地鐵明挖基坑安全監(jiān)理技術(shù)風險分析

孫占南（濱州市工程建設監(jiān)理公司，山東 濱州 256600）

0 引 言

隨著我國社會經(jīng)濟及城市化的快速發(fā)展，城市人口激增，地下空間正在大規(guī)模地被開發(fā)利用[1]。考慮到基坑越來越深，規(guī)模越來越大，離周邊建筑也越來越近，加上多數(shù)地鐵車站深基坑的施工采用明挖法，深基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性成為一個非常重要的研究課題。為了確保深基坑的穩(wěn)定性，開展相關研究工作具有非常重要的現(xiàn)實意義，而如何維護好深基坑工程施工過程中的基坑穩(wěn)定性是十分重要的工程問題[2-3]。

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

1.1 工程概況

江北大學城站為黑龍江省哈爾濱市軌道交通地鐵 2 號線一期工程的起點站，位于學院路與利民西三道街交叉路口，沿利民西三道街南北向設置。該站為地下 2 層島式站臺車站，采用明挖順作法施工。該區(qū)間上行線起訖點里程為CDK0＋000～CDK2＋654.645，區(qū)間全長為 2 654.654 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

哈爾濱位于松嫩平原的東南緣，地處松花江中游，東部靠近丘陵山地，其余為廣闊的沖洪積平原。平原波狀起伏，河谷地貌發(fā)育，階地清晰，漫灘開闊。本工程位于哈爾濱松花江北岸，所處地貌單元為松花江漫灘，地面標高為 115 m～119 m，場地地形較為平坦。場地地層結(jié)構(gòu)特點為典型松花江漫灘相地貌單元特征，地基土分布不均勻，性質(zhì)變化較大，上部第四紀地層具有 2～3 個明顯沉積輪回特征，即從上到下顆粒由細到粗分布；表層由雜填土組成，上部地基土主要由粉細砂組成，中間主要由中粗砂夾厚薄不均的黏性土組成，下部基巖為白堊紀泥巖和粉砂巖。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘探揭示的地層結(jié)構(gòu)，勘探深度內(nèi)場地地下水可分為地表水、孔隙潛水和孔隙承壓水。哈爾濱市區(qū)內(nèi)主干河流松花江自西南向東北流經(jīng)市區(qū)北部，河道蜿蜒曲折，邊灘及江心洲發(fā)育。河床寬 293 m～1 000 m，水深 3.80 m～6.00 m；歷史最高水位為 120.89 m，25年一遇洪水位為 119.50 m；年徑流量為 153.0 億 m3～ 755.5 億 m3，最大流量為 12 200 m3/s；最大流速為 1.99 m/s，最小流速為 0.536 m/s；最大冰厚為 1.25 m。

2 基坑圍護結(jié)構(gòu)設計和監(jiān)測方案

2.1 車站主體簡介和圍護結(jié)構(gòu)設計

江北大學城站總長 284.00 m，設計里程為：DK2＋583.128～DK2＋867.220，有效站臺中心里程為：DK2＋792.818。該站為雙層三跨（局部單柱雙層雙跨、換乘節(jié)點段為三層三跨）島式車站，站臺寬 14.00 m～15.94 m，標準段寬度為 22.9 m。有效站臺中心處頂板覆土厚度為3.6 m，其中現(xiàn)狀地面距頂板 2.1 m、后期廣場施工回填厚度為 1.5 m；軌面埋深為 15.50 m。車站主體及附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖法施工。

