随着城市建设规模的不断发展，地下空间的建造越来越多.城市地铁车站建设的数量急剧增加，车站深基坑工程向规模更大、深度更深、环境及地质条件更复杂的方向发展.但与此同时地铁车站深基坑安全事故也频频发生，如杭州地铁1号线湘湖站深基坑坍塌事故等.深基坑工程仍是高风险、高难度的岩土工程热点课题^[1-4].因此开展对地铁车站深基坑的监测与分析研究具有重要意义.

目前，有许多学者对地铁车站基坑开挖引起的墙体位移、墙顶位移、深层土体位移、轴力、地表沉降等实测数据进行了研究分析^[5-10].廖少明等^[5]分析了苏州地区采用不同挡土结构、不同形状的大尺度深基坑的变形性状.张雪婵等^[6]以杭州庆春路过江隧道江南工作井为例，对墙体水平位移、地表沉降、地下水位及混凝土支撑轴力进行监测分析，并提出了高承压水控制和防治对策.张忠苗等^[7]对庆春路过江隧道深基坑监测数据进行分析，讨论了SMW工法加钢支撑围护结构体系基坑变形的影响因素.杨有海等^[8]对杭州地铁秋涛路车站深基坑监测数据进行分析，总结了工况对桩体的侧向变形与钢支撑轴力等的影响.丁智等^[9]对杭州地铁新塘路、景芳路交叉口工程深基坑进行监测分析，总结了土体深层水平位移和墙体深层水平位移的规律，分析了地下水位与地表沉降的关系.丁勇春等^[10]对上海软土地区地铁车站基坑实测数据进行分析，探讨了基坑围护结构变形、坑外土体变形及地表沉降的一般规律.但杭州地区土质条件特殊，对该地区地铁车站深基坑的实测分析还不充分，基坑开挖引起管线及建筑物不均匀沉降的报道也较少见.

本文以杭州地铁某车站深基坑工程为背景，分析了该基坑开挖引起的支撑轴力、地表沉降、建筑物沉降以及周边地下管线沉降实测数据的变化规律，针对施工和监测方案提出了一些建议.

1 工程概况 1.1 车站基坑概况

该地铁车站为地下4层岛式车站，结构形式为双柱3跨钢筋混凝土框架结构.主体基坑长149 m，标准段宽度21.9 m，盾构井段宽度25.8 m.端头井挖深34.5 m，标准段挖深33.0 m.西侧盾构井为双接收，东侧盾构井为始发和接收.围护结构采用1.2 m厚地下连续墙，地连墙总长58 m，其中端头井插入比为1:0.706，标准段插入比为1:0.681.

支撑体系第1道采用钢筋混凝土支撑，地下3层和4层顶板作为逆作板，其他6道支撑为钢支撑.端头井第2～5道支撑为Φ609×16钢管支撑，第6道为Φ800×16钢管支撑，第7道为双拼Φ800×16钢管支撑.标准段第2、3、5道为Φ609×16钢管支撑，第4、6、7道为Φ800×16钢管支撑.压顶梁为1 400 mm×1 000 mm钢筋混凝土，标准段第2、3、5道支撑采用H500×400×20×20钢围檩，第4道支撑采用1 400 mm×1 000 mm钢筋混凝土围檩.地下3层顶板以下采用长度8.7 m的高压旋喷桩抽条加固.车站附属结构包含6个出入口(公共区5个出入口，设备区1个消防出入口)及2组6个风亭.

本工程施工工序：1)地面平整后施工导墙，待导墙达到设计强度后分幅施工地下连续墙，之后施工高压旋喷桩及降水井；2)坑内潜水降水后，开挖并浇筑第1道支撑及压顶梁；3)待第1道支撑及压顶梁达到设计强度的90%以后，开挖并施工第2道支撑；4)开挖并施工第3、4、5道支撑；5)开挖并浇筑地下3层顶板，达到设计强度90%以后，开挖并施工第6道支撑；6)开挖并浇筑地下4层顶板，达到设计强度90%以后，开挖并施工第7道支撑；7)开挖至坑底，施工垫层、防水层、结构底板.待底板强度达到设计强度的90%以后，浇筑地下4层侧墙.待侧墙达到设计强度70%时，拆除第7道支撑；8)分别浇筑地下3层、2层、1层侧墙，并拆除相应支撑.

