地鐵車站深基坑施工變形監(jiān)測探討

畢聞軻 李金龍

（甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

伴隨著城市化水平的不斷提高，城市居民的數(shù)量也迅速增長，與此同時(shí)，城市交通壓力也逐漸增加，為了緩解城市交通擁堵的問題，許多城市開始建設(shè)地鐵站。通過修建地鐵，可以加快城市各區(qū)域的交通速度，實(shí)現(xiàn)交通分流。但是仍需要注意的是，地鐵所處作業(yè)位置非常特殊，為了確保地鐵運(yùn)行效果，需要重點(diǎn)關(guān)注地鐵車站深基坑施工變形監(jiān)測，減少安全問題的發(fā)生概率。

本文以青島地鐵4號線沙子口站為背景，對采取地連墻+內(nèi)支撐的支護(hù)方式的車站深基坑工程變形規(guī)律進(jìn)行了研究。

1 工程概況

沙子口站為青島地鐵4號線的第22座車站本站設(shè)計(jì)站臺中心里程為Y（Z）DK25+952.500，起點(diǎn)里程為Y（Z）DK25+879.000，終點(diǎn)里程為YDK26+83.571（ZDK26+81.305），車站長205.10 m，有效站臺長118 m，為11 m島式站臺，車站形式為地下兩層雙跨（局部兩層三跨）矩形框架結(jié)構(gòu)，車站標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬19.70 m，車站結(jié)構(gòu)外包高度13.21 m；車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約為17.1 m，寬度為19.7 m，小里程盾構(gòu)段基坑深度為18.11 m、寬度為23.7 m，大里程盾構(gòu)段基坑深度為18.21 m，寬度為24.1 m。基坑各監(jiān)測點(diǎn)的平面布置圖如圖1所示。

圖1 基坑各監(jiān)測點(diǎn)的平面布置圖

2 深基坑變形監(jiān)測方案

2.1 基坑外地表沉降監(jiān)測

基坑外地表沉降監(jiān)測在地鐵車站深基坑施工變形監(jiān)測方案中是非常重要的一個(gè)項(xiàng)目；在具體監(jiān)測過程中，為了提升監(jiān)測效果，技術(shù)人員可以在基坑設(shè)計(jì)中的合理位置設(shè)置監(jiān)測地點(diǎn)。

（1）測點(diǎn)布設(shè)原則。①監(jiān)測點(diǎn)按剖面垂直于基坑邊布置，剖面間距宜為10～30 m；②沉降監(jiān)測段線的延伸長度應(yīng)大于基坑開挖深度的3倍。每個(gè)剖面線上的監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)由內(nèi)向外先密后疏布置，且不少于3～5個(gè)；③地表沉降監(jiān)測應(yīng)垂直于基坑邊布設(shè)若干測點(diǎn)，以形成監(jiān)測段面，設(shè)在坑邊中部或其他有代表性的部位。

（2）測點(diǎn)埋設(shè)方法。①用水鉆在硬化路面成孔，打穿地表層；②清孔后在孔內(nèi)插入80～120 cm鋼筋；③鋼筋直徑宜為18～22 mm；④放入少量細(xì)砂鋪實(shí)；⑤放置測點(diǎn)保護(hù)蓋和蓋板保護(hù)測點(diǎn)，防止過往行人和車輛對測點(diǎn)的破壞。地表沉降監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)如圖2所示。

圖2 地表沉降監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)示意圖

2.2 基坑外水位沉降監(jiān)測

隨著基坑深度的不斷增加，會提高基坑靠近地下水層的概率，增加基坑外存水風(fēng)險(xiǎn)性。為了確保基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以為了確保施工安全質(zhì)量，技術(shù)人員需要在基坑外設(shè)置水位監(jiān)測地點(diǎn)，所選擇的水位監(jiān)測地點(diǎn)需要均勻分布在基坑外側(cè)。

（1）測點(diǎn)布設(shè)原則。①監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)與周圍樁、角、相鄰建筑物（構(gòu)筑物）、較密實(shí)的地下管線等相鄰，并應(yīng)布置在止水幕外約2 m處；②潛水水監(jiān)測點(diǎn)之間的距離應(yīng)為20～50 m，復(fù)雜的水文地質(zhì)條件應(yīng)適當(dāng)加密。

（2）測點(diǎn)埋設(shè)方法。①在垂直圍護(hù)樁2 m處打孔下水位管，基坑（坑外）潛水水位觀測孔應(yīng)在基坑降水之前完成；②水位管過濾器部分和孔壁必須打磨，其余部分用有效的阻水材料密封在孔中，水位管口必須蓋好以防止地表水和廢棄物的進(jìn)入；③封閉的含水層中的承壓水位深度應(yīng)不小于2 m，孔的底部應(yīng)填上沙子，水位管的直徑可以為50～70 mm，過濾管的截面不應(yīng)小于1 m，孔壁應(yīng)填滿沙子，必須采取有效措施在被測含水層和其他含水層之間分配水；④水位監(jiān)控管（水管的底部）的深度應(yīng)低于地下水位3～5 m。對于必須降低加壓水位的基坑工程，水位監(jiān)測管的深度必須符合設(shè)計(jì)要求。地下水位監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)流程及示意圖如圖3所示。

