談珠江新城站深基坑開挖及監(jiān)測技術(shù)

何振華

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司，河南洛陽 471000)

廣州市軌道交通五號(hào)線珠江新城站位于華廈路與花城大道交叉路口處。珠江新城站是三號(hào)線與五號(hào)線的換乘站，三號(hào)線呈南北走向，五號(hào)線呈東西走向，站臺(tái)呈十字形疊交。珠江新城站為地下3層結(jié)構(gòu)，－1層為3號(hào)線和五號(hào)線的站廳層，呈十字形，－2層為三號(hào)線站臺(tái)和五號(hào)線兩端客流夾層，－3層為五號(hào)線站臺(tái)層，共設(shè)有6個(gè)出入口。車站主體結(jié)構(gòu)總長145.3 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬29.0 m，頂板埋深為 3.0 m，底板埋深為 22.89 m。采用φ1 200 mm(間距為1 500 mm)密排人工挖孔樁相連成墻體作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)冠梁，采用四道鋼管支撐以保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全。主體結(jié)構(gòu)明挖法施工，采用三層四跨箱形框架結(jié)構(gòu)，柱距為9.0 m。各層板、梁、墻均采用C30混凝土，結(jié)構(gòu)中柱采用C50混凝土。底板厚1 000 mm，中板厚500 mm，頂板厚800 mm，邊墻厚800 mm(站臺(tái)層為900 mm)。

1 地質(zhì)條件

1.1 工程地質(zhì)條件

本工程處于珠江三角洲沖積平原，地貌形態(tài)為平緩的三角洲沖積平原。車站地層主要包括白堊系紅層和第四系土層。

根據(jù)鉆孔揭露巖土由上往下分別為:人工填土層①、沖(淤)積土層④-2、沖～洪積土層④-1、殘積可塑層⑤-1、殘積硬塑層⑤-2和泥質(zhì)粉砂巖全風(fēng)化巖層⑥、強(qiáng)風(fēng)化⑦、中風(fēng)化⑧、微風(fēng)化⑨。

車站主體結(jié)構(gòu)底板大部分位于微風(fēng)化巖層⑨中，且基坑范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有淤泥質(zhì)土、砂層等軟弱地層存在。礦山法暗挖隧道洞身范圍內(nèi)主要為泥質(zhì)粉砂巖全風(fēng)化巖層⑥、強(qiáng)風(fēng)化⑦、中風(fēng)化⑧、微風(fēng)化⑨。根據(jù)圍巖分類，隧道圍巖為Ⅲ類或Ⅳ類。

1.2 工程水文條件

本站區(qū)范圍內(nèi)地下水主要為孔隙水和基巖裂隙水兩類。地下水補(bǔ)給主要為大氣降水，受季節(jié)影響明顯。地層中除填土層上層滯水外，其他地層均為透水或不透水層，基巖裂隙水具有連通性。地下水對(duì)混凝土有弱腐性。

2 施工方案

2.1 基坑開挖

根據(jù)場地條件、土質(zhì)條件和工程條件，擬建車站基坑屬超深基坑，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)?？紤]到基坑開挖深度較大，場地周圍紅線內(nèi)空地僅有3.0 m～4.0 m左右，施工場地狹小，不具備放坡條件，所以無法進(jìn)行放坡開挖，需進(jìn)行基坑支護(hù)?；又ёo(hù)和土方開挖是整個(gè)基坑工程能否順利完成的前提。

基坑開挖階段是工程對(duì)周圍環(huán)境影響最為直接的時(shí)段，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求進(jìn)行作業(yè)，應(yīng)特別注意:

1)基坑西南角10 m處為已停工的廣州中國名牌大廈基坑，深約20 m，西北角為正在施工的海關(guān)大樓，東南角為三號(hào)線車站的施工場地，離中國檢驗(yàn)檢疫中心較近。本工程開挖比較深，且面積大，開挖大面積的土方卸載勢必引起周邊土體的位移場變化，因此應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖。嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)要求;2)開挖時(shí)，臨廣州中國名牌大廈基坑一側(cè)不得堆載，其他基坑邊堆載必須小于25 kPa;3)基坑開挖時(shí)分塊之間土坡坡度不應(yīng)過大，以免土坡失穩(wěn)。防止機(jī)械碰撞臨時(shí)立柱，確保立柱安全。

施工方案的選擇重點(diǎn)要考慮以下內(nèi)容:

1)如何有效解決臨廣州中國名牌大廈深基坑安全問題;2)土石方開挖與支護(hù)工程施工的穿插關(guān)系;3)石方爆破施工中對(duì)基坑邊坡和已建成的三號(hào)線珠江新城站的結(jié)構(gòu)安全保護(hù)。

