富水地層明挖地鐵車站監(jiān)測技術(shù)探究

王輝

摘要：地鐵明挖車站深基坑工程是一項(xiàng)非常復(fù)雜的綜合性巖土工程，在施工過程中內(nèi)外土體的應(yīng)力狀態(tài)都會(huì)直接引起土體變形，本文以兗州南站預(yù)留二期地鐵車站工程為例，開展明挖法施工地鐵車站在粉質(zhì)黏土質(zhì)富水地層中深基坑監(jiān)測技術(shù)研究，簡要說明了監(jiān)測的作用和必要性，詳細(xì)闡述了對(duì)于富水地層明挖施工的監(jiān)測方法及觀測數(shù)據(jù)的分析處理。為在建工程或后續(xù)類似工程的建設(shè)提供一定的依據(jù)和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：富水地層;地鐵車站;深基坑降水

1 基坑工程監(jiān)測的重要性

通過這幾年來發(fā)生過的工程事故案例可以看出，由于不重視深基坑施工時(shí)的監(jiān)控量測，有些工程發(fā)生了較嚴(yán)重的事故，因此，對(duì)于深基坑工程進(jìn)行監(jiān)測顯得至關(guān)重要。

尤其在富水或軟土地層進(jìn)行基坑開挖時(shí)，明挖施工有危險(xiǎn)性，并且很有可能誘發(fā)災(zāi)害，對(duì)人民生命和財(cái)產(chǎn)造成損失。所以，施工時(shí)應(yīng)選用合理的加固防護(hù)措施，施工階段應(yīng)加強(qiáng)對(duì)本工程及周邊環(huán)境的監(jiān)測、管理，妥當(dāng)應(yīng)對(duì)突發(fā)的事件。

2 工程概況

魯南高鐵兗州南站市政配套交通預(yù)留二期工程位于兗州南站高鐵站站房北側(cè)廣場地塊內(nèi)部，車站大致南北向布置。本次施工為提前預(yù)埋，本站預(yù)埋部分為地下一層島式車站，地面層為站廳布置。車站主體總長約148.13m，車站自南向北方向縱向坡度為2‰下坡，站臺(tái)寬度為13m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬46.36m，頂板覆土約1.3～1.8m，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約12.25m。本站為地下一層采用雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，車站兩端均接明挖結(jié)構(gòu)，無盾構(gòu)區(qū)間，無需設(shè)置盾構(gòu)井，車站共設(shè)有4組風(fēng)道、2個(gè)出入口及二處無障礙垂直電梯、四個(gè)安全出口。

本站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用放坡+鉆孔灌注懸臂樁。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段采用：樁頂放坡+φ1000@1300鉆孔灌注懸壁樁的支護(hù)型式+φ800@1300高壓旋噴樁止水帷幕的圍護(hù)形式。車站大里程端頭局部地方采用樁頂放坡+φ1200@1400鉆孔灌注懸壁樁的支護(hù)型式+φ800@1400高壓旋噴樁止水帷幕的圍護(hù)形式。

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

本工程地處于山東省西南部，屬淮河流域南四湖水系。穩(wěn)定水位埋深6.0～6.5m，水位標(biāo)高36.36～36.86m，現(xiàn)狀地下水位位于粉質(zhì)黏土③1層，局部在黏土③層，下面砂層為富含水層，具體情況見表1、表2。該層地下水主要接受側(cè)向徑流及越流補(bǔ)給，以側(cè)向徑流、人工開方式排泄。其地下水徑流的大體方向是西南向東北補(bǔ)給。

4 深基坑監(jiān)測等級(jí)

兗州南站預(yù)埋地鐵站位于兗州南站高鐵站房北側(cè)廣場地塊內(nèi)部，根據(jù)對(duì)其地質(zhì)勘探的結(jié)果分析，本工程建設(shè)不會(huì)產(chǎn)生地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。

