青島地鐵8號線紅島站深基坑監(jiān)測成果分析

楊守興，商吉慶，張在云，楊 恒

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南，250014）

城市地鐵建設的快速發(fā)展對修建地鐵技術提出了更高的要求。地鐵施工技術具有顯著的地域特征，與各地區(qū)地質條件密切相關。由于地鐵修建位置交通較發(fā)達、人口較密集，受到場地的局限性，基坑無法采用傳統(tǒng)的分級放坡進行開挖，基坑圍護結構的設計與施工問題變得非常突出[1～3]?；娱_挖過程中的實時監(jiān)測作為必不可少的一個環(huán)節(jié)，不同地區(qū)的深基坑變形規(guī)律的實測結果，已有大量的現(xiàn)場總結[4～9]，但關于青島地區(qū)的深大基坑的監(jiān)測結果總結還不完善。青島地鐵8號線紅島站共建段基坑采用樁+錨索、樁+鋼支撐的支護體系，基坑開挖過程中對樁頂水平位移、深層水平位移、基坑地表沉降、鋼支撐軸力、地下水位等進行了監(jiān)測。測試結果表明：采用樁+錨索支撐與樁+鋼支撐的深層土體水平位移曲線不盡相同；冠梁頂部水平位移呈波浪形，位移發(fā)展趨勢可分為三個階段；鋼支撐的內力隨時間的變化大致呈線性關系。監(jiān)測結果驗證了地鐵通廊支護體系的合理性與可靠性，豐富了青島地區(qū)類似工程的基坑監(jiān)測結果。

1 工程概況

青島地鐵8號、12號線下穿濟青高鐵紅島火車站房，該段地鐵車站結構與高鐵站房共建稱為共建段。共建段呈“工”字型，地鐵區(qū)域為地下2層結構、三柱四跨，寬45.4m；局部結構七柱八跨，寬70m，長度為315.5m。

本工程地質分區(qū)主要為濱海沼澤帶地區(qū)，地貌類型主要為濱海堆積淺灘，地形較為平坦。地表現(xiàn)狀為蝦池、養(yǎng)殖場、平地等，已經高鐵施工已回填。明挖基坑場區(qū)內地下水豐富，地下水位較高，易受潮汐水影響，因此要求基坑圍護結構要有較好的止水效果及足夠的剛度。

基坑南側環(huán)境較為復雜，緊鄰青蘭高速公路，且施工便道狹長，車輛過往頻繁，為重點監(jiān)測對象。因此本文重點分析了共建段南側緊鄰高速路邊的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

根據(jù)地質情況，地鐵基坑1～3段的支護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐、4～17段鉆孔灌注樁+預應力錨索的支護形式?；娱_挖深度為18m。維護樁徑采用直徑為1 000mm和800mm鉆孔樁，間距為1m，；樁頂設置1 100mm×1 000mm冠梁。開挖期間暴露的樁間土采用C25鋼筋網片+噴混凝土，鋼筋網片采用?8@150（雙向）?；颖O(jiān)測醒目及監(jiān)測點平面布置圖如圖1所示。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測內容

本基安全等級為一級，依據(jù)設計要求及《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB50479-2009），結合工程地質勘查報告、施工方給出的開挖方案，制訂地鐵通廊共建段的監(jiān)測方案。緊鄰青蘭高速位置，地鐵基坑為監(jiān)測重點，各監(jiān)測項目及控制指標見表1。

圖1 基坑各監(jiān)測點的平面布置圖

表1 監(jiān)測項目及控制指標

2.2 監(jiān)測頻率

基坑監(jiān)測應貫穿基坑開挖至主體結構施工的全過程，目的是了解基坑變形和緊鄰高速路邊環(huán)境的變化， 保證地鐵基坑及青蘭高速路邊環(huán)境的穩(wěn)定安全。各監(jiān)測項目的初始讀數(shù)應在基坑開挖前測定3次，并取其平均值；土方開挖期間按1次/天的頻率監(jiān)測，待地鐵筏板混凝土澆筑完成后監(jiān)測頻率相應減少。

遇到特殊情況，如監(jiān)測項目的累計值、變形速率過大或異常突發(fā)情況對基坑不利時，監(jiān)測頻率必須加密。

3 基坑的開挖施工過程

整個基坑主體結構采用明挖順作法施工，遵循時空效應理論，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)及時掌握基坑圍護結構的變形清理并指導基坑的順利開挖。地鐵通廊共建段3～17段采用樁錨支護體系，分3層開挖，共3道錨索；1～3段采用樁+鋼支撐體系，開挖也分3層開挖。

4 監(jiān)測成果分析

整個基坑開挖由北向南開挖，地鐵第4～17段從2016年12月開挖至2017年6月底地鐵底板完成施工，第1～3段2017年5月開挖至12月底板完成。整個監(jiān)測過程持續(xù)時間長，監(jiān)測次數(shù)多，現(xiàn)將部分有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)做如下分析。