2.2 基坑支護(hù)

基坑的支護(hù)方案很多，各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，選擇合理的方案是保證基坑支護(hù)工程的關(guān)鍵?；娱_挖面積大，深度深，周邊環(huán)境保護(hù)要求較高，且建筑物開挖邊線距離建筑紅線距離僅有3 m～5 m，無法進(jìn)行放坡。本次方案結(jié)合了主體結(jié)構(gòu)及場地特點(diǎn)，在保證安全的前提下，根據(jù)實(shí)際情況，重點(diǎn)突出快、省、易。

該基坑支護(hù)工程重點(diǎn)為控制廣州中國名牌大廈基坑一側(cè)變形。

根據(jù)地質(zhì)情況、周圍環(huán)境、基坑規(guī)模、廣州市及全國地鐵施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多方面論證，本基坑的設(shè)計(jì)為:車站采用φ1 200 mm(間距為1 500 mm)密排人工挖孔樁相連成墻體作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)冠梁，采用四道用φ609，壁厚t=16鋼管支撐以保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全。主體結(jié)構(gòu)明挖法施工，采用三層四跨箱形框架結(jié)構(gòu)，柱距為9.0 m。各層板、梁、墻均采用C30混凝土，結(jié)構(gòu)中柱采用C50混凝土。底板厚1 000 mm，中板厚500 mm，頂板厚800 mm，邊墻厚800 mm(站臺(tái)層為900 mm)。采用人工挖孔方法，結(jié)合管線資料，完全可以避開地下管線。該方法在全國應(yīng)用廣泛，質(zhì)量容易控制。

考慮支撐要在廣州中國名牌大廈基坑底以下。A，B基坑的開挖深度22.89 m，采用上部2 m開挖作擋土墻，下部φ1 200人工挖孔樁+四道鋼內(nèi)支撐。

3 基坑降水

本基坑范圍內(nèi)存在人工填土層和強(qiáng)風(fēng)化巖層，具有一定的含水量，在土石方開挖前宜先進(jìn)行降水。根據(jù)計(jì)算，基坑內(nèi)在中部沿縱向設(shè)一排降水井，間距為20 m～25 m，采用φ800井點(diǎn)，并在基坑之外增加設(shè)降水井，井深以進(jìn)入不透水層或巖層3 m以上控制?；娱_挖前先做好基坑面四周的排水溝，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高立即做基坑底面兩側(cè)排水溝，每隔30 m設(shè)置集水坑，并在基坑四角設(shè)置集水坑，坑外均設(shè)置排水溝與市政管網(wǎng)接駁，并設(shè)計(jì)三級(jí)沉淀池排放措施。

4 變形監(jiān)測

為確保鄰近建筑物及管線的安全，同時(shí)為了掌握不同施工狀況對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，確保施工安全，對(duì)基坑進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)控量測。

1)為了解基坑圍護(hù)墻體在開挖過程中的傾斜和位移情況，分別在A，B基坑四角、轉(zhuǎn)角、中部的鋼筋混凝土人工挖孔灌注樁內(nèi)布置測斜管，均采用PVC塑料管，將其綁扎在挖孔灌注樁鋼筋籠上一同澆筑。

2)周圍建(構(gòu))筑物、地下管線變形。四周建筑:在鄰近的正在施工的海關(guān)大樓，中國檢驗(yàn)檢疫中心的四角、中部，分別布置沉降觀測點(diǎn);周邊基坑:如中國名牌大廈基坑一側(cè)的擋土墻上設(shè)置沉降觀測點(diǎn);地下管線:站位范圍內(nèi)地下管線較多，主要有軍用電纜光纖、給水管和排水管等。在鄰近基坑的地下管線的轉(zhuǎn)角和線長中部布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。

3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。選取有代表性的圍護(hù)樁，在圍護(hù)樁基坑內(nèi)側(cè)面和迎土側(cè)面的鋼筋上埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，使用振弦頻率測定儀測定樁身受拉區(qū)和受壓區(qū)鋼筋應(yīng)力的變化。

4)支撐軸力。支撐體系軸力監(jiān)測:軸力計(jì)數(shù)量按鋼支撐的30%設(shè)置，選取角撐、對(duì)撐、有代表性的部位布設(shè)觀測點(diǎn)。采用支撐軸力計(jì)，掌握在開挖過程中隨著深度的變化，支撐體系受力的情況。支撐軸力監(jiān)測對(duì)支撐體系受力狀況、保障支撐體系安全有著重要意義。深基坑開挖過程中1次/d，受力穩(wěn)定1次/周。

