天津站改擴(kuò)建工程地下進(jìn)站大廳深基坑監(jiān)測(cè)分析

□文/劉永超 張 剛

□張 剛/北京鐵路局建設(shè)處。

天津站改擴(kuò)建工程地下進(jìn)站大廳深基坑監(jiān)測(cè)分析

□文/劉永超 張 剛

文章結(jié)合天津站改擴(kuò)建工程地下進(jìn)站大廳及東西旅客地道深基坑工程實(shí)例，對(duì)深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜變形、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及影響區(qū)域的相關(guān)沉降進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程及開(kāi)挖一定階段內(nèi)相關(guān)測(cè)試資料的分析，研究了深基坑的變形性狀。

深基坑；位移；內(nèi)力；施工監(jiān)測(cè)

工程概況

天津站改擴(kuò)建工程進(jìn)站大廳基坑長(zhǎng)187m，寬55.6 m，基坑開(kāi)挖面積約為10472m2，周邊長(zhǎng)度485.2m，開(kāi)挖深度為12m?；颖眰?cè)為天津站地下?lián)Q乘樞紐新建主站房，東西兩側(cè)分別為東西旅客地道，旅客地道基坑長(zhǎng)247m，寬20m，開(kāi)挖深度為13.19m，南側(cè)緊鄰金山鐵路的2條臨時(shí)正線和天津站既有主站房。施工場(chǎng)地狹窄且緊臨鐵路運(yùn)營(yíng)線，基坑支護(hù)難度和安全隱患較多，該地下工程為天津站樞紐改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系東北大通道的運(yùn)輸安全?；又ёo(hù)深度范圍內(nèi)的工程地質(zhì)情況及場(chǎng)地土相關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)地土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

基坑支護(hù)方案

根據(jù)基坑周邊的不同安全要求，將南側(cè)臨時(shí)正線一側(cè)列為一級(jí)基坑，其他三側(cè)列為二級(jí)基坑。基坑支護(hù)采用鉆孔灌注樁樁排連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖深度為12m的區(qū)段支護(hù)樁長(zhǎng)為20.79m，根據(jù)基坑深度樁長(zhǎng)相應(yīng)調(diào)整，基坑南側(cè)因鐵路臨時(shí)正線有動(dòng)荷載，采用鉆孔灌注樁直徑為1200mm，樁間距為1400mm，其他各側(cè)鉆孔灌注樁直徑為1000mm，樁間距為1200mm，灌注樁外側(cè)采用直徑為550mm的雙排攪拌樁作為止水帷幕，止水帷幕樁長(zhǎng)為21.0m，基坑支護(hù)剖面見(jiàn)圖1。

圖1 基坑支護(hù)剖面

基坑監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)內(nèi)容

位移和沉降監(jiān)測(cè)以及相關(guān)測(cè)試的布置見(jiàn)圖2。

圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

（1）鄰近建筑物沉降和傾斜監(jiān)測(cè)。主要測(cè)試南側(cè)既有主站房的變形，設(shè)置18個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為NJ1～18。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移和沉降監(jiān)測(cè)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移是深基坑監(jiān)測(cè)工作中最重要的一個(gè)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，地下進(jìn)站大廳設(shè)置20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為JS1～20，西旅客地道設(shè)置17個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為X-JS1～17，東旅客地道設(shè)置17個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為D-JS1～17。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測(cè)。采用高精度測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在關(guān)鍵地方鉆孔布設(shè)測(cè)斜管。地下進(jìn)站大廳有2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為CX1和CX2，西旅客地道設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為X-CX1～3，東旅客地道設(shè)置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為D-CX1～8。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值

在基坑開(kāi)挖施工監(jiān)測(cè)中，根據(jù)對(duì)施工和周邊環(huán)境可能造成安全性威脅程度，需設(shè)置報(bào)警值，本工程報(bào)警值為垂直沉降量≥20mm，沉降變形速率連續(xù)3d＞2.0 mm/d；水平位移量≥30mm，水平位移變形速率連續(xù)3 d＞2.0mm/d。

基坑全過(guò)程監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

臨時(shí)正線的水平測(cè)試

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，臨時(shí)正線的安全和正常使用是該基坑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)臨時(shí)正線進(jìn)行了水平位移的精密測(cè)試，水平位移觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 臨時(shí)正線水平位移測(cè)試結(jié)果

鐵路臨時(shí)正線在基坑開(kāi)挖期間水平位移最大值為18.0mm，測(cè)試點(diǎn)位為R9，出現(xiàn)的時(shí)間當(dāng)日工況為基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，開(kāi)始基礎(chǔ)施工，當(dāng)天位移方向指向基坑內(nèi)側(cè)即北側(cè)。當(dāng)天的水平位移測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，綜合分析表明臨時(shí)正線的水平位移的不均勻性較小，未影響線路的正常運(yùn)行。

表2 臨時(shí)正線水平位移測(cè)試結(jié)果 m

臨時(shí)正線的沉降測(cè)試

臨時(shí)正線的豎向沉降觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 臨時(shí)正線沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中臨時(shí)正線略有沉降，沉降量較小，最大的沉降量測(cè)試點(diǎn)位為R18，最大沉降量16.8 mm，出現(xiàn)最大變形的當(dāng)天水平位移對(duì)比見(jiàn)表3。

