考察基坑基底或地下连续墙墙趾所处土层的稳定性对基坑变形的影响。该滨海城市轨道交通一、二期建设车站基坑开挖面及基底土层大部分处于②₂层淤泥质土、③₂层粉质黏土、④₁层淤泥质粉质黏土；一期23个基坑基底和3个基坑墙趾处于不稳定土层，二期58个基坑基底和30个基坑墙趾处于不稳定土层。

不同基底土层的基坑变形情况如图2所示，可见，基坑变形受基底所在土层影响较为显著，基底处于不稳定土层②、③、④层时，基坑变形较大；处于稳定土层⑤₁层时，基坑变形可有效控制，平均值在预警阈值以下。

为分析墙趾土层对基坑变形的影响，以基底土层为③₂、④₁、④₂层的17个基坑为例进行统计分析。由图3可知，在开挖面及基底土层大致相似情况下，围护墙趾处于不稳定土层的基坑变形远大于墙趾处于稳定土层的基坑，基坑测斜及周边地表沉降平均值分别高出61%、136%。

图2 不同基底土层基坑变形Fig.2 Deformation of foundation pit with different basement soil layers

图3 不同墙趾土层基坑变形Fig.3 Deformation of foundation pit with different wall toe soil layers

相对于不稳定土层，基底或墙趾处于稳定土层时，更容易产生稳定围护结构变形的压缩作用力，即更容易控制基坑的变形。

以基坑基底和地下连续墙墙趾所处地层的稳定性不同，组合统计2、3层车站基坑数量。为方便表达，以S代表稳定、U代表不稳定（见表3）。

以测斜和地表沉降的变形平均值、最大变形平均值和相对深度比表征基坑变形性状。其中，变形平均值为计数工点所有监测点数据的期望，最大变形平均值为计数工点所有监测点累计最大数据的期望，相对深度比为平均值/基坑深度（H），相关规范要求不超过3‰H。

表3 基底、墙趾地层组合基坑统计Table 3 Foundation pit statistics on the strata combination of basement and wall toe

不同站层数和基底、墙趾地层组合的基坑变形情况如图4所示，横坐标“2US”含义为基底处于不稳定土层、墙趾处于稳定土层的2层车站基坑，其他以此类推。可见，基坑规模相近，支护体系、加固形式相同，设计原则一致的基坑，基底和墙趾土层稳定性差异对围护结构变形控制影响非常大。2层车站基坑的测斜、沉降变形均随着基底和墙趾的稳定性变差而增大；3层车站基坑变形具有相同的规律，且3SS与2SS的变形、3US与2US的变形较为一致。

在基底、墙趾土层稳定情况一致的条件下，基坑测斜和地表沉降变形的平均值二期是一期的1.30~1.45倍，最大变形平均值二期是一期的1.45~1.50倍。

一、二期建设的基坑变形相对深度比随地层组合的变化规律如图5所示，其中沉降的相对深度比以负值表现。可见，变形相对深度比的一、二期变化趋势和大小比较一致，测斜和沉降二者基本呈轴对称、亦即测斜和沉降的相对深度比变化趋势和大小比较一致。变形相对深度比随着2层车站基底和墙趾稳定性的变差而增大，3层车站规律相似，但3SS的沉降相对深度比和3US的测斜、沉降相对深度比要小于2SS的情况。

图4 不同站层数和基底、墙趾地层组合的基坑变形Fig.4 Foundation pit deformation with different station layers and strata combination of basement&wall toe

图5 一、二期基坑变形相对深度比Fig.5 The relative depth ratio of foundation pit deformation in the first and second stage

基底、墙趾均进入稳定土层的基坑，测斜和地表沉降相对基坑开挖深度的比值小于2‰H，基坑变形控制满足相关规范要求。

在稳定土层中，土体难以压缩，围护结构产生相对较小的位移，便可以产生足够的压缩作用力，用于与坑内土压力、支撑轴力平衡坑外土压力，即基坑发生较小的变形。

选取该滨海城市轨道交通一、二期工程中61个长140~280 m、宽17~27 m的规模相近的2、3层基坑进行统计分析。其中，一期2层车站基坑19个、3层车站基坑4个，二期2层车站基坑31个、3层车站基坑7个。

由图6、图7可见，二期车站基坑变形明显强于一期车站基坑，其中2层车站尤为明显，测斜及地表沉降变形的平均值分别高出45%、47%。3层测斜平均值与2层相差不大，地表沉降平均值则高出71%。

图6 不同站层基坑测斜变形统计Fig.6 Statistics on horizontal displacement of foundation pit at different station levels

图7 不同站层基坑地表沉降统计Fig.7 Statistics on surface subsidence of foundation pit atdifferent station levels

车站层数对应基坑深度规模，车站层数少、基坑规模小，坑外最大土压力小，相同条件下，围护结构产生的变形小，因此基坑变形小。

围护结构插入比的改变亦会影响基坑变形控制。选取一、二期建设全部基坑，对围护结构插入比平均值进行统计分析。

由表4可知，二期建设阶段设计方对基坑围护结构插入比进行了调整，导致围护墙趾处于不稳定土层的情况明显增加，是造成二期车站基坑变形较一期明显增大的原因之一。

表4 一、二期建设基坑围护结构插入比统计Table 4 Statistics on insertion ratio of foundation pit enclosure structure in in the first and second phases of construction

插入比即为基坑底面以下围护结构深度与基坑深度的比值。当基坑深度相同时，插入比越大，压缩范围也越大，便可以产生足够大的压缩作用力，使得围护结构产生较小的位移，即插入比越大，基坑变形越小。

