復(fù)雜環(huán)境下地鐵深基坑施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

邱馮福

上海睿川工程技術(shù)有限公司 上海 200090

引言

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的逐步深入，軌道交通工程施工技術(shù)水平得到有效提升，但受工程施工條件和環(huán)境的影響，在地鐵深基坑工程施工過(guò)程中，若不對(duì)其施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，極易對(duì)周邊土層環(huán)境造成影響，嚴(yán)重還將引發(fā)周圍建筑物下方土層結(jié)構(gòu)及土壤基層發(fā)生變化，對(duì)周圍建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅。

1 工程概況

1.1 總體概述

本工程為上海市軌道交通15#線工程5標(biāo)基坑工程，項(xiàng)目位于上海市西南部紫竹高新區(qū)站，沿蓮花南站向祁連山路行進(jìn)，終點(diǎn)站在城市的西北部顧村公園站。如表1，15#線工程5標(biāo)基坑工程環(huán)境監(jiān)測(cè)目標(biāo)為3個(gè)地下車站、4個(gè)盾構(gòu)區(qū)間、5個(gè)聯(lián)絡(luò)通道和7和遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)，重點(diǎn)考察與監(jiān)測(cè)地鐵深基坑工程施工中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地降低深基坑工程施工對(duì)周邊土壤環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，提高地鐵工程施工效率和質(zhì)量。

表1 本標(biāo)段監(jiān)測(cè)工作范圍及內(nèi)容一覽表

1.2 重難點(diǎn)分析

上海市軌道交通15號(hào)線是一條位于浦西中部南北向的重要線路，周圍環(huán)境極其復(fù)雜，地下管線眾多，而且周邊大型保護(hù)性建(構(gòu))筑物縱橫交錯(cuò)，監(jiān)測(cè)工作責(zé)任重大。針對(duì)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)源分析，對(duì)車站基坑工程監(jiān)測(cè)重點(diǎn)總結(jié)如下：

1.2.1 本標(biāo)段基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)均為一級(jí)，場(chǎng)地內(nèi)分布有運(yùn)營(yíng)中的延安西路高架橋、高壓塔等重要的保護(hù)性構(gòu)筑物，且距離基坑均在1倍開挖深度范圍內(nèi)?；庸こ淌┕ぶ袘?yīng)有效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)營(yíng)中的延安西路高架橋、高壓塔，確保其安全運(yùn)營(yíng)。

1.2.2 本標(biāo)段古北路站為地下三層島式車站，開挖深度最深處達(dá)29m，屬于超深基坑。基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。姚虹路站為地下二層島式車站，屬于超大基坑，基坑長(zhǎng)度超過(guò)300m，寬度最大達(dá)26m，基坑面積大，又采用半幅或局部蓋挖和順作相結(jié)合的施工方法。因此要加大監(jiān)測(cè)管理的力度，對(duì)整個(gè)基坑施工監(jiān)測(cè)過(guò)程嚴(yán)格把關(guān)，掌控各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變形及發(fā)展趨勢(shì)。建立起一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)[1]。

1.2.3 本標(biāo)段項(xiàng)目周圍有多幢淺基礎(chǔ)（條形基礎(chǔ)）的保護(hù)性建（構(gòu)）筑物，且距離基坑均小于10m，位于基坑開挖深度的1倍范圍內(nèi)。施工中嚴(yán)格控制土體的變形，合理調(diào)整施工參數(shù)，確保建（構(gòu)）筑物的安全和正常使用。

1.2.4 由于3個(gè)車站基坑開挖深度均較深，承壓水層較淺。雖然圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)均采取了隔斷承壓水層的措施。但基坑開挖后，可能因連續(xù)墻滲漏水、基坑開挖到底時(shí)坑內(nèi)上覆土層抗承壓水頭的安全系數(shù)明顯減小等因素，基坑工程仍面臨系統(tǒng)性的風(fēng)險(xiǎn)。因此在降水及基坑開挖過(guò)程中須密切關(guān)注地下水位的變化趨勢(shì)。

2 監(jiān)測(cè)工作原則

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中要遵循系統(tǒng)性原則，對(duì)于所監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并且做到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互校核，在施工工程中進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性，運(yùn)用、發(fā)揮系統(tǒng)功效對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)。

監(jiān)測(cè)的手段應(yīng)堅(jiān)持可靠性，監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)與設(shè)計(jì)相結(jié)合，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算情況，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐系統(tǒng)的報(bào)警值。監(jiān)測(cè)要堅(jiān)持關(guān)鍵部位優(yōu)先、兼顧全面的原則，對(duì)圍護(hù)體及支撐系統(tǒng)中相當(dāng)敏感的區(qū)域加密測(cè)點(diǎn)數(shù)和項(xiàng)目，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，對(duì)勘察工程中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)變化起伏較大的位置，施工過(guò)程中有異常的部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，除關(guān)鍵部位優(yōu)先布設(shè)測(cè)點(diǎn)外，在系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上均勻布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[2]。

3 地鐵深基坑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)施

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)

為保證工程施工監(jiān)測(cè)工作的有效性，監(jiān)測(cè)工作開展初期，要按照分級(jí)布網(wǎng)原則，統(tǒng)一設(shè)置監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，針對(duì)深基坑工程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移問(wèn)題，技術(shù)人員合理布置平面控制網(wǎng)，采用視準(zhǔn)線法、小角度法或自由設(shè)站基準(zhǔn)線法實(shí)施，在監(jiān)測(cè)范圍較廣時(shí)，需要綜合導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)進(jìn)行水平位移測(cè)控網(wǎng)布置工作，測(cè)角精度誤差在±2″以內(nèi)。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的監(jiān)測(cè)

