上海14號(hào)線云山路站深基坑開(kāi)挖施工監(jiān)測(cè)分析

牛玉龍

上海廣聯(lián)環(huán)境巖土工程股份有限公司 上海 201900

引言

當(dāng)前我國(guó)的城市化進(jìn)程速度較快，城市的人口數(shù)量也在快速增長(zhǎng)，給城市的交通系統(tǒng)帶了較大的壓力，城市交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重。為了滿足快速增長(zhǎng)的城市交通需求，需要提高城市交通系統(tǒng)的承載能力，因此軌道交通建設(shè)得到快速發(fā)展，伴隨著地鐵基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展，深基坑工程越來(lái)越多，這樣對(duì)基坑支護(hù)及周圍沉降控制技術(shù)提出更高的要求。北京15號(hào)線建設(shè)過(guò)程中發(fā)生過(guò)深基坑鋼支撐脫落，10號(hào)線蘇州街站發(fā)生過(guò)塌方，深圳也發(fā)生過(guò)5.11基坑坍塌，這樣事故都讓工程建設(shè)人員對(duì)基坑的穩(wěn)定性高度重視。基坑監(jiān)測(cè)是掌握基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體變形的重要手段，設(shè)計(jì)有效的監(jiān)測(cè)方法及控制措施是保證基坑施工安全的重要手段。

1 主要變形監(jiān)測(cè)方法介紹

對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)一般采用極坐標(biāo)法、小角法、視準(zhǔn)線法等。在極坐標(biāo)法中，主要的操作要點(diǎn)如下所述：一是將各測(cè)點(diǎn)設(shè)置在壓頂梁上，將基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在基坑開(kāi)挖深度5倍距離以外的穩(wěn)定地方。二是測(cè)站點(diǎn)必須有強(qiáng)制對(duì)中裝置，三是采用雙測(cè)站觀測(cè)，取中數(shù)使用。四是觀測(cè)方法采用水平角觀測(cè)法，水平角觀測(cè)和邊長(zhǎng)觀測(cè)均由全站儀自動(dòng)完成并記錄。

同時(shí)還可以采用小角度法，在該方法中基準(zhǔn)線應(yīng)按平行于待測(cè)的建筑物邊線布置，設(shè)置在基坑開(kāi)挖深度5倍距離以外的穩(wěn)定地方。要根據(jù)觀測(cè)過(guò)程中的誤差值確定角度觀測(cè)的精度與測(cè)回?cái)?shù)；測(cè)量距離的精度達(dá)到萬(wàn)分之一。同時(shí)該方法在應(yīng)用的過(guò)程中，主要技術(shù)要求應(yīng)符合下列規(guī)定：一是視準(zhǔn)線兩端延長(zhǎng)線外，宜設(shè)立校核基準(zhǔn)點(diǎn)。二是視準(zhǔn)線應(yīng)離開(kāi)障礙物1m以上，三是各測(cè)點(diǎn)離開(kāi)視準(zhǔn)線的距離小角角度不應(yīng)超過(guò)30″。四是基準(zhǔn)點(diǎn)、校核基準(zhǔn)點(diǎn)，均應(yīng)采用有強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩。對(duì)于小角度法作業(yè)方法：在指定的水平位移監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)布設(shè)全站儀[1]，準(zhǔn)確整平對(duì)中，將另一端的水平位移監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)看成起始方向，通過(guò)相應(yīng)的方法測(cè)量出偏離夾角，將測(cè)站點(diǎn)到達(dá)后視監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)的距離與測(cè)出角值當(dāng)作計(jì)算變量，可以測(cè)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿垂直起始方向的距離，干擾測(cè)量精度的主要因素是測(cè)角誤差，比如，設(shè)備對(duì)中誤差、瞄準(zhǔn)誤差等。視準(zhǔn)線法和小角法非常依賴于設(shè)備，在大氣遮光等因素影響下，會(huì)干擾觀測(cè)精度，要了解各種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)、使用范圍，對(duì)比檢測(cè)精度。

