昆明市軌道交通大樹營車站施工監(jiān)測技術(shù)分析

劉剛

（中鐵北京工程局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，安徽 合肥 230088）

隨著城市地鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，各種復(fù)雜地質(zhì)條件的地鐵車站施工越來越多，由于勘察數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或施工措施不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻墓こ淌鹿拾咐芏唷榱舜_保施工安全，信息化施工在確保地鐵結(jié)構(gòu)本身和周邊環(huán)境的安全上扮演著重要的角色。本文以昆明市軌道交通大樹營車站，介紹復(fù)雜地質(zhì)情況下地鐵車站的施工與監(jiān)測，以期為今后類似工程參考。

1 工程概況

大樹營站位于東風(fēng)東路與昆河鐵路的交叉口，呈東南向布置在昆河鐵路下面，與3 號線大樹營站通道換乘，是昆明市軌道交通4 號線工程的中間站。車站全長146.4m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22.3m，站臺寬度13m，有效站臺長度118m，頂板覆土厚度約為4m，底板埋深約25.43 ～26.68m，為島式車站，標(biāo)準(zhǔn)段為三層三跨結(jié)構(gòu)。車站附屬共設(shè)5 個通道（2 個出入口通道、2 個換乘通道、1 個緊急疏散通道），2 個活塞風(fēng)亭和1 組新排風(fēng)亭組。車站兩端接盾構(gòu)區(qū)間，車站為兩端均為盾構(gòu)吊出。大樹營車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大開挖深度26m，采用1000mm 連續(xù)墻＋內(nèi)支撐支護(hù)的支護(hù)形式，其中第1、3 道支撐為砼支撐，2、4、5 道支撐為Q235B 鋼的Φ800mm、壁厚t=16mm 鋼支撐。

2 場地地質(zhì)情況

本站范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系全新統(tǒng)沖湖積層（Q4al+l）、第四系上更新統(tǒng)沖湖積層（Q3al+l），新生代第四系中更新統(tǒng)沖湖積層（Q2al+l），場地屬于沖洪積及沖湖積平原，地貌類型單一，巖土層次較多，均勻性差，分布有軟土層及可液化砂土，典型的地質(zhì)圖如圖1 所示。

本場地勘探范圍內(nèi)埋藏分布有孔隙潛水及孔隙承壓水，易產(chǎn)生潛蝕、管涌、對抗浮及抗隆起不利。

3 施工總體安排

3.1 基坑斷面

基坑的施工斷面圖如圖2 所示。

3.2 施工進(jìn)度安排

根據(jù)大樹營車站工期及節(jié)點工期要求，制定的施工進(jìn)度橫道圖如圖3 所示。

4 工程重點、難點及對策

4.1 工程重點、難點

（1）有效地保證周邊構(gòu)筑物在基坑開挖期間安全是本工程重點，在施工過程實施監(jiān)控量測，信息化反應(yīng)構(gòu)筑物安全；明挖基坑最大埋深高達(dá)26m，基坑臨近既有建筑物較近，深基坑支護(hù)施工難度大。

圖1 大樹營站地質(zhì)橫剖面圖

圖2 大樹營站位置示意圖

圖3 施工進(jìn)度橫道圖

（2）昆明市降雨頻繁，雨量大，車站處集水量大。地表水的疏排對深基坑明挖結(jié)構(gòu)的影響較大，在施工現(xiàn)場設(shè)置連續(xù)、順暢的排水系統(tǒng)，合理組織排水是工程的重點。

（3）基坑土方量約8.6 萬方，市區(qū)對渣土運(yùn)輸嚴(yán)格管制，土方外運(yùn)組織協(xié)調(diào)難度大，基坑土方開挖進(jìn)度對關(guān)鍵線路工期制約較大。

（4）施工作業(yè)面、作業(yè)工點多、工序復(fù)雜，施工范圍分布較廣，施工組織難度大。

（5）基坑?xùn)|西側(cè)均有建筑物，基坑開挖后，對兩者圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加荷載較大，因此，在開挖過程中，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及位移是難點，控制基坑無支撐暴露時間及東側(cè)路面沉降是重點。

