第31卷第2期Vol.31No.2
文章编号：1008-0562(2012)02-0155-04
辽宁工程技术大学学报（自然科学版）
JournalofLiaoningTechnicalUniversity（NaturalScience）2012年4月Apr.2012
大连地铁车站基坑变形特性分析
麻凤海，胡国栋，杨清源，郭循杰
(大连大学建筑工程学院，辽宁大连116622)
摘
要：为了研究大连地铁车站基坑变形特征以及基坑变形与开挖深度的关系，采用统计分析、数值拟合相结合的方法，通过对基坑实测数据的分析，结果表明：大连地区基坑墙后地表沉降最大值约为基坑深度的0.154%，基坑围护结构最大侧向位移值约为基坑深度的0.159%；最大地表沉降值与围护结构最大侧向位移值比为0.97，近于相等.研究结果可对后续地铁车站建设的设计提供一定依据，初步经济有效地控制由于车站深基坑变形引起的周围地层的移动.关键词：地铁基坑；地表沉降；侧向位移；基坑深度；围护结构；变形特性；统计分析；数值拟合中图分类号：U231
文献标识码：A
DeformationcharacteristicsanalysisonfoundationpitatDaliansubwaystation
MAFenghai,HUGuodong,YANGQingyuan,GUOXunjie
（CollegeofCivilandArchitecturalEngineering,DalianUniversity,Dalian116622,China）
Abstract:Foundationpitengineeringisacomprehensiveengineeringsystem.Currentlytheresearchonthedeformationofdeepfoundationpit,inparticularsubwayfoundationpit,islimited.ThispaperinvestigatesthedeformationcharacteristicsofsubwayfoundationpitandtherelationshipbetweenpitdeformationandexcavationdepthatDaliansubwaystationfoundationpit.Usingthemethodsofstatisticalanalysisandnumericalfitting,themeasureddatafromfoundationpitareanalyzed.Theresultsshowthatthemaximumofsurfacesettlementisabout0.154%offoundationpitdepth,themaximumoflateraldisplacementofretainingstructureisabout0.159%offoundationpitdepth.Inaddition,themaximumvalueofgroundsettlementandthemaximumlateraldisplacementofretainingstructureisverycloseto0.97.Throughthestatisticalresultanalysis,itprovidesabasisforthefollow-upconstructiondesignonsubwaystation.Therefore,themovementsofgroundsurroundingthesubwaystationcausedbydeepfoundationpitdeformationcanbeeconomicallyandeffectivelycontrolled.
Keywords:subwayfoundationpit;surfacesubsidence;lateraldisplacement;depthoffoundationpit;supportingstructure;deformationcharacteristics;statisticalanalysis;numericalfitting
0引言
[1-2]
在中国，张树光[6]用人工神经网络对基坑周边地表沉降进行了预测分析.徐中华[7]研究总结了上海地区支护结构与主体地下结构相结合的基坑的变形规律.然而，对于大连地区深基坑尤其是地铁车站基坑的变形规律，尚缺乏认识.
本文针对大连地铁明挖车站基坑的变形特性，运用统计分析、数值拟合相结合的方法进行深入研究，对后续地铁车站建设设计提供依据，在确保满足地铁建设质量与施工进度的同时，经济有效地控制由于地铁车站深基坑施工引起的周围地层的移动，保护邻近建（构）筑物与道路、铁路以及地下市政管线设施等的安全.
在城市建设中，深基坑开挖引起周围地层的移动变形问题越来越受到人们的重视
.为了保证施
工的安全和支护的可靠性，需要进一步探索深基坑开挖对周边地层沉降规律以及基坑的变形行为.
1969年Peck提出了地层损失的概念和估算地表下沉的实用方法.1970年Lambe回顾了基坑开挖中影响土体位移的相关因素，指出从工程案例中得到的经验是分析深基坑开挖行为的最有效的途径之一.2001年Long[5]收集了大量基坑工程的墙体变形和土体变形的实测资料，根据土层条件进行分类，并分析了各类情况下基坑的变形.讨论了开挖深度、支撑系统刚度、坑底抗隆起稳定系数等对基坑变形的影响，这对理解基坑变形的变化趋势具有积极作用.
[4]
[3]
1基坑变形曲线特征分析
基坑开挖的过程是基坑开挖面上卸荷的过程，
收稿日期：2011-11-29
基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（20092142）
作者简介：麻凤海(19-)，男，吉林长春人，博士，教授，主要从事煤矿开采、地下结构设计
向的研究.本文编校：张凡
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由于卸荷而引起围护结构在两侧压力差的作用下而产生的水平位移以及因此而产生的围护墙后土体的地表沉降，同时引起坑底土体产生以向上为主的位移.研究证明[8-9]，这三方相互关联，其中围护结构的水平位移和墙后地表沉降对环境的影响最大，是研究的重点.
大连地铁车站基坑可分为悬臂式支护基坑和带内撑支护基坑，结合这两种不同的支护形式，选取了部分车站对基坑实测数据进行了变形曲线的特征分析.