1.2 地质条件

该场地位于杭州东北部冲海积平原区，拟建场地第四纪覆盖层厚51~53 m.上部主要为钱塘江近代冲积沉淀的粉土、砂土，下部为海相沉积地层，各土层的物理力学指标见表 1.

1.3 水文条件

该工程南侧为官河，通过水闸与京杭运河相通，其水位受潮汐等影响明显.地下水类型主要为第四纪松散岩类孔隙潜水和孔隙承压水，深部为基岩裂隙水.浅部地下水属潜水类型，受大气降水及地表径流补给.地下水静止水位埋深一般为1.00～3.12m，潜水水位埋深为2.01 m.浅层地下水水位年变幅为1.0～2.0 m，多年最高地下水水位埋深0.5～1.0 m，地下水流速较小.承压水主要为深部第₄层圆砾中赋存的承压水(该两层承压水相通)，承压水含水层层面埋深42.0～43.0 m.

1.4 周边环境

该车站位于杭州市城东新城西南侧，北侧为在建火车东站西广场；东北侧为中建三局住宿板房群，位于基坑东北侧的杭州地铁1号线闸弄口站～火车东站区间已基本贯通，本基坑距区间隧道最近距离为33.08 m；东南侧为浅基础民房，距离基坑最近距离约18 m；西南侧毗邻新塘路与天城路改建道路及官河，官河距离本基坑围护结构35.31 m，河床底位于现状地面以下5 m；官河支流距离基坑围护墙体17.48 m，该河道目前已填埋作为环站西路临时路面.西北侧为某在建小区.

1.5 基坑监测项目及测点布置

基坑监测项目主要内容包括：1)钢筋混凝土支撑、钢支撑轴力；2)地表沉降；3)周边建筑物沉降；4)给水、燃气、电力、弱电等管线沉降.监测点平面布置图见图 1和图 2.

2 监测数据分析 2.1 支撑轴力数据分析

钢支撑轴力监测点共设置18个断面，从第2道支撑开始，其中第7道钢支撑时间短、数据少，故不作研究.图 3为ZL9断面钢支撑各层轴力图，正值表示受压，负值表示受拉，以下同.如图所示，轴力稳定以后，第4层和第6层钢支撑轴力最大，最终轴力值分别为2 750 kN和3 000 kN；其他层钢支撑最终轴力值均在1 500 kN上下；第2层轴力大于第3层和第5层，这与设计值第2层轴力设计最小有较大出入.

图 4为ZL10断面钢支撑各层轴力图.如图所示，轴力稳定以后，仍是第4层和第6层钢支撑轴力最大，但第4层钢支撑轴力明显大于第6层，稳定后大于4 000 kN，远大于报警值2 280 kN.第6层钢支撑轴力仍为3 000 kN左右.而其他钢支撑最终轴力值均在1 000 kN上下，相比设计值有较大的富余量，支撑轴力的设计还有待优化.

图 3、4表明：9月15日后第2、3道钢支撑布设后，轴力一直增长.10月20日当基坑开挖至第4层并架设下钢支撑后，前两道钢支撑轴力不再增加，而第4道钢支撑迅速受力，且轴力增长极快，直至第5道钢支撑布设下才逐渐趋于缓和，此后所有钢支撑轴力基本稳定.而后的挖土以及次年1月19日第6道钢支撑的布设使钢支撑轴力整体上升，但影响也较小.因此，在挖土初期需要加快钢支撑的布设并提高监测频率，若此时钢支撑道数较少容易引起轴力值迅速增长.

本工程第1道钢筋混凝土支撑轴力共设了18个测点，编号分别为ZL1-1~ZL18-1.选取4个测点数据，分析随时间的变化，见图 5.如图所示，曲线均呈现先增大、后减小、最终又增大的规律，在2012年10月中上旬达到第1个峰值，此时第3道钢支撑刚好架设完成.由图 3、4、5可知，随着后续支撑的架设完成，尤其是第4道支撑轴力值的迅速增加，第1道支撑的轴力会下降，甚至下降到0以下，表明此时地下连续墙墙顶有向坑外变形的趋势，即基坑断面呈现“喇叭口”形状.位于标准段的支撑轴力最小值的绝对值甚至接近最大轴力值，在2013年1月初达到最低值，并维持一段时间.