當(dāng)時(shí)的施工工況為基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，開(kāi)始基礎(chǔ)施工，沉降變化比較平緩且不均勻沉降較小，保證了運(yùn)營(yíng)列車(chē)的正常運(yùn)營(yíng)。

從圖3和圖4可以看出，臨近基坑的臨時(shí)正線測(cè)試點(diǎn)的變形極值出現(xiàn)在離基坑周邊較遠(yuǎn)的R9號(hào)和R18號(hào)點(diǎn)，其中R9號(hào)點(diǎn)水平位移最大，R18號(hào)點(diǎn)沉降變形最大，兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的位置離基坑邊線均較遠(yuǎn)，造成這個(gè)結(jié)果的原因?yàn)樵撎幬恢檬窃擁?xiàng)目的建筑材料和土方開(kāi)挖等物流運(yùn)輸主通道，證明大噸位高密度的汽車(chē)運(yùn)輸對(duì)線路的影響大于基坑開(kāi)挖的影響，臨時(shí)正線未出現(xiàn)因臨近基坑開(kāi)挖而影響運(yùn)營(yíng)的變形，表明該基坑的變形控制滿足鐵路臨時(shí)正線的正常運(yùn)營(yíng)運(yùn)輸要求。

地表沉降

地表沉降測(cè)試見(jiàn)圖5。

圖5 地表沉降測(cè)試

圖5顯示的結(jié)果表明地表的沉降與相臨既有臨時(shí)正線的觀測(cè)結(jié)果基本接近，3個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)D1、D2和D3的沉降平均值為6.7mm，而臨時(shí)正線的相鄰沉降測(cè)試點(diǎn)R2、R3和R4的沉降平均值為7.8mm，二者差別較小，表明臨時(shí)正線因運(yùn)輸動(dòng)載的影響沉降比地表沉降略大，但是該沉降未對(duì)鐵路的正常運(yùn)營(yíng)造成影響。

基坑支護(hù)樁測(cè)斜管測(cè)試結(jié)果

采用滑移式測(cè)斜儀對(duì)基坑支護(hù)樁的深部進(jìn)行傾斜度測(cè)試設(shè)置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的測(cè)斜點(diǎn)測(cè)斜管埋置深度一般為2倍基坑開(kāi)挖深度，圖6為東側(cè)測(cè)斜管cx-2測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)結(jié)果。

圖6 測(cè)斜管cx-2深度-位移曲線

圖6表明支護(hù)樁的水平位移變化隨著深度的變化而不同，位移最大點(diǎn)的深度在地表下5～6m之間，最大位移為6.1mm。

既有站房沉降測(cè)試

施工基坑的既有站房的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于既有主站房外墻側(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量為18個(gè)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 既有站房沉降測(cè)試

圖7表明既有南站房在基坑施工過(guò)程中沉降量較小，最大的沉降量為8號(hào)測(cè)試點(diǎn)，沉降值為6.45mm，在測(cè)試期間，既有站房的沉降均未超過(guò)警戒值且不均勻沉降未超過(guò)規(guī)范規(guī)定的差異沉降量。

基坑支護(hù)樁樁頂垂直位移

圖8為地下進(jìn)站廳基坑支護(hù)樁樁頂沉降量與時(shí)間關(guān)系。

圖8 基坑支護(hù)樁樁頂沉降量與時(shí)間關(guān)系

圖8表明，開(kāi)挖初期沉降速率大，總沉降量隨著時(shí)間的推移逐漸增大，到后期變化基本趨于穩(wěn)定。

基坑支護(hù)樁樁頂水平位移

圖9為地下進(jìn)站廳支護(hù)樁樁頂水平位移量與時(shí)間關(guān)系。

圖9 支護(hù)樁樁頂水平位移量與時(shí)間關(guān)系

圖9表明，在施工初始階段，靠近既有站房附近的觀測(cè)孔，如JS20坑外水平位移?。欢拷陆ㄖ髡痉康挠^測(cè)孔，如JS11、JS14反映出其坑外水平位移大。隨著施工的進(jìn)行逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚩觾?nèi)位移，在施工剛開(kāi)始，新建主站房同時(shí)施工，受土體撓動(dòng)影響地基土結(jié)構(gòu)性遭到一定破壞，強(qiáng)度降低形成坑外位移。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)天津站改擴(kuò)建工程地下進(jìn)站大廳深基坑監(jiān)測(cè)分析，工程南側(cè)緊鄰臨時(shí)正線的最大沉降量為16.8 mm，臨時(shí)正線的最大水平位移為18.0mm，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有效保證了臨時(shí)正線的正常運(yùn)營(yíng)；證明采用的支護(hù)方法是安全可行的。

TU473.2

C

1008-3197（2010）04-70-04

2010-05-05

劉永超/男，1970出生，高級(jí)工程師，天津建城基礎(chǔ)公司總工程師，天津大學(xué)土木系在讀博士，從事巖土工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究與管理工作。

□張 剛/北京鐵路局建設(shè)處。