圖3 地下水位監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)流程及示意圖

2.3 建筑物沉降監(jiān)測

（1）測點(diǎn)布設(shè)原則。①建筑物沉降點(diǎn)應(yīng)在基坑施工前進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)，保證在施工過程中建筑物沉降點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。②建筑物的沉降監(jiān)測點(diǎn)之間的距離一般為10～20 m。離基坑較近的建筑物和建筑物近基坑側(cè)在中部適當(dāng)加密監(jiān)測點(diǎn)。

（2）測點(diǎn)埋設(shè)方法。①建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)采用沖擊鉆在建筑物的基礎(chǔ)或墻的四個(gè)角上鉆孔，然后分別置入L型沉降標(biāo)，四周用植筋膠填實(shí)；②不允許埋設(shè)監(jiān)測標(biāo)志時(shí)，可采用測銦鋼尺貼直接在建筑物外張貼進(jìn)行觀測。

2.4 周邊管線沉降監(jiān)測

（1）測點(diǎn)布設(shè)原則。①地下管線監(jiān)測點(diǎn)原則上主要位于市政管線的煤氣管、供水管、排污管、大型雨水管和方溝。布置測量點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮地下管線與工程之間的相對位置關(guān)系；②測量點(diǎn)應(yīng)在管線接頭處，拐角處或位移敏感區(qū)域調(diào)節(jié)，布設(shè)的間距應(yīng)為10 m；③根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，特殊要求的管線布置在管線的頂部，沒有特殊要求的設(shè)備放置在管道上方相應(yīng)的地面監(jiān)測點(diǎn)。

（2）測點(diǎn)埋設(shè)方法。①帶有檢查井的地下管道將通過直接打開管道或管道運(yùn)輸工具的井蓋來打開；②沒有檢查井但有開挖條件的管道將挖出暴露的管道，并將測量點(diǎn)直接放置在管道中；③無檢查井也無開挖條件的管線可在對應(yīng)的地表埋設(shè)間接觀測點(diǎn)；④在管線上布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，對于封閉的管線可采用采用Φ159的水鉆將地面硬化層鉆透，然后用洛陽鏟挖孔至管線外護(hù)壁，放入鋼筋周圍用細(xì)沙填實(shí)，避免鋼筋隨土體的變化而變化。為了避免車輛對測點(diǎn)的破壞，放入的鋼筋要低于路面2 cm深度，上面覆蓋蓋板保護(hù)測點(diǎn)，同時(shí)在測點(diǎn)處填上細(xì)砂，如下圖所示。對于開放式的管線可在管線或管線支墩上做監(jiān)測點(diǎn)支架。管線沉降測點(diǎn)埋設(shè)示意圖如圖4所示。

圖4 管線沉降測點(diǎn)埋設(shè)示意圖

2.5 地下連續(xù)墻墻體水平位移監(jiān)測

（1）測點(diǎn)布設(shè)原則。①深層水平位移監(jiān)測孔布置在基坑圍護(hù)樁周邊的中心處及代表性的部位，監(jiān)測點(diǎn)的間距應(yīng)為20～30 m，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在中間；②傾斜管應(yīng)該在基坑開挖前一周埋入；③放置前，應(yīng)檢查測斜管的質(zhì)量，連接傾斜管時(shí)，要確保管的上部和下部的導(dǎo)向孔相互連接，并要注意保證管口的封蓋，接頭處還應(yīng)該密封處理；④傾斜管的長度應(yīng)與圍護(hù)墻的深度一致或不小于被監(jiān)測土層的深度；以管底邊為位移參考點(diǎn)時(shí)，必須設(shè)置傾斜管進(jìn)入穩(wěn)定土層2～3 m；⑤埋設(shè)時(shí)測斜管應(yīng)保持豎直無扭轉(zhuǎn)，其中一組導(dǎo)槽方向應(yīng)與所需測量的方向一致；⑥為防止傾斜管在吊起鋼籠或樁的過程中掉落或漂浮，連接器必須牢固。在打樁過程中，導(dǎo)管的方向必須與基坑的邊緣相切，在灌注混凝土的過程中，應(yīng)特別注意導(dǎo)管不能與傾斜管發(fā)生碰撞，澆筑完成后，必須保護(hù)傾斜管的頂部位置。

（2）測點(diǎn)埋設(shè)方法。①采用綁扎法將測斜管選擇一根主筋進(jìn)行綁扎固定；②將鋼籠升起并分成兩部分或三部分時(shí)，下部鋼籠中的傾斜管已完全固定。上鋼筋中量管的連接部分固定到另一個(gè)連接部分，以確保量管可以旋轉(zhuǎn)，升高鋼籠時(shí)，將傾斜管的兩個(gè)部分連接起來，然后降低鋼籠，將測斜管連接到鋼筋上以防止旋轉(zhuǎn)。