（6）大樹營站施工場地內(nèi)分部有<2-5>、<2-6>粉土層，含水量較大、滲透系數(shù)高，施工中容易出現(xiàn)縱坡失穩(wěn)、滑坡等現(xiàn)象。

（7）大樹營站毗鄰官渡區(qū)周轉(zhuǎn)房及天鹿飯店等構(gòu)建筑物，深基坑降水及基坑開挖可能會造成周邊建筑物沉降。

4.2 應(yīng)對措施

針對上述難重點，擬采取以下工程應(yīng)對措施：

（1）在車站主體基坑范圍外設(shè)置兩個臨時存渣池解決臨時渣土外運(yùn)受阻情況。一個位于付費(fèi)區(qū)換乘通道擴(kuò)大端處，長18.5m、寬11.2m、深3m（含側(cè)墻），臨時存渣量621m3。一個位于車站大里程端至黎明路方向靠曙光鐵路小區(qū)側(cè)，長100m、寬4m、深2.5m（含側(cè)墻），臨時存渣量1000m3。

（2）基坑開挖過程中，采取“先支撐后開挖，限時支撐”的施工方案，開挖過程中加強(qiáng)對基坑沉降和位移的監(jiān)控量測。

（3）基坑開挖前對開挖地段進(jìn)行降水，將地下水位降至開挖面以下3m，將粉土層中的水疏干，增強(qiáng)粉土層抗剪強(qiáng)度。

（4）根據(jù)現(xiàn)場施工組織情況，疏干井在基坑開挖前即全部施工完成，在每段基坑土方開挖前20 天開始該開挖段預(yù)降水，確保疏干效果。

（5）基坑開挖臺階縱坡按照1:3 進(jìn)行控制，減小縱坡坡度，防止邊坡溜坍。

（6）坡頂嚴(yán)禁堆載土方及其它重物，避免對坡腳產(chǎn)生額外荷載。

（7）在基坑周邊設(shè)置水位觀測井，確定坑內(nèi)外水系是否與坑內(nèi)有聯(lián)系，若坑內(nèi)降水對坑外水位影響較大，周邊建筑物及管線變形趨勢明顯，則立即停止抽水，并在坑外設(shè)置回灌井，將抽出的地下水通過基坑周邊的回灌井點持續(xù)地再灌入地基土層內(nèi)，并使降水井點的影響半徑不超過回灌井點的范圍，避免降水對周邊環(huán)境造成過大影響。

（8）為避免基坑過于降水對周邊管線及建構(gòu)筑物的影響，根據(jù)現(xiàn)場施工組織，需要開挖的或者影響開挖的部位提前20 天降水，暫時不需要開挖或不影響開挖的部位就暫時不要降水。

（9）在基坑開挖期間，做到“隨挖隨撐”，減少基坑暴露時間，進(jìn)而控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物的變形。

（10）在基坑開挖期間，對周邊建筑物變形進(jìn)行密切觀測，若發(fā)現(xiàn)周邊環(huán)境或圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形速率過快，則通過在變形較大位置增設(shè)支撐及將分區(qū)縮短至10m，減少基坑暴露時間及封底時間，確保周邊環(huán)境及建筑物變形可控。

4.3 基坑降水

4.3.1 降水工程特征分析及對策

（1）基坑上部孔隙潛水主要存于填土和淺部黏土、淤泥質(zhì)土、粉土、粉砂及圓礫層中。受沉積特性影響，砂層與粘土層往往相互交錯，造成垂向滲透性差不易疏干，且開挖過程中易形成滯水等情況影響開挖效果，因此，布井間隙不宜過大，為保證疏干效果建議提前疏干降水。