5)基坑周圍地表沉降。在基坑深度的1.5倍～2.0倍距離為半徑的范圍內(nèi)，從基坑向外由密到疏布設(shè)。在基坑影響范圍外，每測區(qū)設(shè)置穩(wěn)固可靠的水準(zhǔn)基點(diǎn)3個(gè)，每次測量應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范。

地下水位:基坑開挖前測取初讀數(shù)，基坑開挖至底板以下施工期間2 d～3 d一測，之后根據(jù)沉降的變化情況可視具體情況2 d～5 d測一次。

6)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁體土壓力。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)人工挖孔樁外側(cè)布設(shè)觀測孔，豎向每間隔3 m設(shè)置一個(gè)土壓力盒，直至基坑底，在坑外土體沿垂直方向向下鉆孔，將土壓力盒間隔3 m固定于型鋼上放入鉆孔中，土壓力計(jì)的受壓面應(yīng)面對(duì)欲測量的土體，用砂回填密實(shí)，使用振弦式頻率測定儀測定土壓力。在基坑開挖期間，每天測定一次。

7)爆破震動(dòng)效應(yīng)。在石方開挖前距爆源較近的3號(hào)線主體結(jié)構(gòu)及臨近構(gòu)筑物上埋設(shè)傳感器，針對(duì)硬質(zhì)巖體采用小藥量淺眼弱震控制爆破，爆破前先在靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)處，人工輔以液壓錘先開挖一道“V”形槽，對(duì)既有圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成保護(hù)的同時(shí)為后續(xù)爆破增加臨空面，“V”形槽深始終超深于炮眼深度。利用已開挖形成和沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)先開挖“V”形隔離槽形成的臨空面，沿基坑縱向推進(jìn)，炮孔為平行于臨界面的斜孔，平面呈梅花形布置，小藥量，淺孔臺(tái)階弱震控制爆破，靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)留臺(tái)階采用人工鑿除。淺孔爆破允許最大段起爆藥量和爆破振速現(xiàn)場選爆破點(diǎn)進(jìn)行測試，根據(jù)測得數(shù)據(jù)通過回歸分析確定系數(shù)，從而按規(guī)范的規(guī)定設(shè)計(jì)值控制單段最大裝藥量。石方爆破方法示意圖見圖1。

圖1 石方爆破方法示意圖

5 監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析、管理

監(jiān)控量測資料均由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理與管理，當(dāng)取得各種監(jiān)測資料后，及時(shí)進(jìn)行處理分析，繪制相應(yīng)圖表，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測最終位移值，預(yù)測結(jié)構(gòu)物的安全性，確定工程技術(shù)措施。每一測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果要根據(jù)其位移變化速率和管理基準(zhǔn)等綜合判斷結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報(bào)表，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù)，達(dá)到安全、快速、高效施工之目的。

監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析及反饋的方法和內(nèi)容通常包括監(jiān)測資料的采集、整理、分析、反饋及評(píng)判決策等。

5.1 數(shù)據(jù)采集

1)通過現(xiàn)場監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)和與之相關(guān)的其他資料的搜集、記錄等。本監(jiān)測項(xiàng)目采用的儀器設(shè)備種類繁多，有的儀器(如水準(zhǔn)儀、測斜儀等)需人工讀數(shù)、記錄，然后將實(shí)測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，有的儀器(如全站儀)則自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，并將量測值自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

2)數(shù)據(jù)分析。采用比較法、作圖法和數(shù)學(xué)、物理模型，分析各監(jiān)測物理量值大小、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢，以便對(duì)工程的安全狀態(tài)和應(yīng)采取的措施進(jìn)行評(píng)估決策。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應(yīng)根據(jù)散點(diǎn)圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測該測點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大位移值，預(yù)測結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況。

5.2 數(shù)據(jù)整理

每次觀測后應(yīng)立即對(duì)原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行校核和整理，包括原始觀測值的檢驗(yàn)、物理量的計(jì)算、填表制圖、異常值的剔除、初步分析和整編等，并將檢驗(yàn)過的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

6 結(jié)語

珠江新城站深基坑工程開挖范圍廣、深度深、施工難度大。經(jīng)過兩年多的各項(xiàng)監(jiān)測表明，基坑邊坡及周圍建筑物穩(wěn)定，保證了基坑工程順利施工。本工程針對(duì)該工程及周邊不同環(huán)境，因地制宜地采用多種樁基形式和基坑支撐體系，其技術(shù)先進(jìn)，使用安全，經(jīng)濟(jì)可靠，以后針對(duì)廣州市地鐵深基坑作業(yè)施工技術(shù)有一定的參考性。

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