2.6 地下連續(xù)墻墻頂沉降監(jiān)測

（1）測點(diǎn)布設(shè)原則。①測量點(diǎn)應(yīng)放置在相對固定的位置，例如基坑的半徑，保持樁的半徑或連續(xù)地下墻的頂部，設(shè)置方便，不易損壞，它可以真正反映下層基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁（墻）頂部的橫向變形；②沿?fù)跬翂Φ闹苓呎{(diào)整，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)位于擋土墻的中部和陽角處；③宜布置在墻體深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)（測斜）處；④監(jiān)控點(diǎn)間距不應(yīng)超過20 m，每側(cè)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量不得少于3個(gè)。

（2）測點(diǎn)埋設(shè)方法。用電鉆在基坑圈梁上鉆孔，安裝固定靶粘貼反光片，簡便快捷且測量精度高。測點(diǎn)埋設(shè)示意圖如圖5所示。

圖5 測點(diǎn)埋設(shè)示意圖

3 車站深基坑施工變形監(jiān)測成果研究

整個(gè)基坑開挖由小里程向大里程開挖，車站小里程第1～5段從2019年3月開挖至2019年8月底地鐵底板完成施工。整個(gè)監(jiān)測過程持續(xù)時(shí)間長，現(xiàn)將部分有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)做如下分析。

3.1 深層水平位移（側(cè)移）分析

以墻體的水平位移為橫坐標(biāo)，以墻體的深度為縱坐標(biāo)，它成為每個(gè)傾斜孔在不同時(shí)間的變形曲線圖。下圖為ZQT19的變形曲線；ZQT19的腹面形狀具有變形的深度形狀，變形曲線比較波折隨時(shí)間（開挖深度）的增加。維護(hù)墻位移也隨之變化增大，變化值最大為22.04 mm，在基坑深度12.5 m處，隨著2019年8月中旬基坑挖到設(shè)計(jì)深度，底板澆筑完成，樁體變形趨于穩(wěn)定。車站小里程第1～5段剩余測斜變化曲線圖規(guī)律類似ZQT19，如圖6所示。

圖6 ZQT19墻體側(cè)移隨時(shí)間變化曲線

3.2 地下連續(xù)墻墻頂水平位移分析

墻頂側(cè)移隨時(shí)間變化曲線如圖7所示。

圖7 墻頂側(cè)移隨時(shí)間變化曲線

由圖7可知：墻頂側(cè)移曲線程較平緩，基坑開挖前期數(shù)值較小，隨著基坑開挖深度的不斷增加側(cè)移累計(jì)量隨之加大，冠梁頂部的水平位移可以分為三個(gè)階段：相生長加速位移，相生長減速位移和相穩(wěn)定生長位移。原因是挖掘是一個(gè)排放過程。在基坑開挖的早期階段，冠頂?shù)乃轿灰茣铀?，每個(gè)支座的軸向力構(gòu)造會減慢水平位移的速度。2019年8月中旬基坑挖到設(shè)計(jì)深度，底板澆筑完成形成剛度后，墻頂頂部水平位移逐漸趨于穩(wěn)定。其他斷面墻頂側(cè)移曲線基本符合車站小里程第1～5段段面?zhèn)纫魄€的規(guī)律。

3.3 地表沉降分析

地表沉降DBC01、02、03、04段面隨時(shí)間變化曲線如圖8所示。

圖8 地表沉降DBC01、02、03、04段面隨時(shí)間變化曲線

由圖8可知：沉降曲線程較平緩，基坑開挖前期數(shù)值較小，隨著基坑開挖深度的不斷增加地表沉降量隨之加大，地表沉降發(fā)生在距基坑3 m處，達(dá)-18.11 mm，隨著2019年8月中旬基坑挖到設(shè)計(jì)深度，底板澆筑完成，樁體變形趨于穩(wěn)定；其他部分的斷面沉降曲線基本符合DBC01、02、03、04的段面沉降曲線的規(guī)律。

4 結(jié)語

綜上所述，基坑變形的監(jiān)測是基坑開挖施工過程中非常重要的部分，也是確保建設(shè)項(xiàng)目穩(wěn)定的重要步驟。在實(shí)際操作過程中，施工過程中應(yīng)分層開挖，開挖后應(yīng)盡量減少無支撐的暴露時(shí)間。支撐架設(shè)加固要確?？煽坑行?，減小地下連續(xù)墻變形，施工及支護(hù)加固應(yīng)可靠有效，減少連續(xù)地下墻變形，并在施工過程中加強(qiáng)變形監(jiān)測措施，以確保施工安全；監(jiān)測技術(shù)人員可以構(gòu)建數(shù)學(xué)評價(jià)模型，對所有監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)性分析，最終確定非?？陀^的評價(jià)內(nèi)容，提升地鐵基坑開挖的安全性和可靠性。