周邊可見兗州高鐵南站站房地上部分在施工。對(duì)本工程施工影響較小，依據(jù)《城市軌道交通監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）中相關(guān)規(guī)定，本工程自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)、周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為四級(jí)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度為簡單，確定本項(xiàng)目監(jiān)測等級(jí)為二級(jí)。

5 施工監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測項(xiàng)目

監(jiān)測對(duì)象為明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境監(jiān)測?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測對(duì)象為圍護(hù)結(jié)構(gòu);周圍環(huán)境監(jiān)測對(duì)象主要為工程周圍地表沉降、地下水位、魯南高鐵路堤沉降。

6 監(jiān)測技術(shù)方案

6.1 樁頂水平位移和豎向位移監(jiān)測

樁頂水平位移和豎向位移監(jiān)測點(diǎn)在基坑開挖前，使用無變形的監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，連續(xù)三天同時(shí)段進(jìn)行對(duì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測數(shù)據(jù)的較差滿足規(guī)范要求時(shí)，取平均值為初始值，并在基坑開挖前將監(jiān)測點(diǎn)初始值報(bào)告報(bào)批。

通過觀測點(diǎn)各期高程值計(jì)算施工的各個(gè)階段沉降量、階段變形速率、累計(jì)沉降量等數(shù)據(jù)。分析觀測數(shù)據(jù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）測點(diǎn)的穩(wěn)定性分析基于穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)而進(jìn)行的平差計(jì)算成果;

（2）相鄰兩期觀測點(diǎn)的變動(dòng)分析通過比較相鄰兩期的最大變形量與最大測量誤差（取兩倍中誤差）來進(jìn)行，當(dāng)變形量小于最大誤差時(shí)，可認(rèn)為該觀測點(diǎn)在這兩個(gè)周期內(nèi)沒有變動(dòng)或變動(dòng)不顯著;

（3）對(duì)多期變形觀測成果，當(dāng)相鄰周期變形量小，但多期呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)視為有變動(dòng)。

6.2 樁體深層水平位移監(jiān)測

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂沉降及水平位移監(jiān)測項(xiàng)目只能對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移進(jìn)行監(jiān)控，圍護(hù)樁體深層變形情況難以預(yù)知，樁體深層水平位移監(jiān)測的設(shè)置是對(duì)基坑開挖階段圍護(hù)樁體縱深方向的水平變位進(jìn)行監(jiān)控，其數(shù)據(jù)與樁頂水平位移數(shù)據(jù)、樁頂沉降數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)立體變化情況，才能真實(shí)全面反映施工期間整個(gè)支護(hù)體系的變形情況。

用測斜儀對(duì)圍深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測，采用專用測斜管，測量時(shí)，測頭與測斜儀讀數(shù)器連接擰緊固定，將測頭對(duì)準(zhǔn)管內(nèi)卡槽插入測斜管內(nèi)，應(yīng)緩慢下放測頭到測管底部，然后由管底自下而上沿標(biāo)尺標(biāo)記0.5米測讀一次數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)。測讀完畢后，將測頭旋轉(zhuǎn)180°插入同一對(duì)導(dǎo)槽內(nèi)，按以上述方法重測一次，同一深度位置的正反兩數(shù)據(jù)的絕對(duì)值應(yīng)該相同，當(dāng)讀數(shù)不正常時(shí)應(yīng)重新測量。

將測斜管分成n個(gè)測段，每測段長度為 ?，在某一深度上測得兩對(duì)導(dǎo)輪之間的傾角，通過計(jì)算可以得到這一區(qū)段位移 ?，某一深度位移 ?，在進(jìn)行第j次監(jiān)測時(shí)，所得某一深度相對(duì)于前次位移。

6.3 ?地下水位監(jiān)測

主要是對(duì)基坑開挖期間進(jìn)行監(jiān)控，以防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水造成大量水土流失，導(dǎo)致基坑外圍的地面沉降。

