隧道風(fēng)井開挖施工階段的長期變形監(jiān)測研究

南永鋒

(張家口路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 張家口市 075000)

0 引言

在地鐵系統(tǒng)建設(shè)中，大都市地區(qū)，尤其是軟土地區(qū)的大開挖面、大開挖深度的深基坑開挖仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和高風(fēng)險(xiǎn)的工程。深基坑的變形和穩(wěn)定性與土壤特性、地下水變化和超載條件密切相關(guān)[1]。近幾年來，我國地鐵車站基坑支護(hù)工程中發(fā)生過多起變形或失穩(wěn)事故。因此，在施工階段對深基坑進(jìn)行現(xiàn)場測量和性能評估對于質(zhì)量控制和安全保證具有重要意義[2-3]。

在傳感器和傳感網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集及信息管理等先進(jìn)技術(shù)的幫助下，交通基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)和使用階段的健康監(jiān)測受到越來越多的關(guān)注，且取得了巨大的進(jìn)展。世界各地的民用和交通基礎(chǔ)設(shè)施，如高層建筑、大跨度橋梁和高速鐵路，設(shè)計(jì)了許多長期監(jiān)測系統(tǒng)，而健康監(jiān)測技術(shù)在地下結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)營中的應(yīng)用尚未得到廣泛的開發(fā)和實(shí)踐[4-5]。介紹了某地鐵隧道通風(fēng)井深基坑施工過程中沉降監(jiān)測的儀器系統(tǒng)，并對安裝在通風(fēng)井開挖施工現(xiàn)場地表和深度方向監(jiān)測的長期沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析檢驗(yàn)。

1 地鐵通風(fēng)井深基坑開挖

某地鐵第二施工段在河流下修建一條雙線單孔盾構(gòu)隧道，并在河流兩岸設(shè)置兩個(gè)風(fēng)井，如圖1所示。本研究將介紹南風(fēng)井深基坑施工過程中周邊地區(qū)的變形監(jiān)測。圖2展示了深度為26m的南風(fēng)井開挖平面圖。

圖2 南風(fēng)井開挖平面圖

2 沉降監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)南風(fēng)井施工現(xiàn)場的地質(zhì)特征，利用靜力觸探試驗(yàn)，將南部風(fēng)井的地基沿南部井筒的深度劃分為20個(gè)土層。南風(fēng)井施工場地淺層地下水為孔隙潛水層，主要賦存于表層土層和砂質(zhì)粉土中。該層地下水主要由大氣降水和地表徑流補(bǔ)給，地下水位主要受季節(jié)變化與河流水位的影響。另外，南風(fēng)井施工場地存在兩層孔隙承壓水分別分布不同的土層中。

2.2 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置

為監(jiān)測南風(fēng)井開挖施工階段的變形，確保施工安全，在深基坑施工過程中，設(shè)置了35個(gè)儀器點(diǎn)進(jìn)行沉降測量。在這些監(jiān)測點(diǎn)中，有23個(gè)沉降測量標(biāo)志位于施工現(xiàn)場地表，以南風(fēng)井開挖中心為圓心分布在圓上。其余12個(gè)沉降測量標(biāo)志布設(shè)在南風(fēng)井開挖深度方向，水平方向分為4組。每組沉降測量標(biāo)志距南風(fēng)井開挖地下連續(xù)墻的距離分別為13.5m、22.5m、40m和78m；每組在南風(fēng)井開挖深度方向設(shè)置3個(gè)沉降測量標(biāo)志，深度分別為20m、30m和46m。

3 長期沉降監(jiān)測結(jié)果分析

在南風(fēng)井開挖施工過程中，對監(jiān)測點(diǎn)的沉降進(jìn)行了測量，提取并檢驗(yàn)了6個(gè)月的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)。南風(fēng)井開挖深基坑施工分為15個(gè)施工步驟，即第一步開挖第四層土層，第二步施工第四層混凝土環(huán)形檁條，第三步施工地下二層襯砌墻，第四步開挖第五土層，第五步混凝土環(huán)形檁條及支撐結(jié)構(gòu)施工，第六步地下三層襯砌墻施工，第七步混凝土養(yǎng)護(hù)，第八步開挖第六層土層，第九步施工第六道混凝土環(huán)形檁條，第十步混凝土養(yǎng)護(hù)，第十一步開挖最后一層土層，第十二步底板澆筑，第十三步底板養(yǎng)護(hù)，第十四步襯砌澆筑，第十五步封頂作業(yè)。圖3顯示了施工階段南部風(fēng)井開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖3 南風(fēng)井開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖4 不同施工步驟地表累積沉降量監(jiān)測結(jié)果

