測(cè)斜技術(shù)在西安地鐵二號(hào)線暗挖豎井中的應(yīng)用

王鵬飛，寇永照，隋旭東，李 岳

(1.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西西安 710054;2.北京住總市政工程有限責(zé)任公司，北京 100029)

地下工程施工中的基坑工程包含較多突變因素，是土木工程中最為復(fù)雜的技術(shù)工程之一［1］，集地質(zhì)工程和結(jié)構(gòu)工程等多學(xué)科于一體，具有強(qiáng)烈的地域性、綜合性、實(shí)踐性和風(fēng)險(xiǎn)性［2，3］。有效地控制基坑變形，使基坑施工既安全又經(jīng)濟(jì)，需要進(jìn)行不斷探索。

本文針對(duì)西安地鐵二號(hào)線暗挖豎井的基坑工程實(shí)例，通過對(duì)該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，為類似的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)提供參考。

1 工程概況

西安市軌道交通2#線南延段TJSG-25標(biāo)鳳棲原—韋曲南盾構(gòu)區(qū)間位于北長安街主干道，北起鳳棲原，途經(jīng)西韋巷、韋曲西街、文化街，南到航天城車站，東西兩側(cè)為商用房和住宅樓，地形呈北高南低的斜坡，地面高程為460.22～433.99 m，相對(duì)高差26.23 m。本區(qū)間施工方法主要為盾構(gòu)法，鳳棲原站后單渡線采用礦山法施工。盾構(gòu)吊出井設(shè)置在北長安街上，茗景城小區(qū)西北側(cè)。

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

盾構(gòu)吊出井位于黃土塬地貌單元，擬建工程場地在勘探深度50.0 m范圍內(nèi)地層主要為第四系堆積物，由全新統(tǒng)人工填土、上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、殘積古土壤、中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、殘積古土壤組成。場地地層從上到下共劃分7個(gè)工程地質(zhì)層。

根據(jù)詳查報(bào)告，黃土塬區(qū)含水層主要為第四紀(jì)中更新統(tǒng)黃土中的孔隙水。地下水潛水位埋深8.6～15.6 m，水位高程425.39～445.76 m，潛水含水層厚度＞50 m。水位年內(nèi)變幅0.5～2.0 m。

1.2 基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)吊出井內(nèi)凈空尺寸為18.0 m×23.5 m，盾構(gòu)吊出井采用φ1200@1500的鉆孔灌注樁圍護(hù)。土體側(cè)向變形設(shè)計(jì)控制值為22.6 mm，監(jiān)測(cè)預(yù)警值為18.0 mm。

2 圍護(hù)樁土體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)

2.1 測(cè)斜孔的布設(shè)原則

測(cè)斜管布置在基坑平面上撓曲計(jì)算值最大的位置，如懸臂式結(jié)構(gòu)的長邊中心，設(shè)置水平支撐結(jié)構(gòu)的兩道支撐之間?？着c孔之間布置間距宜為20～50 m，每側(cè)邊布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置

2.2 測(cè)斜儀的使用原理及方法

測(cè)斜儀可分為活動(dòng)式和固定式兩種，在基坑開挖支護(hù)監(jiān)測(cè)中常用活動(dòng)式測(cè)斜儀?；顒?dòng)式測(cè)斜儀主要由測(cè)頭、測(cè)度儀、電纜和測(cè)斜管4部分組成。應(yīng)用時(shí)先在土體中預(yù)埋測(cè)斜管，土體發(fā)生變形后，整個(gè)測(cè)斜管隨之產(chǎn)生相應(yīng)變形，通過測(cè)斜儀逐段測(cè)量傾斜角度，就可得到測(cè)斜管每段的水平位移增量，測(cè)斜管工作原理如圖2。

式中，L為探頭輪距，一般取0.5 m，ri為某一深度傾斜角。

圖2 測(cè)斜管工作原理

當(dāng)測(cè)斜管埋設(shè)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定土層或非變形土層時(shí)，則可認(rèn)為管底是位移不動(dòng)點(diǎn)，管口的水平位移值Sn即為各分段位移增量的總和