采用鋼尺水位計(jì)進(jìn)行監(jiān)測地下水位，鋼尺水位計(jì)由測頭、電纜刻度鋼尺、報(bào)警音響器等組成，測量時(shí)，讓線盤自由轉(zhuǎn)動(dòng)后，按下電源按紐，把測頭放入水位管內(nèi)，手拿鋼尺電纜，讓測頭緩緩向下移動(dòng)，當(dāng)測頭接觸到地下水時(shí)，音響器連續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，此時(shí)記錄鋼尺位于管口的距離，可以得到水面到管口的距離，計(jì)算管口的標(biāo)高與測得的距離，可以得到地下水位的標(biāo)高數(shù)據(jù)。

6.4 樁體內(nèi)力監(jiān)測

鉆孔灌注樁內(nèi)力采用振鉉式鋼筋應(yīng)力計(jì)進(jìn)行量測。鋼筋應(yīng)力計(jì)的埋設(shè)：先通過螺紋與鋼筋桿連接，將鋼筋桿與主筋對(duì)焊，要保證焊接面積，為避免儀器過熱損壞，需要采取過熱保護(hù)，可以用浸水的毛氈降溫，引出的導(dǎo)線用膠布綁扎固定，灌樁時(shí)，需要告訴操作工人插拔導(dǎo)管注意保護(hù)應(yīng)力計(jì)。

對(duì)鋼筋計(jì)導(dǎo)線和傳感部分做防水;安裝前要統(tǒng)計(jì)核對(duì)鋼筋計(jì)與信號(hào)線，編號(hào)不能有差錯(cuò);鋼筋計(jì)焊接必須保證質(zhì)量;鋼筋計(jì)安裝好后，基坑開挖施工前測量原始數(shù)據(jù)。

用頻率計(jì)實(shí)測振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)頻率的變化，根據(jù)出廠時(shí)標(biāo)定的頻率～應(yīng)力率定值，求得應(yīng)力變化值。

計(jì)算公式：

式中：K為率定系數(shù)，單位（kN/Hz2）

F0為應(yīng)力計(jì)初始頻率，單位（Hz）

Fx為應(yīng)力計(jì)測試頻率，單位（Hz）

αs為實(shí)測鋼筋計(jì)的應(yīng)力，單位（MPa）

S為應(yīng)力計(jì)截面積，單位（m2）

7 監(jiān)測信息分析整理

外業(yè)信息采集是整個(gè)監(jiān)測工作中的重點(diǎn)和核心，測點(diǎn)埋設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)性、儀器操作的規(guī)范性、讀數(shù)的規(guī)范合理性直接影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)與準(zhǔn)確。

監(jiān)測現(xiàn)場工作在實(shí)際開展中通常包括：監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)、監(jiān)測點(diǎn)保護(hù)、初始值采集、日常監(jiān)測、監(jiān)測點(diǎn)維護(hù)、地現(xiàn)場巡視。通過對(duì)工程結(jié)構(gòu)主體及周邊環(huán)境的監(jiān)測與巡視，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)與信息。

由于來自操作人員、監(jiān)控儀器及設(shè)備、環(huán)境條件（日照、溫度）等因素，會(huì)造成測量誤差。因此，在監(jiān)測數(shù)據(jù)處理過程中，要對(duì)原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析，評(píng)判原始測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，分析大 小、來源和類型，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)分析是監(jiān)測對(duì)象實(shí)際變化還是監(jiān)測點(diǎn)或監(jiān)測儀器問題所致。難以確定原因時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)測，防止錯(cuò)誤的監(jiān)測數(shù)據(jù)影響監(jiān)測成果的質(zhì)量。

8 結(jié)束語

通過兗州南站預(yù)留二期地鐵車站工程實(shí)例，開展明挖法施工地鐵車站在粉質(zhì)黏土質(zhì)富水地層中深基坑監(jiān)測技術(shù)研究，詳細(xì)闡述了對(duì)于富水地層明挖施工的監(jiān)測方法及觀測數(shù)據(jù)的分析處理，為在建工程或后續(xù)類似工程的建設(shè)提供一定的依據(jù)和指導(dǎo)。

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