但在第6道钢支撑架设期间，各测点轴力开始增大.端头井段测点的支撑轴力上升至开挖过程中的最大值，ZL1-1的最终值为2 285 kN，ZL2-1的最终值为1 046 kN；而标准段测点的支撑轴力虽然也有所回升，但没有超过0，表明基坑短边对基坑变形发展有较强的约束作用，而长边的约束力较小.最终18个测点数据的平均值为-683 kN.文献^[6]、^[8]中第1道支撑轴力也有类似规律，但并未出现大量支撑轴力出现拉力的情况.因此在施工后续支撑时要加强对第1道支撑轴力的监测，防止钢筋混凝土支撑受拉力过大引起支撑和围檩脱开的情况.

2.2 地表沉降数据分析

本工程共设12组地表沉降监测点，绕基坑一周布置，编号CJ1-1~5至CJ12-1~5，本文取7个测点分析.图 6(a)为CJ10-1~5 5个测点的沉降时程曲线，负值代表沉降.如图所示，5个测点均表现为沉降，且随时间增加不断增大.CJ10断面中测点沉降值均不相同，CJ10-5沉降值最小，仅8 mm，CJ10-3沉降值最大，达到67 mm.图 6(b)为CJ1-1~5、CJ2-1~5、CJ4-1~5、CJ10-1~5、CJ12-1~5中每组沉降最大点的沉降时程曲线.地表沉降报警值为40 mm.如图所示，所有测点均表现为沉降，沉降值随时间增加而增大，位于端头井段的CJ2-3、CJ1-2、CJ12-4沉降曲线特征相似，最终沉降值也较小.CJ4-4最终沉降值最大，沉降值达88.61 mm.整体沉降速率较为稳定但最终沉降值均超出报警值，表明在该地区开挖深基坑时，要控制基坑开挖引起的地表沉降，施工水平还有很大提高空间.

由图 6可知本工程最大地表沉降为0.29%H(H为基坑开挖深度，本工程H=33 m)，杭州地区其他两处深基坑最大地表沉降值分别为0.11%H^[9]和0.27%H^[11]，均小于上海地区平均值0.38%H^[12].

图 7(a)、(b)分别为位于标准段的CJ3-1~5、CJ4-1~5、CJ10-1~5、CJ11-1~5和端头井段CJ1-1~5、CJ2-1~5、CJ12-1~5的地表横向沉降曲线(方便起见，下文令CJ1代表CJ1-1~5).测量范围约为1.5倍的基坑开挖深度.如图 7(a)所示，同在一侧的CJ3、CJ4沉降曲线形式相同，均为盆形，沉降最大点位于距基坑边25 m左右，值约为90 mm.而与CJ3、CJ4对称分布位于基坑另一侧的CJ10、CJ11并未呈现良好的对称性，CJ10、CJ11沉降曲线形式也不同，沉降点最大位于距基坑边10 m左右，值约为70 mm.CJ11位于浅基础建筑物处，随着与基坑边距离的继续增大，沉降曲线没有回弹.图 7(b)中CJ1、CJ2、CJ12沉降曲线形式较接近，最大沉降值平均为50 mm，明显小于标准段附近的测点.结合图 7，最大沉降点出现位置在10~25 m处，为0.3H~0.75H，杭州地区其他两处深基坑最大沉降点出现位置分别为0.23H~0.59H^[9]和0.34H^[11]，均小于上海地区平均值0.3H~1.0H^[12].

目前，基坑开挖诱发的地表沉陷预测方法主要有经典方法^[13-15]、有限单元法^[16-17]、理论解^[18]和模型试验法^[19].CJ3、CJ4的沉降时程曲线与杨敏^[16]方法所得的曲线形式较接近，而CJ2、CJ10则与钱建固^[18]方法更为接近.以上研究表明：1)地表沉降量随基坑开挖深度的增加而增大，地表浅基础建筑物的存在会造成沉降值增大；2)地下连续墙与外侧土体的摩擦力能约束土体的下沉，靠近地连墙的沉降量并不大，最大沉降量发生在距离基坑一定距离处；3)基坑开挖引起的地表沉降具有明显空间效应，标准段附近测点的最大沉降量明显大于端头井附近测点；4)地表沉降曲线形状与挡墙位移形式有关，具体还有待研究.

2.3 对周边建筑物的影响分析

本工程在图 1建筑物墙上钻孔埋设测点，绕建筑物一周共布置14个测点，本文取10个点进行分析.该建筑物为浅基础砖混结构，总体2层，局部3层.图 8为JCJ1、JCJ2、JCJ4、JCJ14、JCJ16的沉降时程曲线，沉降报警值为±30 mm，差异沉降报警值为2.5‰L(L为两测点间距离).