2 基坑變形監(jiān)測(cè)實(shí)例

2.1 工程概況

2.1.1 車站基本概況。上海軌道交通14號(hào)線是一條東西向的市區(qū)級(jí)的軌道交通線路，云山路站為14號(hào)線工程中間站，車站中心里程CK30+211.755。主體在浦東新區(qū)云山路下方，張楊路北側(cè)。該段云山路紅線寬40～45m，張楊路道路規(guī)劃紅線寬度為60m。云山路道路兩側(cè)預(yù)留有10m寬的綠化帶。張楊路車流大。車站為地下三層島式雙柱三跨車站，有效站臺(tái)寬度13m，車站規(guī)模204.4m×20.64m（內(nèi)凈），開(kāi)挖深度約為24.75m。車站共設(shè)4個(gè)出入口。

2.1.2 工程水文地質(zhì)條件。本車站主體基本位于云山路的機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道上車道中央，場(chǎng)地路基應(yīng)為人工填土且已進(jìn)行地基處理。場(chǎng)地西南側(cè)出入口填土較深，主要以素填土為主，夾少量石子、磚頭，部分填土為浜填土，含有貝殼碎屑和黑色腐殖物，局部填土較深，最深處約4.1m。厚填土所在位置在主體基坑范圍之外，對(duì)主體基坑沒(méi)有影響。淺部黏性土層中的潛水：勘察期間測(cè)得潛水穩(wěn)定水位埋深為0.7～1.6m（2014.11月補(bǔ)勘期間測(cè)得的穩(wěn)定水位約為1.3～1.8m）。潛水水位主要受潮汐、降水量、季節(jié)、氣候等因素影響而變化。同時(shí)，工程沿線揭示的承壓水分布于⑦層和⑨層粉砂中。⑦層是上海地區(qū)第一承壓含水層，場(chǎng)區(qū)內(nèi)揭示的頂板埋深為30m、頂板標(biāo)高為-25.78m；⑨層是上海地區(qū)第二承壓含水層，場(chǎng)區(qū)內(nèi)揭示的頂板埋深為63.5m、頂板標(biāo)高為-59.49m。承壓水水位隨季節(jié)呈幅度不等的周期性變化，根據(jù)上海地區(qū)長(zhǎng)期水位觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)及區(qū)域資料，承壓水位埋深一般為3～12m。

2.1.3 監(jiān)測(cè)要點(diǎn)分析。在該工程中，車站開(kāi)挖深度較大（達(dá)24.75m），屬大、深基坑，屬本工程重大危險(xiǎn)源，自身變形會(huì)較大，應(yīng)密切關(guān)注其變形。其次是東側(cè)的云山星座苑離基坑最近處約為13m，在1倍基坑開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)，對(duì)其變形要給予足夠的重視；基坑附近建筑物在1～2倍基坑開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)關(guān)注其變形。再次是基坑?xùn)|側(cè)管線由遠(yuǎn)及近依次為10孔電力排管、DN250天然氣管、DN500上水管、DN300污水管、DN100雨水管，距基坑距離為8.5m～15m為本工程重大風(fēng)險(xiǎn)源，密切關(guān)注其變形；西側(cè)由遠(yuǎn)及近依次為18孔上話、28孔信息管線，關(guān)注其變形。

2.2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

要參考工程規(guī)模大小、施工工藝、地質(zhì)條件等多方面因素設(shè)置監(jiān)測(cè)內(nèi)容。盡可能降低監(jiān)測(cè)成本，按照工程施工的規(guī)律，選擇最佳的監(jiān)測(cè)方式，科學(xué)設(shè)置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。此次主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括車站周邊環(huán)境的周邊建構(gòu)筑物、周邊地下管線垂直位移以及坑周地表沉降。針對(duì)車站圍護(hù)體系，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有圍護(hù)墻側(cè)向變形（測(cè)斜）、支撐軸力、地下水位、墻頂沉降及水平位移、立柱隆沉。對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)方案及測(cè)點(diǎn)布置原則如表1所示。