4.1 土體深層水平位移

對土體深層水平位移進行監(jiān)測，能夠準確地反映基坑開挖期間圍護樁的變形情況，對基坑的動態(tài)開挖具有指導意義。測斜點CX-01-04-03位于基坑中部位置，此處圍護樁整體的剛度較小，具有代表性，該測點土體深層水平位曲線如圖2所示。由圖可知采用樁錨支護體系深部土體的位移呈“大肚”型，最終變形值為22.8mm，沒有超過預警值。深層土體的水平位移值隨著基坑的挖深，位移不斷增大，基坑開挖面以上的變形速率比開挖面以下的變形速率快。另外及時施作錨索，能夠有效抑制側向位移的發(fā)展速率，筏板的及時澆筑能夠增加樁體的側向剛度，同時增加土體的附加應力，也能抑制樁體側向位移的發(fā)展速率。

所有患者術后72 h行顱腦增強MRI檢查腫瘤切除情況，根據(jù)Simpson分級標準，達到Ⅰ級 58例，Ⅱ級13例，Ⅲ級9例。術后送病理檢查均診斷為腦膜瘤，Ⅰ級良性腦膜瘤59例，Ⅱ級非典型性腦膜瘤21例。術后即時發(fā)現(xiàn)，8例多飲多尿者中6例癥狀緩解，2例無明顯改善；5例并發(fā)一過性尿崩；4例嗅覺減退；4例顱內感染；1例腦脊液漏；1例出現(xiàn)高熱、血糖升高等嚴重下丘腦反應而死亡；1例大量出血形成腦疝而死亡。隨訪2～7.5年，平均(5.4±1.4)年，56例視力不同程度的改善，21例無明顯變化，3例視力減退。11例復發(fā)，復發(fā)率為13.8%，再次行手術治療。

圖2 CX-01-04-03 深層土體水平位移變化曲線

地鐵通廊共建段1～3段采用樁+鋼支撐體系，選取CX-10-03圍護樁深層位移測點為例，不同工況下的累計變形曲線如圖3所示。

圖3 CX-10-03深層土體水平位移變化曲線及數(shù)值曲線

由圖可知采用樁+鋼支撐維護體系的變形大致呈“葫蘆型”，隨著開挖深度的增加，樁體變形值不斷加大。在鋼支撐架設之前，樁身位移增長速率較快，隨著鋼支撐的架設完成，變形發(fā)展速率減緩。2017年8月初地鐵1～3段筏板澆筑完成，樁體的變形趨于穩(wěn)定，最終變形值為24mm，位于基坑深度12m處。整個監(jiān)測結果顯示，所有監(jiān)測點的土體深層水平位移均未達到報警值。

對地鐵1～3段采用Midas/GTS建立三維模型進行數(shù)值模擬分析，采用摩爾-庫倫本構模型，模擬實際的施工工況。由圖3可知，數(shù)值模擬值的計算變形曲線和實測的變形曲線相吻合。

4.2 地表沉降

基坑南段的施工較北段的施工滯后，南側緊鄰高速公路路基旁有一施工便道，出入大型機械設備較多，此處為重點監(jiān)測對象。取南側緊鄰高速路邊的3個具有代表性的監(jiān)測點進行分析，沉降曲線如圖4所示。

圖4 地表沉降

由圖可知地表最大沉降量在DBC03-07處，為22.4mm，均為超出規(guī)范要求的0.15%H=27mm。原因在于施工前，施工方采用注漿加固的方法對緊鄰高速公路的施工便道進行了注漿加固，在施工過程中嚴禁在此處堆載，并對高速公路路基邊坡采用掛網噴射混凝土處理。但是在施工過程中，南側基坑支撐的架設相對滯后，導致路面的沉降在持續(xù)增加，直到第180天左右筏板澆筑完成滯后，地表的沉降才趨于平穩(wěn)。

4.3 樁頂沉降

圖5為基坑北側圍護樁樁頂測點QC05-11、QC05-09、QC05-07、QC05-05、QC05-03 在基坑開挖過程中的沉降的曲線。

圖5 樁頂沉降

2016年11月中旬獲得圍護樁頂沉降的初始值，隨著每層土體的開挖沉降有逐漸增大的趨勢，但變化率均不大。2017年5月初筏板澆筑完畢，增大土體的附加應力，并對圍護樁體側向變形有一定的約束作用。隨著地鐵負二層、負一層的主體結構澆筑完畢，上部荷載不斷增加，基底下被動區(qū)土體受到限制并使土體產生少量的壓縮，圍護結構產生少許沉降，最終趨于穩(wěn)定。由圖5可知圍護樁頂最大沉降發(fā)生在QC05-07測點，最大沉降值為14mm，沒有超出規(guī)范要求的警戒值。