車站主體標準段基坑深度為 15.56 m，圍護結(jié)構(gòu)采用0.8 m 厚的地下連續(xù)墻（以下簡稱“地連墻”）。地連墻入土深度為 16 m，入土比約為 1.03，設置 1 道混凝土撐＋2 道鋼支撐＋1 道換撐；盾構(gòu)井段基坑深度為 17.06 m，圍護結(jié)構(gòu)采用 0.8 m 厚的地連墻，地連墻入土深度為 17 m，入土比約為 1.00，設置 1 道混凝土撐＋3 道鋼支撐＋1 道換撐；換乘段（三層主體結(jié)構(gòu)）基坑深度為 23.07 m，圍護結(jié)構(gòu)采用 1.0 m 厚的地連墻，地連墻入土深度為 25 m，入土比約為 1.08，設置 1 道混凝土撐＋4 道鋼支撐＋2 道換撐。地連墻分幅寬度應盡可能保證鋼支撐對中支撐于兩側(cè)連續(xù)墻上。其中，第一道支撐采用 700 mm×1 000 mm 混凝土支撐，水平間距 6 m，其余鋼支撐均采用 Q235Φ609、t＝16 mm 鋼管支撐，水平間距 3 m，基坑拐角處設有角撐。第一道支撐端部設 800 mm×1 000 mm混凝土冠梁；臨時立柱采用 460×460 型鋼格構(gòu)柱，柱下基礎采用 Φ1 000 鋼筋混凝土樁基礎，立柱伸入底板 15 m～16 m（盾構(gòu)段立柱樁樁長為 17 m）。

2.2 監(jiān)測項目和監(jiān)測方法

按照表1 所列的監(jiān)測項目、監(jiān)測方法及工具、監(jiān)測頻率進行現(xiàn)場實際調(diào)查。在施工過程中，各項監(jiān)測的數(shù)值達到一定范圍（即將產(chǎn)生不可接受的負面影響時）要進行“預警”。監(jiān)測預警的等級分為 3 級，即橙色預警（變形監(jiān)測的絕對值和速率值雙控指標均達到控制值的 85% 或雙控指標之一達到控制值）、黃色預警（變形監(jiān)測的絕對值和速率值雙控指標均達到控制值的 70% 或雙控指標之一達到控制值的 85%）和紅色預警（變形監(jiān)測的絕對值和速率值雙控指標均達到控制值）[4]。

表1 現(xiàn)場監(jiān)控量測項目及設計要求

2.3 監(jiān)測結(jié)果分析

圍護墻體的水平位移是深基坑工程監(jiān)測中必測的項目，對其進行監(jiān)測，對周圍管線、建筑物及基坑本身的穩(wěn)定都具有非常重要的意義。在整個基坑施工中，應確保最大位移值不超過工程的最大允許位移值。根據(jù)基坑開挖施工階段的特點，將施工過程分成 5 個工況（見表2）。

選取有代表性的 ZQT-12 測點對墻體的變形曲線進行分析。ZQT-12 為標準段測點，通過地連墻水平位移曲線圖能直觀地看到其變化規(guī)律。在監(jiān)測結(jié)果的墻體變形曲線圖中，正值為墻體向基坑內(nèi)變化，負值為墻體向基坑外變化。取現(xiàn)場實測結(jié)果，繪制地下連續(xù)墻水平位移隨時間及深度的變化曲線圖（見圖1）。

表2 基坑開挖施工工況

圖1 ZQT-12 測點墻體深層水平位移曲線圖

從圖1 中的數(shù)據(jù)可知，圍護結(jié)構(gòu)的變形在施工過程各階段中的變化趨勢大體是相近的；隨著基坑開挖深度的不斷增加，相應的變形也在改變。圍護墻體的水平位移在基坑開挖深度中部的變化值情況較為突出；在基坑底部的變形值變化相對較小，地連墻變形曲線豎向呈“弓”形分布；隨著基坑開挖深度的增加，負向位移逐漸被抵消。當開挖到第一層支撐的底部時，圍護墻的位移沿深度方向呈三角形分布；當開挖到第二道支撐底部時，由于墻頂架設鋼筋混凝土支撐，隨著基坑的開挖施工，第一層支撐的約束作用使墻體的位移呈“弓”形分布；當開挖到第三道和第四道支撐底部時，鋼筋混凝土支撐和預加軸力的鋼支撐的共同作用，有效地抑制了地連墻向基坑內(nèi)的水平位移和最大位移值的下降；當開挖到坑底時，墻體兩端位移較小中部位移較大，最大位移均未超過警戒值。

