地鐵工程深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

牛光明

摘 要：深基坑施工作為地鐵施工中的重要組成部分，同時(shí)也是地鐵施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的高低直接影響到深基坑施工的質(zhì)量，決定著地鐵整體工程的安全與質(zhì)量?；诖耍疚耐ㄟ^對(duì)地鐵深基坑變形機(jī)理的分析，以影響深基坑工程質(zhì)量因素作為主要切入點(diǎn)，探究地鐵深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)一步促進(jìn)地鐵工程質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；深基坑施工；施工監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提升，在我國(guó)建筑工程領(lǐng)域中，地下空間的開發(fā)與利用已經(jīng)成為未來發(fā)展的重要方向。如今我國(guó)深基坑工程施工監(jiān)測(cè)技術(shù)處于發(fā)展階段，隨著深基坑工程數(shù)量的增加，監(jiān)測(cè)技術(shù)也在不斷完善與進(jìn)步。針對(duì)現(xiàn)有的各項(xiàng)深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)而言，多數(shù)技術(shù)都是由傳統(tǒng)的變形測(cè)量引進(jìn)，因此，在地鐵工程施工中，務(wù)必要對(duì)深基坑工程的施工監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行不斷更新與優(yōu)化，進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)技術(shù)，以便更好地為地鐵建設(shè)提供服務(wù)，保證地鐵施工質(zhì)量與安全。

一、地鐵深基坑變形機(jī)理

（一）基坑附近地層移動(dòng)

坑底隆起作為土地原始應(yīng)力狀態(tài)的改變反應(yīng)，也是基坑附近地層移動(dòng)的一大表現(xiàn)。坑底隆起是由土體垂直方向卸荷而引起的土體形狀改變，當(dāng)基坑開挖時(shí)，坑底土地在卸荷后發(fā)生垂直隆起的現(xiàn)象，則意味著附近地層的移動(dòng)。

伴隨挖掘深度的不斷增大，基坑內(nèi)外的土面高差也在不斷拉開，當(dāng)挖掘到一定深度時(shí)，基坑內(nèi)外土壤之間的高差所形成的壓力就對(duì)會(huì)地面造成傷害，從而致使圍護(hù)墻外側(cè)的土體發(fā)生向基坑內(nèi)移動(dòng)的現(xiàn)象，造成基坑坑底土體出現(xiàn)塑性隆起現(xiàn)象。這就會(huì)使基坑周圍土體對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的塑性壓力，引發(fā)工程施工地面的沉降現(xiàn)象。

（二）圍護(hù)墻位移

圍護(hù)墻體的形變是由水平方向改變深基坑外圍的土壤應(yīng)力而引發(fā)的地層移動(dòng)現(xiàn)象。由于開挖工程在支撐工程前，圍護(hù)墻在深基坑開挖初期，就已經(jīng)受到應(yīng)力而發(fā)生形變。

事實(shí)證明，在深基坑開挖的后期階段，墻體會(huì)發(fā)生較大幅度的偏移，在基坑開挖深度2m左右處，偏移現(xiàn)象就會(huì)十分明顯。圍護(hù)墻的位移會(huì)直接導(dǎo)致墻體的中壓力區(qū)與被動(dòng)壓力區(qū)的土體發(fā)生偏移，引發(fā)塑性區(qū)的出現(xiàn)，形成坑底局部塑性區(qū)。圍護(hù)墻體的變形不僅會(huì)直接造成地面的沉降現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)直接引發(fā)墻體外側(cè)的塑性區(qū)域呈現(xiàn)擴(kuò)大增長(zhǎng)狀態(tài)，增加圍護(hù)墻體外側(cè)土體向坑內(nèi)的位移，從而引發(fā)土地的坑內(nèi)隆起現(xiàn)象，影響整個(gè)工程施工進(jìn)度與質(zhì)量。

二、影響深基坑工程質(zhì)量因素

（一）支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

深坑基支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為影響地鐵工程安全和質(zhì)量的重要因素，包含了圍護(hù)墻體的剛度、支撐水平的高低、垂直向的間距大小以及墻體厚度等多項(xiàng)因素。影響支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的因素有很多，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入地下的深度、支撐預(yù)應(yīng)力施加的程度、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法以及質(zhì)量等，都直接決定著支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，與地層位移密不可分。

（二）深基坑分段開挖

深基坑開挖方法種類眾多，在長(zhǎng)條形深基坑開挖過程中，以限定長(zhǎng)度L分段進(jìn)行開挖時(shí)，施工單位可以充分利用基坑的空間優(yōu)勢(shì)，切實(shí)提高基坑隆起的安全系數(shù)，樹立安全意識(shí)，避免周圍土地位移現(xiàn)象的發(fā)生，保證深基坑開挖分段的科學(xué)性。

（三）基坑內(nèi)土體性能的改變

基坑內(nèi)土體的性能會(huì)直接對(duì)深基坑工程安全造成影響，施工單位對(duì)基坑內(nèi)外地基進(jìn)行加固處理，可以有效提高土體的強(qiáng)度，保證土體剛度。土體剛度一旦有了保證，能最大限度的減小基坑周圍土體的位移，保證工程安全與質(zhì)量。

