北端头井处支撑轴力随时间变化曲线可知，斜撑ZL1-1 的最大轴力值为1 154.62 kN，基坑变形稳定后的轴力值为882.54 kN，基坑开挖到底时的轴力值为980.57 kN，为最大轴力值的85%，为稳定后轴力值的111%。至于ZL1-2这一斜撑，其最大的轴力值为1 698.67 kN。这个斜撑所处的基坑稳定后的轴力值为1 243.13 kN，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了1 468.83 kN，为最大轴力值的85%，为稳定后轴力值的111%。对于ZL1-3这一横撑而言，其最大的轴力值为

2 工程地质及水文地质

为了对该工程的工程地质和水文地质有更加详细、透彻的了解，因此进行了非常详细地地质勘探，根据勘探的报告显示，该工程的地层分布情况主要如下。（1）该地质的第四系为人工活动层。

（2）第四系上为全新世冲洪积层，其主要组成成分由下往上依次是：1层粉质粘土；2层粘土；3层粉质粘土；4层粉土；5层泥炭质土。由于这个地区的地质条件非常复杂，所以导致了各地层之间形成了相互交错的情况，不过也有一些地区只分布着1种类型的地层，且这个地区的降雨量比较充足，

收稿日期：2018–10–15作者简介：樊󰀃晓晶（1982—），男，山西太原人，工程师，主要研究方向

为施工及管理。

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Municipal Engineering

市政工程第46卷第3期

2019年2月

616.89 kN。

这个横撑所处的基坑稳定后的轴力值为424.66 kN，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了432.81 kN，这一轴力值达到了斜撑ZL1-1最大轴力值的70%，并且是基坑稳定后轴力值的102%。对于ZL3-1这一支撑，其最大的轴力值为816.49 kN。这个支撑所处的基坑稳定后的轴力值为791.13 kN，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了576.32 kN，这一轴力值达到了ZL3-1这一支撑最大轴力值的71%，并且是基坑稳定后轴力值的73%。最后我们还可以得出，对于ZL4-1这一支撑，其最大的轴力值为189.48 kN。这个支撑所处的基坑稳定后的轴力值为187.20 N，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了60 kN，这一轴力值达到了ZL4-1这一支撑最大轴力值的60%，并且是基坑稳定后轴力值的61%。

通过对曲线的观察可以得出，当某1个支撑在下1个支撑架设并施加相应的预应力之后，这1支撑的轴力值会出现一定量的减少，不过此时对于墙体所传递过来的压力，则是由支撑的上半部分和下半部分来共同承担的。与此同时还可得出：对于同1个断面，其上半部分支撑的轴力值要明显大于其下半部分的轴力值。通过对第1道支撑与第3道支撑进行比较可以得出，第1道支撑的轴力值大概是第3道的两倍。并且相比较于横撑，斜撑所承受的压力也要明显大很多。斜撑所承受的轴力值大概也为横撑所承受轴力值的2倍。

从基坑中部支撑轴力随时间变化曲线可：对于ZL1-10这一支撑，其最大的轴力值为1 049.25 kN。这个支撑所处的基坑稳定后的轴力值为845.65 kN，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了988.10 kN，这一轴力值达到了ZL1-10这一支撑最大轴力值的94%，并且是基坑稳定后轴力值的117%。对于ZL2-8这一支撑，其最大的轴力值为376.43 kN。这个支撑所处的基坑稳定后的轴力值为372.49 kN，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了279.29 kN，这一轴力值达到了ZL2-8这一支撑最大轴力值的74%，并且是基坑稳定后轴力值的75%。

最后对于ZL3-8这一支撑，其最大的轴力值为453.43 kN。这个支撑所处的基坑稳定后的轴力值为445.54 kN，当这个基坑开挖到底之后，其最大的轴力值达到了328.14 kN，这一轴力值达到了ZL3-8这一支撑最大轴力值的72%，并且是基坑稳定后轴力值的74%。

从图线像中还可得出：第2道支撑的轴力值变化曲线与第3道支撑的轴力值变化曲线是非常接近的，并且其轴力值达到最大时都是在拆撑之前。而当支撑所处的基坑在开挖到底之后，此时的轴力值都只为最大轴力值的73%左右。

4 地铁车站深基坑支撑轴力变化的主要因素及建议

4.1 轴力变化的主要因素

在对地铁车站的基坑进行监测的时候，支撑轴力在测量的时候受到很多因素的制约造成数值出现了比较大的偏差。造成这一现象主要是以下几方面原因导致的。4.1.1 混凝土徐变的影响

随着施工工期的不断变化，浇筑之后的混凝土徐变也会有所增大，一直到其呈现出稳定状况为止，同时混凝土徐变受荷载、时间以及外部环境等影响因素的影响，还与历史、施工工期等因素的影响，并且徐变的发生会促使混凝土结构变形情况不断增大。

其次尽管钢筋发生了徐变，但是其只是与现在的应力有一定关系，与历史应力没有任何关系，并且徐变的速度效率与最开始的混凝土徐变速度效率有很大的差别，要小很多；与钢筋轴向变形速度效率相比较，混凝土轴向变形速度效率要大些，这样就促使这两种轴向变形之间出现额外附加的内力，进而导致轴力在测量的过程中出现很大的偏差。

4.1.2 混凝土的收缩影响

在对钢筋混凝土开展正常支撑工作的过程中，混凝土体积出现了相应的收缩，其中造成这一现象的原因主要是因为环境中的相对空气湿度与混凝土施工工期时间，与构件的厚度、水泥石灰之间的比例，以及环境的温度等有直接的关系。同时收缩和徐变的影响是相类似的，混凝土在收缩的时候会出现变形情况，但是钢筋混凝土中的钢筋不会发生收缩，所以要对变形的协调性进行充分考虑。4.2 建议及处理方法

基坑混凝土支撑实测轴力和设计轴力存在较大的差异是深基坑施工监测工程中经常出现的情况，系受多种因素控制的，只要综合考虑这些影响因素，制订合理的优化方案，便能将这种差异降低到最小。4.2.1 混凝土收缩、徐变产生的附加应力

由于目前缺乏可直接测量混凝土支撑轴力的有效实用仪器以及更先进、更近于实际的理论计算方法，因此需从混凝土支撑轴力的初始值取值时间上进行控制，应在混凝土支撑浇筑完毕达28 d 强度后，基坑土方开挖前进行采集。在有条件的情况下，同层混凝土支撑体系中可在典型位置设置几道钢支撑，因钢支撑的支撑轴力是直接的、精准的，这样可以校核混凝土支撑监测轴力的误差。4.2.2 温度影响及初始值的采集

由于深基坑工程地下阶段施工时间较长，可能遇到季节交替，温度变化较大的情况，在初始值的采集过程中，如遇冬季，大气温度较低，而后续施工过程中温度逐步上升时，应尽可能地将初始值采集时间放在白天中午气温较高时进行。在日常监测过程中应选取每日同一时段温度接近的时候进行支撑轴力的测量。

因本工程中使用的钢筋应力计不具有测量混凝土内部温度的功能，通过数据统计，仅能初步计算出大气温度升降对轴力的影响，建议监测单位在计算应力值时，能够通过混凝土温度测量，进行必要的温度修正。

5 结论

通过本文分析可知，在地铁车站深基坑的支撑过程中， 第1道支撑比第2道支撑所承受的轴力值要大得多，大概是两倍左右，并且斜撑比横撑承受的轴力值要大。因此，在实际的施工过程中，要采取合理的支护措施，注意支护结构的稳定性，从而才能确保我国地铁工程朝着健康稳定的方向 发展。

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