分别选取三个悬臂支护基坑（编号1、2、3）和有内支撑支护基坑（编号4、5、6），利用现场实测数据，分别绘制基坑墙后地表沉降曲线与围护结构侧向位移曲线，见图1、图2.1.1
悬臂支护基坑变形曲线
距基坑边缘距离/m
010203040
50
-5m/值-10移位-15向侧-20构结-25基坑1护围-30基坑2-35基坑3
-40
图1悬臂基坑墙后地表沉降Fig.1
surfacesettlementofthewallofcantileverfoundationpit
围护结构侧向位移/mm
01020
3040
-5m/-10度深坑-15基-20基坑1-25基坑2基坑3
-30
图2悬臂基坑围护结构侧向位移
Fig.2lateraldisplacementofcantileverfoundationpit
由图1、图2得出：悬臂支护基坑的变形曲线主要表现为：基坑周边最大地表沉降值发生在基坑边缘（或近于基坑边缘），围护结构的最大侧向位移发生在维护结构顶端.1.2
有内支撑支护基坑变形曲线
距基坑边缘距离/m
010
203040
50
-5m-10
m/量-15降沉-20表基坑4地-25基坑5-30基坑6
-35
图3带内支撑基坑墙后地表沉降
Fig.3surfacesettlementofthewallof
foundationpitwithinternalsupport
围护结构侧向位移/mm010
20
30
40
-5-10m/-15度深坑-20基坑4基-25基坑5-30基坑6
-35
图4带内支撑基坑围护结构侧向位移
Fig.4lateraldisplacementofcantileverfoundationpitwith
internalsupport
由图3、图4得出：有内支撑支护基坑变形曲线主要表现为：基坑周边最大地表沉降点发生在距基坑边缘一定距离处，围护结构的最大侧向位移发
生在距基坑底部一定距离处.
2地表沉降和围护结构变形分析
结合大连地铁车站部分基坑实测断面的数据
资料，基坑实测断面数据结果统计见表1.
第2期麻凤海，等：大连地铁车站基坑变形特性分析
表1基坑实测断面数据结果统计
Tab.1
themeasuredcrosssectiondatastatisticaloffoundationpit
最大地面沉降δv
/mm26.3419.5629.3719.9721.0335.16.2023.5629.13
最大侧向位移δh
/mm23.6522.6135.2620.6925.3828.5620.3621.2531.67
(δv/H)/%0.250.230.140.120.190.180.090.140.160.09~0.250.16
(δh/H)/%0.220.270.170.120.230.140.110.120.170.11~0.270.17
δv/δh1.130.850.8210.821.280.811.160.94
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基坑编号
①②③④⑤⑥⑦⑧⑨实测统计范围统计平均值
开挖深度H
/m10.408.3120.6616.4510.8519.2017.3016.7617.60
0.81~1.280.97
由表1得出基坑变形的相互关系如下：（1）基坑周围最大地表沉降值与基坑开挖深度的关系
δH，h=α
H为开挖基坑深度，m.
4035
（1）
式中，δmm；α为经验系数，h为最大地表沉降值，
式中，δ为经验系数；h为最大地表沉降值，mm；β
H为开挖基坑深度，m.
同样，由表1知，β=0.11%~0.27%，对数值进行拟合，如图6，得β=0.159%，其经验系数较为接近统计平均值（β=0.17%）.
403530
mm/25移20测大15最1050
5
101520基坑深度/m
25
δh=0.159%H
m30
m/25量降20沉表15地10大最5
0
5
10
15
20
δv=0.154%H
2530
基坑深度/m
图6围护结构最大侧移与基坑深度的关系
Fig.6therelationshipbetweenMaximumlateraldisplacementof
theretainingwallandthedepthoffoundationpit
图5地表最大沉降值与基坑深度的关系
Fig.5therelationshipbetweenthemaximumgroundsettlementvalueandthedepthoffoundationpit
因此，大连地区车站基坑维护结构的最大侧向变形基本在0.11%H~0.27%H范围内，这与Goldberg等[10]统计的结果相近，约为0.16%H.
（3）由表1还可以得知
由表1知，α=0.09%~0.25%.对数值进行拟合，如图5，得α=0.154%，其经验系数较为接近统计平均值（α=0.16%）.
由此，大连地区开挖基坑周围地表沉降的最大值可根据基坑的开挖深度大致估算.
（2）基坑维护结构最大侧向位移与基坑开挖深度的关系
αδ.v=(0.81~1.28)δh
（3）
由图7数值拟合曲线知：车站基坑地表沉降的最大值与围护结构最大侧移近于相等，比值为0.97.与刘涛[11]对上海地区统计的结果较相近.
δH，h=β
（2）
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4035mδv=0.97δh
m/30量25降沉20面地15大最1050
5
10
15
20
25
30
35
40
围护结构最大侧移/mm
图7地表沉降最大值与最大侧移的关系Fig.7therelationshipbetweenMaximumsettlementandthe
maximumlateraldisplacement
3结论
通过对大连地铁车站基坑案例中工程实测数据的统计分析以及基坑变形与开挖深度的数值分析发现：
（1）大连地区悬臂支护基坑的最大地表沉降值发生在基坑边缘（或近于基坑边缘），围护结构的最大侧向位移发生在维护结构顶端；有内支撑支护基坑周边最大地表沉降点发生在距基坑边缘一定距离处，围护结构的最大侧向位移发生在距基坑
底部一定距离处.
（2）对开挖深度在8.31～20.66m范围的地铁车站基坑，墙后最大地表沉降在0.09%H～0.25%H范围内，平均值为0.16%H.围护结构最大水平位移0.11%H～0.27%H范围内，平均值为0.17%H.
（3）地铁车站基坑墙后最大地表沉降与围护结构最大侧移较为接近δv=0.81~1.28δh，平均比值为0.97.
由于大连地铁车站基坑未全面完工，因此，本文所统计的工程实测数据有限.随着大连地铁建设的逐步完工，在以后的研究工作中，将重点对经验
预测数据、实测数据、数值分析数据做出系统分析，以进一步完善大连地区地铁车站基坑变形预测分析理论.参考文献：
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