（四）其他因素影響

對(duì)于地鐵的深基坑工程質(zhì)量而言，影響其安全因素具有多樣性。開挖工程的整體周期長(zhǎng)短、深基坑開挖面暴露時(shí)間的長(zhǎng)短也對(duì)工程質(zhì)量有影響。工程中的必備要素，水、地面的超載現(xiàn)象都會(huì)直接影響到深基坑工程的安全，振動(dòng)荷載、圍護(hù)墻體接縫不良等現(xiàn)象都會(huì)直接影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，進(jìn)而威脅到深基坑工程安全。

三、地鐵深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

（一）支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)

以某大學(xué)城的二號(hào)線地鐵站為例，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移、樁頂水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力等項(xiàng)目。

樁頂水平位移采用全站儀對(duì)整體支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方法充分利用了水平角全圓方向觀測(cè)原理，以此測(cè)量出各點(diǎn)的水平方向與角度數(shù)據(jù)，并同時(shí)計(jì)算出水平位移量。

由于該地鐵站所處區(qū)域地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，地層厚度變化幅度較大，在該地建立起永久性測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)采用深埋式方法布設(shè)以保證監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。工作基點(diǎn)應(yīng)設(shè)立在便于監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行之處，同時(shí)保障現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地不受其影響，維持正常的施工秩序。在深基坑開挖過程中，保證每2d對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)一次。

該項(xiàng)地鐵工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移采用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量。施工單位在圍護(hù)樁施工過程中預(yù)埋測(cè)斜管，測(cè)斜管埋設(shè)到樁底以下，通過測(cè)斜儀對(duì)其進(jìn)行逐段測(cè)量，得到整個(gè)樁身的水平位移曲線，獲得圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特征。在基坑開挖過程中，每隔3d對(duì)圍護(hù)樁進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，若位移速率呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，則適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率。

該地鐵深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用振弦式鋼筋計(jì)，其測(cè)量過程簡(jiǎn)單便捷、抗干擾能力出色等優(yōu)勢(shì)，贏得了各大施工單位的青睞。這種應(yīng)力監(jiān)測(cè)的方式有助于保證支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性能的穩(wěn)定。鋼筋計(jì)的埋設(shè)位置由設(shè)計(jì)圖紙確定，采用焊接方式與鋼筋連接。在焊接期間，施工單位采用流水冷卻的方式對(duì)鋼筋計(jì)進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，施工單位應(yīng)盡力保證鋼筋籠的原始狀態(tài)及鋼筋籠的吊裝質(zhì)量，盡量規(guī)避初始應(yīng)力對(duì)鋼筋計(jì)帶來的不利影響。

（二）周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)

在地鐵深基坑開挖期間，為了保證周圍建筑物和地面的安全，應(yīng)對(duì)基坑周邊環(huán)境進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。施工單位在開挖基坑周圍的建筑物首層承重柱上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在開挖基坑影響范圍內(nèi)控制好監(jiān)測(cè)質(zhì)量。將基準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)設(shè)定為3個(gè)，并將每個(gè)控制點(diǎn)之間的間距控制在160m左右，利用電子水準(zhǔn)儀與交樁點(diǎn)進(jìn)行高程聯(lián)測(cè)，以此高程起算監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

同時(shí)，施工單位使用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行道路和地下管線監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置選在道路截面變化處、管道接頭處，并保持持續(xù)監(jiān)測(cè)。邊坡土體位移使用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量，施工單位在土體內(nèi)預(yù)先埋下測(cè)斜管，在深基坑開挖的過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。深基坑開挖到一定深度后，根據(jù)變形速率對(duì)監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證及時(shí)得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確反饋指導(dǎo)施工。除此之外，施工單位對(duì)深層部位埋設(shè)分層沉降標(biāo)，通過對(duì)土體的分層沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握基坑邊坡的穩(wěn)定情況，更好的控制工程質(zhì)量與安全。

對(duì)于施工安全而言，地下水位的監(jiān)測(cè)與裂縫的巡查也同樣重要。施工單位選擇電極傳感器對(duì)地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在地鐵站深基坑開挖期間，每隔3d對(duì)地下水位進(jìn)行一次觀測(cè)，保證深基坑工程的穩(wěn)定與安全。同時(shí)，保證每天進(jìn)行一次裂縫巡查，將巡查重點(diǎn)集中于支護(hù)樁、臨近地表處以及建筑物上，一旦裂縫出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測(cè)量記錄，并對(duì)其進(jìn)行持續(xù)測(cè)量。

總結(jié)

綜上所述，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，地鐵工程數(shù)量呈現(xiàn)出爆發(fā)性增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，這就對(duì)地鐵工程施工的各個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高的要求。地鐵施工監(jiān)測(cè)的發(fā)展不是一蹴而就的，需要完善的理論知識(shí)與先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)。施工單位應(yīng)在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升地鐵施工監(jiān)測(cè)技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)地鐵事業(yè)的發(fā)展。

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（作者單位：江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院）