（2）基坑下部的3-6 粉砂、3-10 礫砂、6-6-1 粉砂承壓水含水層，理論上被止水結(jié)構(gòu)隔斷，考慮到圍護(hù)結(jié)構(gòu)可能存在滲漏，且其抗突涌驗算不滿足要求，需要降低水頭保證基坑安全。對于淺部及中部的3-6 粉砂、3-10 礫砂，可由疏干井加深進(jìn)入該層聯(lián)合降水；對于深部的6-5-1 粉土，安全系數(shù)大于1.05，暫不布置降水井，正式降水運(yùn)行前應(yīng)做抽水試驗，驗證方案是否可行，優(yōu)化降水方案。

（3）擬建車站兩側(cè)建筑物較多，地下管線分布復(fù)雜，工程周邊環(huán)境與工程相互影響大，降水過程中要密切關(guān)注周邊水位下降情況及地表沉降情況。

4.3.2 基底抗突涌穩(wěn)定性分析

如圖4，隨著基坑開挖深度的增加，基底至承壓含水層之間的覆土厚度減小，下部承壓水有引發(fā)基底突涌的風(fēng)險，本次對基底下部的3-6-1、6-5-1、6-6-1 承壓含水層進(jìn)行突涌分析，基坑底板抗突涌穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土重力應(yīng)大于承壓水的頂托力，即：

式中：Kh為突涌穩(wěn)定安全系數(shù)，不應(yīng)小于1.1；D 為承壓含水層頂面至坑底的土層厚度（m），D=Ha-Hb；γ 為承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度（KN/m3）；對多層土，取加權(quán)平均值；為hw承壓含水層頂面的壓力水頭高度（m）；γw為水的重度（10kN/m3）；Ha基坑開挖底板高程（m）；Hb為含水層頂板高程(m)。

由上式可求得安全水位：

式中：ha為承壓水頭安全水位高程(m)；則承壓水位降

圖4 基坑底板抗突涌驗算示意圖

根據(jù)地勘資料，3-5-1、3-6-1 含水層的水位標(biāo)高為取1889m，6-5-1 含水層水位標(biāo)高取1887m，土重度取19.8kN/m3。由此計算得到的抗突涌如表1 所示。

根據(jù)計算分析，對于淺部、中部的承壓含水層<3-5-1>、<3-6-1>層不滿足抗突涌要求，需要布置降水井降低水頭，由于該層被圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷，可以將部分疏干降水井加深進(jìn)入該層，聯(lián)合降水。

對于深部的<6-5-1>、<6-6-1>層，其安全系數(shù)大于1.05，暫時不針對該含水層布置降壓井。但其安全系數(shù)小于規(guī)范要求的1.1，在施工前應(yīng)進(jìn)行抽水試驗，觀測水位情況，查明其與上部含水層之間的水力聯(lián)系情況，暫不布置降水井。

4.3.3 疏干井設(shè)計

基坑地連墻理論上隔斷了潛水含水層，淺部、中部承壓含水層的坑內(nèi)外水力聯(lián)系，此類疏干降水設(shè)計通常根據(jù)單井有效抽水面積a 的經(jīng)驗值來確定，而經(jīng)驗值又根據(jù)疏干土體的特性及基坑的平面形狀來確定，一般為150 ～250m2。根據(jù)文獻(xiàn)[3]和該類地層疏干降水經(jīng)驗，單井有效疏干面積a取200m2。坑內(nèi)疏干井的數(shù)量根據(jù)下式進(jìn)行計算：

式中：n 為井?dāng)?shù)（口）；A 為基坑疏干面積（3388m2）；a 為單井有效抽水面積經(jīng)驗值（200m2）。

根據(jù)計算共需布置疏干井17 口。

4.3.4 降水井布置

疏干井井深31 ～44m，井管采用直徑273mm、壁厚3 ～4mm 的鋼管；底部設(shè)1m 沉淀管；下設(shè)置27m 濾管(加深降水井為15m 濾管)，濾管為同規(guī)格的橋式濾管，濾料為中粗砂，為增強(qiáng)疏干效果，可以考慮提前20 天抽水。