1)觀測(cè)前，首先用模擬測(cè)頭檢查測(cè)斜管導(dǎo)槽是否暢通，檢查模擬測(cè)頭或真探頭上螺絲是否松動(dòng)。

2)采集數(shù)據(jù)時(shí)將測(cè)試電纜的大接頭與測(cè)頭連接，將測(cè)試電纜的小接頭插入測(cè)度儀上的“傳感器”插頭，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到定位銷到位。

3)將測(cè)頭導(dǎo)輪插入測(cè)斜管的導(dǎo)槽內(nèi)，緩慢下到孔底，并停留10～15 min，使探頭與測(cè)量環(huán)境一致，一般先測(cè)可能出現(xiàn)最大位移的方向，即滑坡主位移方向。

4)將測(cè)頭由孔底開始自下而上沿導(dǎo)槽全長每隔0.5 m測(cè)讀一次，并隨時(shí)檢查儀器上顯示孔深與儀器電纜上的標(biāo)記孔深是否一致，測(cè)量完畢后，將測(cè)頭旋轉(zhuǎn)180°插入同一對(duì)導(dǎo)槽進(jìn)行反測(cè)。

2.3 監(jiān)測(cè)頻率

在基坑開挖前應(yīng)測(cè)得初始值，且不少于2次。在基坑開挖階段，應(yīng)每天測(cè)量一次，當(dāng)變形監(jiān)測(cè)值達(dá)到預(yù)警值或監(jiān)測(cè)結(jié)果變化速率較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)次數(shù)，當(dāng)有事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

2.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

選取基坑北側(cè)03號(hào)孔的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)斜深度—位移曲線如圖3所示。

從2010年12月13日—2011年5月1日這半年的時(shí)間里，測(cè)斜孔底部的增量是很小的，雖然不能完全保證孔底位移為0，但已滿足工程要求。從深度—位移的曲線中，可以看出測(cè)斜管水平位移隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。從2010年12月15日到2011年1月1日，隨著基坑開挖深度的增加，基坑的位移變化比較大，在隨后的一段時(shí)間里，隨著鋼支撐的架設(shè)，襯砌的進(jìn)一步施工，基坑的位移繼續(xù)增加，但增速明顯放緩。在半年的監(jiān)測(cè)時(shí)間里，累積最大位移為4.82 mm，在安全允許值內(nèi)，基坑比較安全，可以進(jìn)行正常施工。

圖3 測(cè)斜深度—位移曲線

3 結(jié)語

通過西安地鐵二號(hào)線暗挖豎井基坑工程的監(jiān)測(cè)，可以得出以下結(jié)論:

1)測(cè)斜技術(shù)的使用能夠第一時(shí)間在現(xiàn)場了解測(cè)量結(jié)果，具有時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，可確?；庸こ痰膭?dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)與信息化施工。

2)測(cè)量工作不受現(xiàn)場普通施工作業(yè)的影響，也無通視條件的限制，確保能及時(shí)、有效地實(shí)施監(jiān)測(cè)工作。

3)各個(gè)測(cè)斜孔之間相互獨(dú)立，不存在測(cè)量誤差的傳遞問題，能夠保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4)通過測(cè)斜技術(shù)對(duì)基坑變形的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)了解基坑位移的變化，能夠及早發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)性，預(yù)防工程事故的發(fā)生。

雖然測(cè)斜技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于基坑工程的變形監(jiān)測(cè)還須采用綜合測(cè)量手段，以取得更全面、有效的測(cè)量數(shù)據(jù)，更全面、客觀、準(zhǔn)確地分析與把握基坑工程的變形情況，更有力地指導(dǎo)施工。

［1］ 高峻合，趙維柄，施建勇，等．基坑測(cè)斜技術(shù)研究［J］．河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1998，26(3):120-124．

［2］ 夏才初，潘國榮．土木工程檢測(cè)技術(shù)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．

［3］ 梁才．深基坑的監(jiān)測(cè)與控制［J］．施工技術(shù)，2010，39(增 2):100-104．

［4］ 賀俊，楊平，張婷．復(fù)雜條件下深基坑施工變形控制及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)分析［J］．鐵道建筑，2010(7):96-99．