学文网【摘 要】以宁波地铁车站基坑为背景，通过大量现场监测数据的统计分析，研究宁波特定地质条件下，地铁车站基坑周边地表沉降的一般规律。分析结果表明：宁波地区坑外地表变形表现为“凹槽形”模式；围护结构外侧地表沉降影响范围大于上海软土地区；深基坑开挖引起的最大地表沉降大概在距离基坑边缘0.5～1.0H以内的区域；平均地表最大沉降为1.35倍的围护结构最大侧移。所得结论可用于初步判断车站施工引起的最大地表沉降，并可为地铁车站施工环境影响预测提供依据。
【关键词】宁波地铁；车站基坑；地表沉降；变形规律
1. 前言
（1）宁波及其它一些南方沿海城市如上海、杭州等是我国经济发展最快的地区，在这些地区开发利用地下空间的步伐也正日益加快。伴随着这些大型市***设施的施工及大量地下空间的开发，深基坑工程的大量涌现，并正在向超深、超大方向发展。然而由于基坑设计理论的不尽完善、施工的不可预见性、地层变异性大，周围环境的错综复杂，深基坑施工所造成的基坑坍塌、建（构）筑物倾斜或开裂、道路沉陷、管线爆裂等事故屡有发生，也造成了巨大的经济损失，引起了严重的社会后果。
（2）在地铁建设中，深基坑开挖引起的周围地层沉降问题越来越受到人们的重视，由于沉降造成临近建筑物及地下管道、电缆的变位和破坏带来的损失是极大的。坑外地表沉降反映了基坑开挖对环境的影响，也是判断支护体系有效性的重要指标。在软土地区开挖基坑时，一般都要对此项目进行测量，根据周围环境要求设定地表沉降预警值，以确保基坑稳定性及周围建筑物的安全。
（3）宁波市目前已经规划了6条地铁线路，其中1、2号线正在如火如荼的建设中。由于前期宁波地区大规模地下工程，特别是超大、超深基坑等建设经验的匮乏，同时宁波地区土质为第四系滨海平原沉积层，属典型的软土地区，具有高含水量、高灵敏度、高压缩性、低密度、低强度、低渗透性等特点，土体具有很大的流变性和蠕变性。尽管在地层结构上与相邻的上海、杭州等地有一定的相似性，但是从具体的土层特性上看还是存在一些本质的区别，因此为更好的指导宁波地区地铁建设工程的施工，有必要深入研究宁波地区基坑周边地表沉降规律。
2. 基坑周边地表沉降规律研究现状
（1）基于上述对该项工作的研究意义和目的，作为工程风险管控的重要标准，地铁车站基坑的地表沉降变形规律成为工程关注的焦点。由于目前各地区设计、施工工艺、施工水平的参差不齐，加上地质水文条件、外部环境保护要求等客观因素的制约，要形成一个能通观全局、包打天下的规律还比较困难，所以当前各方对该项工作的主要研究也大部分针对于具体情况下的或有明确地区特征条件下的地区性规律的制定和研究。
（2）目前我国在地下结构领域特别是轨道交通行业等工程建设过程中的监控控制指标体系研究按其研究主体主要分为两大类，一类是有国家及地方建设主管部门编写的规程、规范中的规定，第二类是部分科研团体、设计院以及学者基于某些实际工程的现实需求开展的针对性研究。大部分规范、规程的制定主体还是集中在北京、上海、广州等几个走在地下工程建设前列的城市，其他城市则很少有相关地方标准可以参照。
（3）除了上述国家及地区部分规范对周边地表沉降进行了规定外，国内部分科研实际单位及学者也在近年展开了对周边地表沉降规律进行了研究[1～10]。北京城建勘测设计研究院有限公司[11]、徐中华[12]、刘涛[13]等成果中也给出了具有地区代表性的规律，也为后续的相类似研究提供了很好的参考。
3. 宁波地铁1号线车站基坑周边地表变形规律研究思路