4.4 冠梁頂部水平位移

基坑冠梁頂部的水平位移也能很好反映圍護結構的變形情況，因此冠梁頂部水平位移也是本次監(jiān)測工作的重點。現(xiàn)對地鐵北側的冠梁頂部水平位移監(jiān)測點QW05-05、QW05-07、QW05-09的監(jiān)測結果進行分析，冠梁頂部水平位移隨時間的變化曲線如圖6所示（朝向基坑為正）。

圖6 樁頂水平位移曲線

由圖可知在基坑施工過程中，冠梁頂部水平位移隨時間的變化關系大致呈波浪上升的趨勢。采用ORIGN9.0進行數(shù)據(jù)的擬合，擬合結果及擬合參數(shù)見公式1，且擬合效果良好。冠梁頂部的水平位移可分為3個階段：位移加速增長階段、位移減速增長階段、位移增長穩(wěn)定階段。原因在于土方開挖是一個卸荷的過程，基坑開挖的前期，冠梁頂部的水平位移加速增長，而隨著各道錨索的施工減緩了水平位移增大速率。2017年6月地鐵筏板澆筑完畢形成剛度后，冠梁頂部水平位移逐漸趨于穩(wěn)定，QW05-05、QW05-07、QW05-09監(jiān)測點水平位移的最大值分別為24.6mm、21.7mm、18.7mm（朝向基坑內側），均未超出報警值。

式中s——冠梁頂部累計水平位移；

s0——冠梁頂部累計水平位移；

A,B——擬合參數(shù)；

t——時間。

4.5 支撐軸力

鋼支撐軸力的監(jiān)測選用軸力計進行測試，量程應選擇大于設計極限值的2倍。軸力計在安裝之前，必須進行各項技術指標及標定系數(shù)的檢驗，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

由圖7可知，鋼支撐的軸力呈近似線性遞增，且三道直線的斜率均不相同。2017年5月中旬施加第一道鋼支撐后，隨著基坑內土方的持續(xù)開挖，第一道的支撐軸力呈不斷增大的趨勢，但增長速率較平緩。2017年7月上旬，在第二道鋼支撐施工完成后，繼續(xù)開挖土方，第二道鋼支撐的軸力的斜率要比第一道支撐大，且第一道支撐軸力增長速度有所減緩，原因在于第二道支撐分擔一部分主動土壓力。同樣在施工完第三道鋼支撐的時候，第一、第二道鋼支撐的軸力增長速度放緩，甚至趨于平緩，而第三道鋼支撐軸力增長速度卻很大，直至地鐵筏板施工完畢之后，三道支撐的軸力才趨于平緩。監(jiān)測結果表明三道鋼支撐的內力均為超過設計的80%（2 400kN）。

圖7 鋼支撐軸力與時間關系曲線

在支撐軸力測試過程中發(fā)現(xiàn)，溫度對支撐軸力測量的影響不可忽略，在軸力測試過程中盡量選在一天當中氣溫較低時進行，同一批次的支撐盡量在相同的時間或溫度條件下測量。

4.6 地下水位

對地鐵南北區(qū)段的地下水位監(jiān)測點DSW10-09和 DSW10-08（南側）、DSW-06和 DSW-07（北側）的監(jiān)測結果進行分析，地下水位隨時間變化曲線如圖8所示。

由圖8可知基坑南側水位累計下降量的最大值為0.25m，基坑北側為0.16m，均為超出報警值?；幽媳眱蓚鹊叵滤坏睦塾嬒陆盗烤淮螅蛟谟诘罔F規(guī)劃區(qū)域原為蝦池、魚塘，附近河流多，地下水位豐富，這對施工降排水造成了一定的困難。南側水位累計下降量降大，原因在于位于基坑南側設置了若干集水井，24h不間斷排水。當施工到250天左右時，地鐵筏板均澆筑完成，且北側主體結構已經完成，底板的自防水及外防水作用減小了地下水的滲流，地下水趨于穩(wěn)定。

圖8 地下水位隨時間的變化曲線

5 結 論

本文通過青島地鐵8號線地鐵城市通廊共建段基坑監(jiān)測方案的實施和施工過程中的信息化監(jiān)測，對深層土體的水平位移、冠梁頂部水平位移、緊鄰高速公路地表沉降、圍護結構樁頂沉降、支撐軸力、地下水位監(jiān)測的監(jiān)測結果進行分析，可以得出以下結論：①樁錨支撐體系、鋼支撐體系均能夠有效抑制維護樁體的變形；②采用樁錨支護體系的維護結構，冠梁頂部水平位移可分為3個階段：位移加速增長階段、位移減速增長階段、位移穩(wěn)定階段；③鋼支撐的軸力與時間大致呈線性關系，3道支撐軸力增長的速率由上至下依次減??；④在測試鋼支撐軸力時，盡量避免陽光暴曬的時間段，測試鋼支撐軸力時應選在同一時間段進行；⑤筏板的及時施作不僅能有效抑制基坑樁體的位移，同時也能夠有效預防地下水的滲流。