该滨海城市轨道交通工程车站基坑围护结构一般采用800 mm厚地下连续墙，少量基坑同时采用800 mm、1000 mm厚地下连续墙。选取部分相同基底土层、不同地墙厚度的基坑进行对比分析，如图8、图9所示。

一般情况下，不论基底是否处于稳定土层，通过增加地下连续墙厚度、提高围护结构刚度可以有效控制基坑变形。

此外，地墙刚度还与配筋率有关。该滨海城市轨道交通二期工程在地墙厚度方面未作显著调整，但在配筋率方面较一期有明显的优化。二期工程通过增大纵向拉、压钢筋的配筋率，提高地下连续墙刚度。选取三组基坑规模、开挖深度近似的一、二期建设基坑进行对比分析。对比组1，二期工程受压钢筋提高33%、受拉钢筋不变；对比组2，二期工程受压、受拉钢筋均提高33%；对比组3，二期工程受压、受拉钢筋均提高50%。由图 10、图 11可知，二期地墙基坑测斜变形控制明显优于一期地墙基坑，地表沉降变形同样有所改善。

图8 不同地墙厚度测斜变形统计Fig.8 Statistics on horizontal displacement of diaphragm walls with different thickness

图9 不同地墙厚度地表沉降统计Fig.9 Statistics on surface subsidence with different diaphragm wall thickness

地墙刚度提升，有利于抵抗坑外土压力引起的变形。增加厚度，可以提高地墙整体的刚度；提高配筋率，可以增加地墙局部的刚度。根据以往施工经验，最大侧向变形位置往往位于基底或基底以下一定深度，因此提高加强筋区域占比，可针对性地提高地墙的局部刚度，进而有效控制基坑变形。

基底地基加固对控制基坑变形具有重要作用，该滨海城市轨道交通工程一般采用高压旋喷桩或三轴搅拌桩强加固，加固形式有抽条加固、抽条+裙边加固、网格加固、满堂加固等。其中，一期工程采用抽条+裙边或网格加固的车站基坑占比36%，二期工程采用抽条+裙边加固的车站基坑占比仅12%。选取一期、二期建设中的38个标准主体车站基坑进行对比分析，其中抽条加固基坑27个，抽条+裙边加固基坑7个，网格加固基坑4个。

图 10 不同地墙配筋率测斜变形统计Fig.10 Statistics on horizontal displacement of diaphragm walls with different reinforcement ratios

图 11 不同地墙配筋率地表沉降统计Fig.11 Statistics on surface subsidence with different reinforcement ratios of diaphragm walls

由图 12、图 13可见，抽条+裙边、网格加固形式对基坑变形的控制效果优于抽条加固形式，更易于约束基坑变形。二期工程基坑土层条件较一期差，但二期工程仅对部分车站端头井和重要保护区段采取了裙边加固，这也是二期基坑变形整体较一期大的原因之一。

地基加固是通过人为手段改变土层的力学性质，有目的地提高土层的稳定性，增加土层对围护结构的压缩作用力，进而减小基坑变形。

基坑变形综合动态预警主要由监测监控管理中心基于定量的监测数据指标和定性的风险事件程度启动综合预警并发出相关信息。监测数据指标即结合现场监测数据、巡视信息和风险情况，通过复核查实、综合分析和专家咨询等方法，及时判定工程风险水平；风险事件程度即根据突发风险事件可能造成的社会影响、危害程度、紧急程度、发展势态和可控性等情况，确定相应预警级别：蓝色、黄色、橙色和红色预警。

根据监测监控管理中心的相关要求，预警启动后由监理单位组织预警分析会议。针对不同预警等级，各单位需按要求派人员参加会议。

在综合预警情况下，以蓝色、黄色预警为主，现场参会人员主要为监测监控现场分中心人员、建设分公司监测监控模块工程师、设计技术部工程师、业主代表；个别变形控制不力的基坑将发布橙色预警，安全质量部、设计技术部、现场管理部门负责人需参会；红色预警时，各单位或各部门分管领导或负责人需参会。

图 12 不同加固方式测斜变形统计Fig.12 Statistics on horizontal displacement of foundation pit with different reinforcement forms

图 13 不同加固方式地表沉降统计Fig.13 Statistics of surface subsidence with different reinforcement forms

传统预警依托监测数据，监测效果取决于监测频率和完整率，当二者因现场施工限制等情况无法满足要求时，监测数据难以有效反应实际情况，而综合动态预警方法能够在最大程度上避免该问题，满足工作需求，有效控制预警次数、会议次数，节约建设资源和工期。

以2层车站基坑为例，根据现场实际预警情况，对基坑开挖过程中的预警次数进行标准化（单位长度200 m）换算，结果如表5所示，基坑类别为基底、墙趾所处土层的稳定状况组合，含义同图4横坐标轴。

表5 不同预警体系预警次数换算Table 5 Conversion of the early warning times by different early warning systems

由表5可知，综合动态预警次数远小于《规范》预警次数。基底、墙趾均处于稳定土层（SS）的基坑变形较为稳定，能够满足综合动态预警和《规范》预警控制值。基底处于不稳定土层、墙趾处于稳定土层（US）的基坑变形基本能够满足综合动态预警控制值，但在《规范》预警阈值下，开挖第三层土方起便会出现大量预警，并且以橙色预警为主。基底、墙趾均处于不稳定土层（UU）的基坑变形在综合动态预警控制值下，开挖第三层土方以后会出现蓝色预警，基坑收底期间部分存在橙色预警，但整体预警次数仍然可控；在《规范》预警阈值下，开挖第二层土方起基坑长时间处于预警状态，且以橙色、红色预警为主。