如图 8所示，所有测点均表现为沉降，且随时间增加而增大.JCJ14离基坑最远，最终沉降值最小，沉降曲线最平缓，2013年4月以后沉降曲线逐渐稳定，最终沉降值为10 mm.JCJ4离基坑最近，最终沉降值最大，没有出现突变性沉降，沉降速率较稳定，最终沉降值76.7 mm，严重超出报警值.JCJ1、JCJ2两点间距约为4 m，JCJ2沉降速率略大于JCJ1，JCJ2最终沉降值48.6 mm，超过沉降报警值.此外，两点差异沉降值达到19.9 mm，大于差异沉降报警值10 mm.

图 9(a)、(b)分别为JCJ4、JCJ3、JCJ2、JCJ1、JCJ17、JCJ16和JCJ4、JCJ5、JCJ7、JCJ8的两面墙体的沉降曲线，均以JCJ4作为基准点.如图所示，所有点均表现为沉降.由图 9(a)可知，随着与JCJ4距离的增大，沉降值减小，距离15 m后沉降值有所增加，之后又减小，建筑物发生了扭曲变形，这是因为建筑物中部发生沉降、变形要克服的阻力更大.随着时间的增加，JCJ2、JCJ1的差异沉降值明显增加.图 9(b)中随着与JCJ4距离的增大沉降值一直减小，由于测点布置较少，无法确定在距离JCJ4测点15 m处是否与图 9(a)有相似规律.整体而言，建筑物沉降值仍是随着与基坑距离的增加而减小.

对图 8、图 9的研究表明：1)基坑开挖导致挡墙发生位移，带动邻近建筑物下方土体移动，导致建筑物沉降；2)沉降值随时间增长基本呈线形分布，建筑物的沉降值与沉降速率随着基坑开挖深度的增加而增加；3)对于离基坑不同距离的建筑物测点，距离越远，沉降值不一定越小；4)同一幢建筑物的测点沉降程度不同，最终产生较大的差异沉降和扭曲变形，要加密监测点，并加强对建筑物差异沉降的监测，以防止影响正常使用.

2.4 对周边管线的影响分析

基坑周边市政管线情况见表 2.由于弱电、燃气、给水、电力管线并排放置在一起，沉降曲线特征几乎相同，故本文仅取燃气管线为研究对象.本工程在燃气管线上设10个沉降点，本文取其中4个测点进行分析.

图 10为燃气管线沉降时程曲线.如图所示，4个点沉降速率都比较稳定，未出现明显的波动.其中RQ10距基坑最远，最终沉降值也最小，为7.29 mm；RQ5位于端头井附近，离基坑最近，距基坑短边11.5 m，最终沉降值为38.78 mm；RQ8比RQ9距基坑长边略近，约14.7 m，沉降趋势几乎相同，但RQ9最终沉降值大于RQ8，达到76.18 mm.RQ5和RQ9与基坑距离相近，但最终沉降差值达到37.4 mm.

对图 10的研究表明：1)位于同区段的测点，管线沉降量随着与基坑边距离增加而减小；2)由于基坑开挖的空间效应，地层产生纵向不均匀沉降，导致平行于基坑侧墙的地下管线也产生不均匀沉降，易影响管线安全使用；3)管线沉降量随着基坑开挖深度增加而增大，并且在靠近基坑标准段中部的测点沉降值较大，也是较容易发生破坏的位置，在实际工程中应重点监测和防范.

3 结语

1) 支撑轴力不一定呈上小下大趋势.支撑布设初期，轴力值容易出现迅速增长甚至超过报警值的状况，施工时应注意加快支撑布设以及提高监测频率.随着后续支撑的布设，第一道支撑轴力出现较大拉力，要防止支撑与围护结构脱开.

2) 地表沉降值随开挖深度增加而增大，且具有明显的空间效应，处于标准段的测点沉降值大于端头井的值.沉降曲线与挡墙位移形式有关，多呈盆形，地表荷载的不同也会对沉降曲线产生影响.

3) 由于基坑开挖的空间效应，导致平行于基坑侧墙的地下管线产生不均匀沉降，在靠近基坑标准段中部的测点沉降值最大.整体而言，建筑物沉降值随着与基坑边距离的增加而减小，同一幢建筑物的沉降程度不同，会产生差异沉降，在实际工程中应重点监测和防范.

本文在分析各监测项目数据时较为独立地研究其规律以及成因，没有考虑不同监测项目数据的内在联系，还有待进一步研究.