5 監(jiān)測方案

5.1 監(jiān)測目的

本工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，該工程周邊建筑物密集、地下管線交錯，增加了施工難度。因此，在施工期間對結(jié)構(gòu)工程及施工沿線周圍重要的地下、地上建(構(gòu))筑物、地面道路、初支結(jié)構(gòu)等實施變形等方面的監(jiān)測，以便為建設(shè)、施工、監(jiān)理等單位提供及時、可靠的信息；評定該工程在施工期間的安全性及施工對周邊環(huán)境影響，并對可能發(fā)生危及施工、周邊環(huán)境安全的隱患或事故及時、準(zhǔn)確的預(yù)報，以便及時采取有效措施消除隱患，避免事故的發(fā)生。

監(jiān)測的數(shù)據(jù)和資料要求：

（1）使甲方能完全客觀真實地了解工程安全狀態(tài)和質(zhì)量程度，掌握工程各主體部分的關(guān)鍵性安全和質(zhì)量指標(biāo)。

（2）根據(jù)監(jiān)測成果按照預(yù)警體系發(fā)出信息，及時把潛在的險情通報給各參建單位，以便積極采取對策。

（3）通過監(jiān)測，掌握施工對圍巖及既有建(構(gòu))筑物的影響程度，用以修改設(shè)計參數(shù)，達(dá)到信息化設(shè)計目的。

（4）通過積累數(shù)據(jù)，豐富設(shè)計人員和專家對類似工程的經(jīng)驗，以利專家解決工程所遇到難題。

5.2 監(jiān)測項目

車站監(jiān)測項目主要包括：現(xiàn)場巡查，地表、管線、周邊建筑物、墻頂垂直位移，墻體水平位移，支撐軸力，水位監(jiān)測等。按照規(guī)范要求，本基坑監(jiān)測項目見表2。

表1 抗突涌驗算表

表2 基坑監(jiān)測項目

5.3 監(jiān)測注意事項

（1）監(jiān)測工作應(yīng)以獲得定量數(shù)據(jù)的專門儀器測量或?qū)Ｓ脺y試元件監(jiān)測為主，以現(xiàn)場目測檢查為輔。

（2）各監(jiān)測項目在支護(hù)施工前應(yīng)測得穩(wěn)定的初始值，且不小于兩次。

（3）各項監(jiān)測工作的時間間隔根據(jù)施工進(jìn)程確定，在開挖卸載急劇時段，間隔時間不應(yīng)超過1 天，其余情況下可延至3 ～5 天。當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地條件變化較大時，應(yīng)加密觀測。當(dāng)有危險事故征兆時，則需進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

（4）量測數(shù)據(jù)必須完整、可靠，對施工工況應(yīng)有詳細(xì)描述，使之真正能達(dá)到施工監(jiān)控的目的，為設(shè)計和施工提供依據(jù)。

（5）所有測點均應(yīng)反映施工中該測點受力或變形等隨時間的變化，即從施工開始到完成、測試數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定為止。

（6）及時編制量測報告，內(nèi)容包括：測點布置、測試方法、經(jīng)整理的量測資料、反分析的主要成果、結(jié)論及建議、量測記錄匯總等，施工過程中，根據(jù)監(jiān)測資料判斷支護(hù)狀態(tài)。

5.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

按照監(jiān)測要求，對車站基坑在開挖和施工期間進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖5 所示。

監(jiān)測結(jié)果表明，在基坑開挖和施工期間，最大地表沉降為13.5mm，最大墻體水平位移為45.5mm，最大支撐軸力為2345kN，周邊建筑物和管線變形數(shù)據(jù)較小，以上監(jiān)測結(jié)果均在設(shè)計控制值內(nèi)，監(jiān)測數(shù)據(jù)變化平緩，表明施工方案是合理的。

6 結(jié)語

昆明市軌道交通大樹營車站地質(zhì)條件較復(fù)雜，該工程周邊建筑物密集、地下管線交錯，施工難度大，本文針對該地鐵車站提出了具體的施工針對性措施，并結(jié)合監(jiān)測方案進(jìn)行了分析。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該工程的設(shè)計和施工是可靠的，達(dá)到了預(yù)期效果，可以作為類似工程借鑒。

圖5 大樹營站監(jiān)測結(jié)果曲線圖