地铁超宽基坑围护结构的设计受温度影响显著。温度变化会引起围护结构材料的热胀冷缩。在高温环境下，围护结构可能产生膨胀，导致结构内部应力增加，对结构的稳定性和安全性产生威胁。若设计时未充分考虑，可能引发结构变形过大，影响周边地层稳定性。而低温时，材料收缩可能导致结构间的连接部位出现缝隙，地下水可能趁机渗入，增加基坑渗水风险。此外，温度的季节性波动会使围护结构长期处于交变应力状态，加速结构疲劳损伤，所以在地铁超宽基坑围护结构设计中必须深入分析温度因素的影响并采取相应对策。

    摘 要:结合具体的工程概况,通过现场实测结果,对基坑围护结构产生的附加变形与温度变化影响之间的关系,以及变形对基坑稳定带来的不利影响进行分析,提出设计及施工对策,供今后类似工程借鉴。（参考《建筑中文网》）

    关键词:基坑设计,钢支撑,热胀冷缩
   
    引言
    基坑在跨季节条件下施工时,支撑体系往往会由于温度变化产生热胀冷缩现象,从而导致围护结构产生附加变形。例如支撑因升温而伸长时,会受到支撑两端外侧土体抗力的约束,而且支撑伸长又会引起地下墙在强迫位移下产生的内力。特别是钢支撑较长的基坑,受昼夜温差变化产生的围护结构的附加变形就更加明显。
    天津地铁1号线改建项目营口道站位于天津市繁华闹市区,南京路与赤峰道、营口道交口处,为1,3号线的换乘车站。施工分为A区(3号线基坑)与B,C,D区(1号线)以及附属结构几个部分。B,C区是在A,D区施工完毕后开始施工的[1]。现在以C区的开挖施工为例介绍昼夜温差较大而导致的温度效应分析。
    1 工程背景
    1号线基坑长194.52m(中心里程K14 159.882),一般地段宽19.9m,窄处11.9m,宽处约44.55m,埋深7.698m(结构高6.01m,覆土1.688m)。C区宽度两端为19.9m,中间为28m,基坑开挖需破除既有营口道站箱体,基坑北侧为导行后的南京路4车道路面,南侧为40层津汇广场大楼。采用SMW工法水泥土搅拌桩围护结构,桩径为850mm,搅拌桩间搭接250mm。桩长分别为13.9m(普通8m深基坑)和17.9m(跨线风道及泵房),桩顶标高为2.5m。型钢间隔插,型钢规格为700mm×300mm×13mm×24mm,惯性矩为201000cm4,型钢间中心距为1200mm。桩顶设1.1m×0.8m的混凝土压顶梁结为整体,桩间立面为C20网喷混凝土。在开挖0.8m处架设1道(局部2道)φ600×12mm的钢管横支撑,支撑中间设一道2[28a纵向支撑梁(宽的地段设二道)及一列竖向φ402×12mm的钢管工具柱(工具柱在基坑以下为φ800mm,桩长8m的钻孔灌注桩)[2]。
    2 温度变化及结构变形的监测结果与分析
    天津地区地处华北平原,每年的4月～5月间,该地区昼夜温差较大。如2004年4月23日,当天最高温度为26℃,昼夜温差将近15℃。当时,C区开挖已经接近基底,第二道支撑尚未架设。由当日桩体测斜曲线可以看出,受钢支撑“热胀冷缩”效应影响,支撑所处位置(桩顶向下2m处)夜间围护结构变形量约为9mm,白天温度上升后,受钢支撑膨胀影响,其变形量约为2.5mm,往复变化累计达6.5mm。而夜间围护结构最大变形量约为14mm,白天温度上升后,受钢支撑膨胀影响,其最大变形量约为11mm,往复变化累计3mm。
    2004年5月15日,C区正在进行基底清理,第二道支撑已经架设。当天最高温度为26.5℃,昼夜温差约10℃。
    由当日桩体测斜曲线可以看出,第一道支撑所处位置(桩顶向下2m处)夜间围护结构变形量约为9mm,白天温度上升后,受钢支撑膨胀影响,其变形量约为5mm,往复变化累计约4mm。而第二道支撑所处位置(桩顶向下8m处)夜间围护结构变形量约为13mm,白天温度上升后,受钢支撑膨胀影响,其变形量约为10.5mm,往复变化累计约1.5mm。
    3附加变形与钢支撑次应力的计算
    考虑支撑因升温而伸长时,会受到支撑两端外侧土体抗力的约束,而且支撑伸长又会引起围护墙体在强迫位移下产生的内力,可建立如下方程式[1]:

    对于超宽基坑设计和施工来说,可以通过以上各公式,计算出附加变形与钢支撑次应力,以提高设计的准确度[4]。
    4 结论及对策
    1) 从实测结果来看,对于软土地区超宽基坑来说,使用的支撑长度超过20m时,由于温度骤升、骤降而产生的围护结构附加变形是不能忽视的,一般占到总变形的20%～30%左右,对于昼夜温差较大地区的超宽基坑设计来说具有借鉴意义。
    2) 当坑周地层为硬土时,由于支撑受到约束,围护结构附加变形不明显,但是因温升导致支撑轴力会增大。特别是对于长支撑来说,如果支撑中部无约束,或者支撑架设有偏差时,有可能导致支撑产生弯曲变形,造成严重的后果。
    3) 为避免温度变化产生的围护结构的附加变形和支撑的次应力,在设计和施工中必须加强施工监测,同时合理优化施工工序,采取措施减少支撑次应力,以确保围护结构和施工的安全。
    4)设计和施工中要严格控制支撑轴线的偏心,设计要验算允许偏心下引起的弯矩。支撑传力盒中心与支撑轴线要尽量一致,此偏差不大于1cm。
    5) 架设支撑时应避免选择在温度最高和最低时进行。如果选择在中午气温最高时架设,预加轴力会因为夜间冷缩而消散;如果选择在夜间气温最低时架设,预加轴力会因为白天热胀而增加,这样均不利于控制基坑围护结构的变形和支撑受力。
    6) 支撑预加轴力的施加应当根据温度条件进行一定调整。现场温度高,减小预加轴力;现场温度低,增大预加轴力;增大和减小的范围根据计算确定。
    7) 对于超宽基坑必须进行信息化设计和施工,以便在施工中通过加强监测及时反馈信息,修改调整施工方案,使施工始终处于安全可控状态。
   
    参考文献:
    [1]夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.40 60.
    [2]刘俊岩.深基坑工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.137 149.
    [3]崔江余,梁仁旺.建筑基坑工程设计计算与施工[M].北京:中国建材工业出版社,1999.117 126.
    [4]李庆华.材料力学[M].成都:西南交通大学出版社,1990.71 84.

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/13556.htm