摘要：伴随我国城市化建设进程的不断加速，深基坑工程项目越来越多，其所超深开挖的规模越来越大、深度也越来越深。但是，传统深基坑施工过程中对超深开挖的强度控制难以满足周边复杂敏感环境变化，特别是无法满足对变形的基本要求，所以这就需要施工方能够建立一套基于变形控制的深基坑设计理论方法，深入研究其变形特性与机理。本文结合实际地铁工程案例简单阐述了这一变形控制技术，思考它的工程实践应用价值。
关键词：地铁深基坑工程；变形控制技术；设计流程；时空效应；施工方法
地铁深基坑施工应该在保证自身工程内容安全性的同时，也保证周围建筑物结构的安全，全程监控深基坑的变形过程，明确对其控制的有效方法，避免深基坑施工中安全事故的产生，做到科学合理化有效变形控制。
一、深基坑施工过程中变形控制的基本原理
按照我国的《建筑基坑支护技术规程》相关定义，基坑支护结构是具有两类极限状态的：第一类为承载能力的极限状态，它表示支护结构在达到最大承载力时出现土体失稳，过大变形导致支护结构或基坑周围环境遭到破坏；第二类为常规使用下的极限状态，此时的支护结构变形会妨碍到地下结构施工，包括影响到基坑周围环境，影响到深基坑施工支护结构的某些正常功能发挥。一般来说，传统深基坑施工中对支护结构都会采用一般强度控制理论，它可实现对基坑变形的有效控制，在周边环境允许的情况下，实现强度与整体稳定性的有效控制。不过如果在敏感环境中，基坑开挖可能会出现变形问题，所以支护体系本身的设计水平与施工水平必须提高到一个更高的水平，保证变形设计与深基坑工程技术内容相吻合，一改传统设计理论中所采用的静态极限平衡分析技术，客观反映除基坑支护体除受力与变形之外的更多状态类型，即要体现在深基坑施工过程中变形控制技术逐渐发展和积累的技术演变过程。在本文看来，变形控制技术应该做到以下4点。
第一，要首先做好变形预测分析，即对施工中支护结构与周围环境的变形规律与趋势进行预测分析。
第二，要始终以动态设计作为变形控制设计核心，即在时间与空间动态变化过程中，结合施工过程信息采集与反馈，对原有设计作出必要调整。是指上，动态设计其本质就是在不断的丰富和完善信息内容，结合更高层次技术需求与功能需求做到方案优化。
第三，要及控制目标所涉及的范围，这里就包括了支护系统、影响开挖的其他相关物体、邻近管线、建筑物等等。
最后，变形控制设计与支护结构服务有效期应该做到相互关联，保证二者都具有一定的时效性[1]。
二、深基坑施工过程中基于变形控制技术内容的设计流程
（一）设计流程
一般来说，深基坑施工过程中基于变形控制技术内容的设计流程应该涵盖了施工前预估、施工中控制与施工后评价与恢复3方面内容，在工前预估阶段，要首先进行既有结构现状评估，对施工项目场地的地质、水文条件进行分析，做好项目现状调查和分类评估，最重要的是做好剩余变形承载能力评估，引出变形控制标准。对于深基坑施工来说，要重点考察基坑变形的既有结构变形、裂缝差异沉降倾斜和应力作用，最后做好精细化设计，例如对维护体系造型的优化、施工方案的优化以及对既有结构的影响和施工变形的预估都要被纳入到设计书中。
在施工过程控制阶段，则主要分为施工过程、过程控制与动态设计3个方面。其中动态设计是关键，它继承了过程控制中的阶段性控制标准，对深基坑变形的主要原因进行分析，并在计算中采取相应的变形控制措施，满足设计方案与施工方案改正条件，同时配合辅助公法来恢复施工过程，解决变形问题。
最后在施工工后评估阶段，则要进行工后既有结构再评估，看评估是否满足要求，如果满足可继续推进工后恢复进程，最后完成整个施工过程。
（二）变形控制设计中的时空效应
一般情况下，深基坑施工过程都要结合时空效应展开设计，即在设计过程中引入时间与空间概念，保证对深基坑的设计与施工参数进行有效优化，最终达到控制变形的目的。通常来讲，它主要通过时间结合土层流变特性，对开挖面无支撑暴露时间进行严格控制；而从空间上来讲，它就基于具体基坑空间效应做到对坑角及基坑短边支护刚度的有效减小，保证施工工序顺利推进，同时把握好每一步开挖的空间尺寸。这里给出基于时空效应理论的深基坑控制控制设计流程，如图1。
图1基于时空效应理论的深基坑控制控制设计流程