3 深基坑支護工程施工監(jiān)理

3.1 基坑開挖監(jiān)理

（1）基坑開挖嚴格按編制的基坑開挖方法組織施工，遵循“分段分層、由上而下、先支撐后開挖”的原則。

（2）基坑開挖至支撐設計標高時，必須及時架設相應的支撐，開挖時機械避免碰撞鋼支撐。

（3）為了減少對立柱樁的影響，基坑內(nèi)靠近樁 0.5 m范圍內(nèi)的土方采用人工開挖。

（4）開挖過程中，周期性地對樁位點和埋設的水準點進行監(jiān)測，并通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)控制開挖，減少基坑的變形。

（5）開挖過程中按設計要求進行基坑降排水，確?；拥恼w穩(wěn)定；開挖時如發(fā)現(xiàn)樁間滲、漏水，采用注漿及時封堵，防止因基坑失水而對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（6）根據(jù)監(jiān)測信息，必要時采取加密支撐等措施防止基坑圍護樁變形過大。

3.2 基坑監(jiān)測監(jiān)理

施工中進行監(jiān)控量測可及時發(fā)現(xiàn)不利因素，從而采取應對措施以減少對城市生活的影響，確保施工及周圍環(huán)境的安全。監(jiān)測單位應根據(jù)設計要求和相關規(guī)范的規(guī)定編制監(jiān)測方案，內(nèi)容主要包括監(jiān)控目的、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、精度要求、監(jiān)測周期和監(jiān)控報警值等[5]。通過監(jiān)控量測，了解施工方法和施工手段的科學性和合理性，以及本工程條件下所表現(xiàn)出的一些地下工程規(guī)律和特點，用現(xiàn)場實測的結(jié)果彌補理論分析過程中存在的不足，以便及時調(diào)整施工方法，確保施工安全，為今后類似工程的發(fā)展提供借鑒、指導作用。

監(jiān)控量測的項目主要取決于工程的重要性、難易程度、監(jiān)測目的、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式、施工方法和工程周邊環(huán)境等因素。本工程的監(jiān)測項目除了考慮上述因素以外，主要根據(jù)設計的要求而定。本車站深基坑監(jiān)測的主要范圍是：施工結(jié)構(gòu)物兩側(cè)外延兩倍基坑深度范圍內(nèi)的地面建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測、管線、地面沉降監(jiān)測及盾構(gòu)隧道收斂和拱頂下沉。在基坑監(jiān)測過程中，監(jiān)測值應控制在規(guī)范允許值之內(nèi)，一旦監(jiān)測到超過允許值時，應立即停止施工并通知相關單位，采取必要的施工措施。每次量測后均應對量測斷面內(nèi)的每個量測點分別進行回歸分析，并進行相關分析和預測，推算出最終變化值，掌握變化規(guī)律，并由此判斷基坑的穩(wěn)定性。

3.3 其他注意事項

（1）本工程車站主體施工圍護結(jié)構(gòu)采用 SMW 工法樁施工工藝，有一定的預防能力，從現(xiàn)場調(diào)查情況來看，一般不會出現(xiàn)太大的涌水現(xiàn)象。雖然本工程采用基坑內(nèi)的降水措施，但對突發(fā)的漏水現(xiàn)象應有足夠的重視。對此采取如下措施：配備足夠的降水和排水設備，設專人 24 h 不間斷觀察滲漏水情況，如遇險情，立即停止施工作業(yè)，并且采取有效的排水、混凝土封堵和局部降水等措施。

（2）若發(fā)生不可抗力事件，應立即通知總監(jiān)，在力所能及的條件下迅速采取措施，盡量減少損失?？偙O(jiān)認為應當暫停施工的，應暫停施工。

4 結(jié) 語

（1）圍護墻體水平位移與開挖深度和時間關系密切，隨著基坑的開挖和支撐的架設，墻體變形曲線由前傾型逐漸向“弓”形變化，最大水平位移發(fā)生的位置分布在墻體中間部位。

（2）基坑現(xiàn)場監(jiān)測成果顯示，本基坑工程圍護結(jié)構(gòu)的墻體變形，最大位移均未超過警戒值，表明現(xiàn)有的支護結(jié)構(gòu)是安全可靠的，有一定的安全儲備。

（3）根據(jù)監(jiān)理理論、設計文件、相關標準和規(guī)范，嚴格把關施工中的每道工序質(zhì)量，并對施工全過程實施監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時采取有效措施，確保工程順利完工。