地铁车站基坑开挖混凝土支撑轴力监测分析及研究分析.doc
蔡志杰 姚永谦
1 工程概况
武汉地铁2号线南延线某车站为地下二层岛式站台车站，站台宽度为12m，车站有效站台长度为158米，车站底板底埋深约为17.0-19.3m。结构型式为钢筋混凝土箱型框架结构。车站所处地层为填土层，粉质黏土，黏土，粉质黏土夹碎石，红黏土，中风化灰岩、泥岩及砂岩，局部有溶洞。车站采用明挖顺作法+临时路面系统施工，其中第一道支撑及盾构井第二道为砼支撑，其余两层为钢支撑，根据《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）的规定，综合判定该基坑工程安全监测等级为一级。主要监测项目有围护结构深层水平位移、支撑轴力、围护结构顶的沉降及水平位移、地表沉降以及周边环境监测等。
2 砼支撑轴力监测原理及方法
对于明挖基坑周边环境比较好的区域，砼支撑轴力监测采用便携式读数仪人工读数的方式。传感器测试方法为，接通频率仪电源，将频率仪两根测试导线分别接在传感器的导线上，按频率仪测试按钮， 频率仪数显窗口会出现数据（传感器频率），反复测试几次，观测数据是否稳定，如果几次测试的数据变化量在1Hz以内，可以认为测试数据稳定，取平均值作为测试值。由于频率仪在测试时会发出很高的脉冲电流，所以在测试时操作者必须是测试接头保持干臊，并使接头处的两根导线相互分开，不要有任何接触，不然会影响测试结果。
现场原始记录必须采用专用格式的记录纸， 除记录下传感器编号和对应测试频率外，原始记录纸上还要充分反映环境温度和施工信息。根据两次读取的频率数据计算砼支撑轴力变化值，计算公式为：
。
式中—砼支撑轴力（kN）；—钢筋应力（kN/mm2）；—钢筋计监测平均应力（kN/mm2） ；、—混凝土、钢筋弹性模量（kN/mm2）；、—混凝土、钢筋截面积（mm2）。
3 砼支撑轴力监测数据
从现场砼支撑轴力监测数据来看，砼支撑轴力在支撑安装钢筋计后随着土方的开挖呈增加趋势，基坑开挖到底后轴力增加到峰值。砼支撑轴力在土方初期开挖就随着增大并超过设计值（设计值：904kN-1432kN），随着温度的变化轴力值有起有落，随着底板及结构的施工轴力趋于稳定。详见图1：
4 预警原因分析
从佳园路站现场监测数据来看，截止4月10日，砼支撑轴力累积变化量在1997.1kN-3629.7kN，砼支撑轴力监测点ZL1-1到ZL9-1监测点均达到红色预警，部分砼支撑轴力监测点累积变化量已超过砼支撑轴力设计值2倍。而其它监测项目围护结构位移及沉降、围护结构深层水平位移、地面沉降及周边环境数据均无异常，基坑周边地面无隆起、凹陷及裂缝现象，围护结构也无裂缝现象，结合现场施工情况综合判断该车站处于安全状态。根据设计方案及现场监测的情况对砼支撑轴力预警原因进行分析，总结如下：
1）设计轴力值是根据地质报告资料建立模型，在假设荷载作用下采用有限单元法综合计算所得。而各监测规范中支撑轴力控制值为砼支撑构件承载力设计值的60%-70%，因设计给出的设计值过小而产生预警；2）施工堆载及重型车辆在基坑周边行走所产生的动载，对砼支撑轴力造成一定影响；3）由于砼支撑受非荷载因素（收缩、徐变、温度、湿度等）对轴力的影响无法精确计算，故而造成砼支撑轴力数据异常；4）砼支撑的轴力不能直接测得，而是由钢筋应力计所测平均频率根据混凝土、钢筋弹性模量模拟计算获得，在计算过程中也会存在一定偏差；5）施工因素，为了赶工期从而遗漏了施工细节，比如钢支撑架设不及时、土方开挖放坡及换撑施工等，从而造成第一层砼支撑轴力过大等；6）砼支撑自身的因素，从而导致轴力比理论上计算要大。
5 监测结论
从砼支撑轴力各观测点观测数据表明：
1）从历史曲线图中可以看出，各砼支撑轴力均呈受压状态。
2）不同位置的支撑受力状态差别很大，其中观测点ZL7-1（2017年04月05日达到3954.0kN）、ZL8-1受力最大（2017年03月29日达到3982.0kN），其它观测点受力在1900-3500kN。
3）根据武汉天气结合佳园路站砼支撑轴力数据分析，环境温度最高时轴力值比温度最低时轴力高，佳园路温度相差最大在3月24日（11℃）及3月29日（22℃），温度相差约11摄氏度，其中轴力相差约在700kN。
4）在城市轨道工程中对砼支撑的轴力设计值可以考虑适当提高，以砼支撑承载能力及现场实际监测情况综合进行修正。
5）尽量在同一环境温度下采集数据，减少温度对砼支撑轴力的影响。
6 结束语
通过实例分析，在地铁基坑砼支撑轴力监测中，测得的砼支撑轴力大于实际内力，实际的受力其实并非由监测得到的结果那么大。而且大量的工程实践也支持着这一结论：武汉地铁27号线某车站基坑也出现实测轴力值超过砼支撑的设计报警值 ，经过第三方监测单位提出，业主、监理审核，设计单位根据实际情况及数据分析最终提高了设计值，在实际施工过程中，砼支撑未出现裂缝、倾斜等不安全的失稳迹象，直至基坑封顶。所以，砼支撑的轴力形变分析具有理論和实践紧密结合的特点，需要充分考虑到结构特点、材料因素、工程施工及运行状况以及计算理论的合理性，才能得到较为准确可靠的成果。研究、采用更为准确的砼支撑监测仪器设备或者自动化监测设备，以更科学，更直观的获得监测数据。
参考文献
[1] 施志业.某地铁车站深基坑变形监测分析[J].《浙江建筑》2013.30（7）：30-32.