采用以数据挖掘技术对目前宁波地铁1号线已经实施的若干基坑的动态监测数据进行统计分析。将目前已实施完成的基坑工点分成样本工程和非样本工程两大类，样本工程的选取原则为地质条件常见、围护结构形式（基坑）普遍，样本工程之外的定为非样本工程；通过挖掘宁波地区1号线样本基坑墙后地表沉降数据，剔除地表受基坑边机械碾压等影响后的不合理数据，得到宁波地区地质条件下，基坑垫层浇筑完毕时，墙后地表沉降主、次影响范围与基坑开挖深度的关系，墙后地表最大沉降点到基坑的距离与基坑开挖深度的关系。通过统计墙后地表最大沉降量、地墙最大水平位移，得到墙后地表最大沉降量、基坑开挖深度H与地墙最大水平位移、基坑开挖深度H的关系，得到地表变形与地墙变形的关联规律。
4. 宁波地铁1号线车站基坑周边地表变形规律
本文收集了宁波地区13个具有墙后地表最大沉降数据的样本地铁基坑案例。首先，基坑的变形控制指标与基坑环境保护等级密切相关，环境保护等级越高变形控制也越严格。宁波地铁基坑等级的划分依据《上海基坑工程技术规范》，分为一、二、三级，选取的地铁一号线一期工程13个地下车站基坑保护等级如表1所示。
4.1 地表最终变形。
（1）基坑周围的地表变形模式可分为“三角形”（地表沉降值随距坑壁距离增大而线性减小）和“凹槽形”（最大沉降点距基坑边尚有一定距离）。悬臂开挖时，由于卸载作用，坑壁朝坑内倾斜带动其周围土体向坑内移动，使得坑壁处地表沉降最大，地表最终常常表现为“三角形”变形模式；“凹槽形”主要发生在设有良好的支撑，而且围护结构插入较好土层或围护结构足够长时，这时地表最大沉降点离基坑边有一定距离，两种沉降模式见下***1。
（2）***2为相关测点最终地表变形与距围护结构距离的关系。从***中可知宁波地区坑外地表变形表现为“凹槽形”模式；除距坑壁5m内极少数地表表现为隆起外其余均为沉降；距离坑壁0～12m内地表沉降逐渐增大，地表沉降最大值主要分布在距离坑壁7～17m范围内；当测点距坑壁20～30m时地表沉降逐渐减小；而距坑壁30m以外地表最终沉降很小。
4.2 地表沉降的空间分布。
（1）基坑围护结构后地表沉降具有明显的空间效应。Peck将地表测点距离围护结构的水平距离d与基坑开挖深度H的比值作为横轴，同时将地表沉降也无量纲化（某点沉降值与基坑开挖深度H的比值）作为纵轴，来考察围护结构外侧地表沉降的分布，本文借鉴这一思路。
（2）分析***3可以看出，围护结构外侧地表沉降影响范围大概在4.0H，大于上海软土地区的3.5H，因此可以认为在宁波开挖所引起的地层变形主要在这个区域内。
（3）进一步分析地表沉降的分布模式，借鉴Clough24和Hsieh的研究路径，以某一个测点的地表沉降值（δ ）与同一组测点中的最大地表沉降值（δm ）的比值作为纵轴，横轴保持不变仍为测点距离围护结构的水平距离d与基坑开挖深度H的比值重新做***，则***形变化为***4。
（4）可以看出，基坑外侧地表沉降被包络在一个多边形的区域。最大沉降同样落于0.5～1.0H范围内，1.0～2.0H区域为影响衰减区域。因此可以认为在宁波，深基坑开挖引起的最大地表沉降大概在距离基坑边缘0.5～1.0H以内的区域，而2.0H影响则较小。
4.3 地表沉降与测斜的关系。
在上述分析的基础上，建立基坑围护结构最大侧移实测值与墙后地表最大沉降实测值之间的关系如***5所示。
5. 结论
（1）由上述分析可知，宁波地区坑外地表变形表现为“凹槽形”模式，地表沉降最大值主要分布在距离坑壁7～17m范围内。
（2）围护结构外侧地表沉降影响范围大概在4.0H，大于上海软土地区的3.5H，因此可以认为在宁波开挖所引起的地层变形主要在这个区域内。
（3）在宁波，深基坑开挖引起的最大地表沉降大概在距离基坑边缘0.5～1.0H以内的区域。
（4）地表沉降基本介于0.5～1.8倍的围护结构最大侧移之间， 平均地表最大沉降为1.35倍的围护结构最大侧移。
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