在时空效应理论应用过程中，主要对深基坑变形控制提出合理的深基坑支护结构设计方法，保证它与项目整体施工设计紧密结合，合理且充分利用到基坑的时空效应内容，保证设计围护体系的有效刚度。在土体超挖开深过程中，要有效控制深基坑支护结构位移潜力，同时加大围护体系刚度，保证深基坑开挖过程中对变形控制的经济安全有效性。举个例子，以某地铁深基坑施工过程为例，它的开挖深度达到30m。所以在深基坑开挖施工中的变形控制就要做好以下4点工作：
首先一步要选择直径在1~1.2m的桩基，以竖向形式选择6根在深基坑中形成支护结构。
第二在支护结构基础上改变桩基直径，一般可改小到0.6~1.0m左右，也可改大到1.0~1.6m左右，根据深基坑实际情况而定。
第三在改变桩基直径的基础上改变它的竖向支撑道数，例如从6道改为8道或者10道。
第四要做到逐渐改变地面超载，该工程选取0、20、40kN/㎡3种情况进行超载计算。
结合上述4步骤就能产生数百种设计方案，它们都遵从变形控制理念，保证地铁深基坑变形控制的有效性，优化深基坑支护结构内容[2]。
三、案例分析
（一）工程项目设计概况
以某城市某地铁1号线某路段深基坑工程项目施工为例，该路段地铁车站长度为350m，标准段宽度为23.3m，拥有地下三层岛式车站，全部采用明挖、双柱、三跨结构，其底板埋深为30m。其车站主体采用了钻孔灌注桩配合钢支撑体系，另外还有钢筋混凝土箱型结构，它们与钻孔桩共同组成复合墙体系。
（二）项目施工变形控制的监测标准内容
该地铁工程项目的施工变形控制监测标准内容围绕安全等级为一级的基坑展开。工程中基坑的开挖深度较大，所以对它的变形控制主要围绕1.5H范围以内的地表表面与建筑物变形过程展开，实施24h实时监测。其所监测的主要项目就包括了建筑物、地下管线、地表、中间桩、桩顶、桩体等等的沉降情况。以地下管线差异沉降监测为例，其沿管线5~15m位置会设置一个测点，结合管线周围基坑进行变形严控，保证测点分布均匀和变形控制结果准确。
（三）结合时空效应的变形控制施工方法
1基本施工思路
该项目始终秉承深基坑“分层分段开挖、先撑后挖”的基本原则，从深基坑的两端向中间开挖，在开挖过程中采用挂网喷砼，并在开挖到所设计标高时做好钢围檩的假设施工，构建全钢支撑体系。在施工中还会按照设计要求大量施加预应力，在基坑开挖到垫层以上350mm左右时对基坑实施验槽，结合人工开挖去除到剩余无用土方，建立起车站主体的深基坑支护结构。
2变形控制基本措施
该工程在深基坑开挖过程与支护结构建设过程中展开变形控制技术。首先在基坑开挖之前对基坑周围的地面实施了空洞普查，对所有存在的空洞实施换填处理，避免出现地面塌陷情况。在实际开挖过程中，也遇到了不良地层涌水情况，它造成了土体流失，为了解决这一情况，工程中专门采用了挂网喷射混凝土配合盲管引排，然后对地层实施注浆封堵；再一点就是要有效控制一次性开挖深度，这是为了避免开挖面的暴露时间。
再一点，该工程施工中对开挖面土体渗漏水的判断主要通过水量、颜色、气味等等指标，同时结合砂土颗粒、渗漏水的发生未知与发展趋势也能判断这一点。在施工中对土体塌落未知的判断要做到准确，主要观察塌落体的大小和塌落原因，确保深基坑施工过程安全。
最后，该施工过程中安装了钢支撑体系，这是为了保证深基坑支护系统的完整性与安全可靠性。同时工程中也做好了相关的应急预案，例如在施工中就准备了大量的沙袋和方木等应急物资，以便于制作临时维护支护结构，保证深基坑施工安全[3]。
总结
在地铁深基坑施工中采用变形控制技术可有效促进支护结构建设，控制深基坑沉降深度，确保开挖过程安全稳定。如本文所分析的这一项目在深基坑施工过程中就将最大沉降控制在7mm以内，体现了较好的空间效应，同时其界面变形控制为凹槽形效果极好，它再次验证了在时空效应理论下变形控制技术的有效性。
参考文献：
[1]何学科，陈 斌.软土地层地铁深基坑施工变形控制技术[J].建筑工程技术与设计，2017（10）：1019-1020.
[2]张孟玫，胡义，衡朝阳.地铁深基坑钢支撑结构受力变形分析[J].北京石油化工学院学报，2017（4）：6-9.
[3]成云.地铁深基坑施工过程中变形控制技术[J].建筑•建材•装饰，2016（5）：76，78.
论文作者:吴礼兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/11
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