表1 車站及基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則

2.3 監(jiān)測(cè)方法

沉降監(jiān)測(cè)采用等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)（一般為深標(biāo)和淺標(biāo)各1個(gè)），采取絕對(duì)高程，在基坑周圍合理范圍內(nèi)布設(shè)三個(gè)參照點(diǎn)，搭建水準(zhǔn)測(cè)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)，借助水準(zhǔn)儀進(jìn)行引測(cè)，并符合水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。歷次沉降變形監(jiān)測(cè)要在高程基準(zhǔn)點(diǎn)之間聯(lián)測(cè)附和水準(zhǔn)線路，再測(cè)出全部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程。在施工前，要測(cè)好各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，重復(fù)進(jìn)行測(cè)量，取平均值，減小測(cè)量誤差。此次數(shù)值減上次數(shù)值得到的差值是本次沉降量，若減初始數(shù)值得到的差值是積累沉降量。

監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂水平位移的方法包括小角法、極坐標(biāo)法、視準(zhǔn)線法等。對(duì)于土體、墻體深層水平位移監(jiān)測(cè)儀器采用CX-06A型，傳感器分辨率為±0.02mm/8″。地下水位觀測(cè)設(shè)備采用鋼尺水位計(jì)，觀測(cè)精度為±3mm。

2.4 報(bào)警值設(shè)置

按照檢測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)等級(jí)，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值設(shè)置如下表2。

表2 車站基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值

2.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)

根據(jù)基坑?xùn)|側(cè)地表斷面點(diǎn)累計(jì)變化量，繪制基坑?xùn)|側(cè)地表斷面點(diǎn)累計(jì)變化曲線，同樣根據(jù)不同布設(shè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最終繪制了基坑周邊地表斷面特征點(diǎn)累計(jì)變化曲線、上水管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化曲線、燃?xì)夤芫€監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化曲線、污水管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化曲線、電力管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化曲線、標(biāo)準(zhǔn)段CX3累計(jì)變化曲線、標(biāo)準(zhǔn)段CX9累計(jì)變化曲線 、標(biāo)準(zhǔn)段 CX12累計(jì)變化曲線等。

最終本工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)如下：

2.5.1 基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，受土方卸載及周邊車輛動(dòng)荷載影響較大，基坑及周邊環(huán)境總體變形多數(shù)超出警戒值。出土過(guò)程中，開(kāi)挖區(qū)域?qū)?yīng)的測(cè)點(diǎn)日變量多次預(yù)警。

2.5.2 相比于南端頭井的支撐采用伺服系統(tǒng)，主體基坑采用常規(guī)支撐做法，導(dǎo)致測(cè)斜累計(jì)變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于南端頭井整體變化量，說(shuō)明合理改進(jìn)或采用有效的施工工藝，可減小對(duì)基坑結(jié)構(gòu)自身形變量，減小基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，確保環(huán)境安全。

2.5.3 墊層及底板澆筑后，基坑及其周邊環(huán)境的變化趨勢(shì)明顯放緩，可見(jiàn)墊層及底板的及時(shí)澆筑對(duì)控制基坑變形降低施工風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。

2.5.4 由于基坑結(jié)構(gòu)施工工期較長(zhǎng)，導(dǎo)致其周邊環(huán)境在此階段的累計(jì)變化量較大，建議總包單位能夠合理安排施工時(shí)間，縮短施工周期，減小環(huán)境影響。

2.5.5 從最近幾次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，周邊環(huán)境變化較小，基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無(wú)異常。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)工程施工更加復(fù)雜，通過(guò)開(kāi)挖基坑的施工方式，可以有效改變地層原始應(yīng)力情況，導(dǎo)致附近土體的移動(dòng)，會(huì)對(duì)基坑周圍的道路、市政管線及城市建構(gòu)筑物的安全造成影響。同時(shí)對(duì)基坑施工的自身安全也帶來(lái)一定的影響，本文所分析的上海14號(hào)線云山路站深基坑開(kāi)挖施工監(jiān)測(cè)方法，在其他城市地鐵系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中可以加以應(yīng)用。