圖4顯示了由測量標(biāo)記C2-1～C2-8和C3-1～C3-8監(jiān)測的沉降歷程，各測量標(biāo)記安裝在南部通風(fēng)井開挖施工現(xiàn)場的地面上。從圖4(a)可以看出，在南風(fēng)井深開挖的整個(gè)施工階段，測量標(biāo)志C2-1～C2-8監(jiān)測位置的累積沉降逐漸增加。測量標(biāo)志C2-1和C2-2所監(jiān)測位置的累積沉降量遠(yuǎn)大于其他位置的沉降量，這是因?yàn)檫@兩個(gè)沉降量監(jiān)測點(diǎn)距離南風(fēng)井開挖點(diǎn)較近。對圖4(a)的進(jìn)一步觀察表明，第8步和第11步的沉降量比其他步驟的沉降量下降得更快，因此，應(yīng)特別注意第六層(第8步)和最后一層(第11步)開挖期間的施工安全控制。

從圖4(b)可以看出，在南風(fēng)井深開挖的整個(gè)施工階段，由測量標(biāo)志C3-1～C3-8監(jiān)測的位置的累積沉降變化趨勢幾乎相同。從圖4(b)也可以看出，第3步(地下二層襯砌墻施工)、第4步(第五層土層開挖)、第7步(混凝土養(yǎng)護(hù))、第8步(第六層土層開挖)沉降波動(dòng)較大；而在步驟1(第四層土層開挖)、步驟2(第四混凝土環(huán)形檁條的構(gòu)造)和步驟12(底板澆注)中，基礎(chǔ)的變形占主導(dǎo)地位。

圖5顯示了部分監(jiān)測點(diǎn)在不同施工步驟期間，南風(fēng)井開挖施工現(xiàn)場地表上儀表位置的估算沉降和回彈。由該圖可知第8步(第六層土層開挖)和第11步(最后一層土層開挖)的沉降量最大，占總沉降量的比例也最大；而回彈量較大的一般主要分布在第1步、第2步、第7步、第8步和第9步，其他施工

圖5 不同施工步驟期間沉降和回彈監(jiān)測

步驟期間基本無回彈量。

圖6顯示了由安裝在南部風(fēng)井開挖施工現(xiàn)場深度方向的測量標(biāo)記F3-1～F3-6監(jiān)測的沉降歷程。從圖6可以看出，在南風(fēng)井深基坑開挖的整個(gè)施工階段，安裝在20m和30m深處的測量標(biāo)志監(jiān)測到的累積沉降逐漸增加，而在南風(fēng)井深基坑開挖的整個(gè)施工階段，46m深的測量標(biāo)志監(jiān)測的累積沉降變化不大。因此，由上述分許可知，不同施工階段施工現(xiàn)場儀表位置的沉降在允許的變化范圍內(nèi)穩(wěn)定變化與事實(shí)相符。

圖6 不同施工步驟沿深度方向的累積沉降量監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)論

介紹了某地鐵隧道通風(fēng)井深基坑施工過程中沉降監(jiān)測系統(tǒng)，通過對安裝在風(fēng)井開挖施工現(xiàn)場地表和深度方向的測量標(biāo)志器所監(jiān)測的長期沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

(1)地面大部分測量標(biāo)志所監(jiān)測位置的累積沉降在南部風(fēng)井深基坑施工全過程中，總體上地表逐漸增大，但在部分施工階段中，回彈一度占主導(dǎo)地位；

(2)在20m和30m深度處安裝的測量標(biāo)志監(jiān)測的累積沉降逐漸增加；而在南風(fēng)井深基坑開挖的整個(gè)施工階段，46m深度的測量標(biāo)志監(jiān)測的累積沉降變化不大；

(3)不同施工階段施工現(xiàn)場儀表位置的沉降在允許的變化范圍內(nèi)。