本工程中車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為地下連續(xù)墻，附屬結(jié)構(gòu)含鉆孔樁，為掌握基坑圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)向水平位移變化規(guī)律，需對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)深層側(cè)向水平位移情況進(jìn)行具體監(jiān)測(cè)，利用測(cè)斜管和專業(yè)監(jiān)測(cè)儀[3]。技術(shù)人員在地下圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)中埋設(shè)以PVC材料為主要成分的測(cè)斜管，利用管內(nèi)的90°凹槽實(shí)現(xiàn)定向測(cè)量，通過(guò)雙向測(cè)斜儀和數(shù)據(jù)采集儀，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和采集，確保數(shù)據(jù)測(cè)量精度在0.12mm/500mm范圍內(nèi)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其測(cè)量工作進(jìn)行控制，避免重復(fù)測(cè)量，影響測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)度和精度。在支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移情況監(jiān)測(cè)期間，技術(shù)人員將測(cè)斜儀探頭深入測(cè)斜管底部，靜置一段時(shí)間后，將探頭取出讀數(shù)并記錄，接著將探頭進(jìn)行水平方向旋轉(zhuǎn)，沿上述操作流程進(jìn)行再次測(cè)量，將具體測(cè)量數(shù)據(jù)保存至讀數(shù)系統(tǒng)中。最后技術(shù)人員要對(duì)原始數(shù)據(jù)和采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化分析，將讀數(shù)儀中的數(shù)據(jù)傳輸至電子計(jì)算機(jī)終端，利用相關(guān)計(jì)算程序和軟件進(jìn)行運(yùn)算分析，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支撐軸力情況按照公式進(jìn)行計(jì)算，將運(yùn)算后的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)值進(jìn)行對(duì)比，以此判斷深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移情況。

3.3 建筑物沉降、傾斜、裂縫監(jiān)測(cè)方法

為解決由深基坑開挖工程施工引發(fā)的坑內(nèi)變形或坑底隆起問(wèn)題，必須對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，利用徠卡NA2型水準(zhǔn)儀+GPM3平板測(cè)微器對(duì)坑內(nèi)進(jìn)行微距測(cè)量，精度控制在±0.5mm/km。按照建筑物土體二級(jí)沉降監(jiān)測(cè)要求，在基坑外墻10m～20m處，選取合適地點(diǎn)進(jìn)行基坑測(cè)點(diǎn)布設(shè)工作，緊鄰基坑的測(cè)點(diǎn)間距取小值，遠(yuǎn)離基坑的測(cè)點(diǎn)間距取大值，根據(jù)不同類型、不同結(jié)構(gòu)、不同基礎(chǔ)的建筑物，采用射釘槍、沖擊鉆等器材將測(cè)釘固定在地下深基坑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，保持測(cè)釘頭部呈凸起球型。針對(duì)深基坑工程施工中易出現(xiàn)的地面沉降不均勻造成的建筑物傾斜和裂縫問(wèn)題，技術(shù)人員同樣需要采取必要的監(jiān)測(cè)手段對(duì)其進(jìn)行控制，一般情況下，測(cè)點(diǎn)布置在建筑物變形處或裂縫位置的承重墻上，沿建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平布設(shè)，采取極坐標(biāo)法對(duì)測(cè)試點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行反射，結(jié)合空間幾何關(guān)系計(jì)算建筑物絕對(duì)傾斜量值，結(jié)合全站儀監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)建筑物沉降、傾斜和裂縫情況進(jìn)行正確判斷[4]。

3.4 建筑物的監(jiān)測(cè)

針對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)工作，綜合運(yùn)用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)設(shè)備和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)深基坑工程周邊的建筑物進(jìn)行密切監(jiān)控，根據(jù)城市建筑物沉降標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑物沉降情況進(jìn)行有效分析，判斷深基坑工程施工對(duì)環(huán)境的影響程度，為工程施工人員提供參考意見，在一定程度上改善和提升基坑支護(hù)工程施工效率和質(zhì)量。

4 監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警

深基坑工程施工動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)工作開展期間，要對(duì)監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行控制，結(jié)合地下基坑工程施工的全部環(huán)節(jié)，掌握工程施工進(jìn)度和效率，科學(xué)合理安排工程施工監(jiān)測(cè)頻率，確保安全的前提下，建立和完善工程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，充分利用自動(dòng)化技術(shù)，進(jìn)一步提高基坑工程施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)效果。根據(jù)基坑等級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、場(chǎng)地地質(zhì)條件等因素確定，基坑圍護(hù)體系的監(jiān)測(cè)報(bào)警值參照下表2執(zhí)行。

表2 基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值設(shè)計(jì)

5 工程應(yīng)用及效果

針對(duì)上海15#地鐵深基坑工程施工問(wèn)題，技術(shù)人員采取專業(yè)監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段，靈活運(yùn)用全站儀、水位計(jì)、監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備和器材，對(duì)基坑周邊建筑物沉降、地下水位、臨時(shí)立柱等方面進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)，為施工人員提供數(shù)據(jù)參考，并且本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理、統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測(cè)成果的過(guò)程曲線，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)值的變化分析、評(píng)價(jià)及發(fā)展預(yù)測(cè)對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工提供有效幫助，對(duì)15#線深基坑工程施工起到關(guān)鍵的控制作用，有效提高和強(qiáng)化了地鐵工程施工質(zhì)量[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章主要針對(duì)城市地鐵深基坑工程施工問(wèn)題，詳細(xì)介紹了基坑工程施工動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)工作的具體方法、流程、工作方向、監(jiān)測(cè)范圍等，將常規(guī)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)相結(jié)合，提高工程監(jiān)測(cè)效果，降低施工對(duì)地下環(huán)境產(chǎn)生的影響，保證地鐵工程順利實(shí)施。