臨近鐵路既有線深基坑監(jiān)測技術

張海明

(中鐵十一局集團第一工程有限公司，湖北 襄陽 441104)

1 工程概況

襄陽北編組站為路網(wǎng)性雙向縱列式三級七場特等編組站，是中國九大鐵路編組站之一?？缦尻柋本幗M站大橋位于襄陽北編組站II場與III場之間、Ⅳ場與Ⅴ場之間的南側(cè)咽喉部位，該處共有正線5股道(分布于站場東西兩側(cè))、站線27股道，共32股道。

跨襄北編組站大橋總長920 m，為(2×100+294)+(226+80+2×60)m雙獨塔斜拉橋。主墩深基坑深10.65 m，長45.9 m，寬35.4 m，外緣距鐵路最近處僅有7 m。采用雙排樁支護結(jié)構進行施工，前后排樁采取等長，長度H=26m，樁徑d=1.2 m，前后排樁采用冠梁連接為整體，冠梁寬5.6 m，高1 m，采用C30混凝土，樁間距bs=1.5m，排距L=4.0 m。前排圍護樁樁間設φ800三重管旋噴樁進行止水，樁外再設一排φ800三重管旋噴樁止水帷幕，樁長26 m；樁間素填土及粉質(zhì)粘土采用φ800@600的三重管旋噴樁進行加固。

2 監(jiān)測目的

(1)驗證設計，指導施工，實現(xiàn)信息化施工。通過監(jiān)測支護結(jié)構以及支護結(jié)構外土體的受力和變形特征，結(jié)合周邊建構物的變形，分析設計與實際的符合程度，檢驗設計所采取的各種參數(shù)的正確性，驗證支護結(jié)構設計的合理性，指導基坑開挖和支護結(jié)構的施工，實現(xiàn)動態(tài)設計及信息化施工。

(2)為基坑施工安全提供技術保障。支護結(jié)構在破壞前，往往會在基坑側(cè)向不同部位上出現(xiàn)較大變形，或變形速率明顯增大，通過周密的監(jiān)控量測，分析支護結(jié)構的受力和變形特征，判斷支護結(jié)構的穩(wěn)定性，可以在支護結(jié)構破壞前進行預警，以便采取補救措施，減少和避免不必要的損失。

(3)為基坑施工期間周邊既有鐵路等環(huán)境的安全提供技術保障。對基坑周邊既有鐵路等環(huán)境實施動態(tài)監(jiān)控量測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和整理，了解各監(jiān)測對象的實際變形情況及施工對周邊環(huán)境影響程度，及時確定相應的施工措施，為施工期間既有鐵路軌道的安全提供技術保障。

3 監(jiān)測內(nèi)容

(1)基坑部分：圍護結(jié)構頂部水平位移、沉降、基坑內(nèi)外水位監(jiān)測[1-2]、圍護結(jié)構內(nèi)力監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測。

(2)坑外土體部分：深層水平位移(測斜)、坑外地表沉降。

(3)周邊環(huán)境部分：鐵路接觸網(wǎng)沉降及水平位移、鐵路路基沉降及水平位移。

4 監(jiān)測方法

4.1 監(jiān)測網(wǎng)建立

水平位移監(jiān)測網(wǎng)：由于該橋梁主墩處于直線上，因此建立監(jiān)測獨立坐標系時，把主墩中心作為坐標原點，大里程方向(西)作為x軸正方向，右側(cè)方向(北)則為y軸正方向。通過計算觀測得到的坐標數(shù)據(jù)的x、y差值，可直觀地判斷出點位的變化相對于主墩中心前后左右的位置關系。獨立坐標系采用的是閉合導線形式，起始并閉合于附近工程精密導線點上。其主要技術要求如表1所示，平面監(jiān)測網(wǎng)觀測使用徠卡TM50全站儀(精度0.5″)進行。

表1 水平位移監(jiān)測基準網(wǎng)的主要技術要求

垂直位移監(jiān)測網(wǎng)：垂直位移監(jiān)測網(wǎng)以1985施工高程系統(tǒng)為基準建立，起始并附合于施工控制網(wǎng)水準點上。控制點由基準點和工作基點組成，且在項目施工區(qū)域范圍要布置至少3個以上水準基準點，其主要技術要求如表2所示(n為基準點和工作基點數(shù)量)。

表2 豎向位移監(jiān)測基準網(wǎng)的主要技術要求

4.2 監(jiān)測點布置

(1)圍護結(jié)構頂部水平位移、沉降監(jiān)測點

圍護樁頂部水平位移、沉降監(jiān)測斷面與地面沉降監(jiān)測斷面處于統(tǒng)一監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面的間距為20 m。通過沖擊鉆在支護頂面鉆孔，再放入長150 mm，直徑18～20 mm的圓頭鋼筋，周圍需要充填水泥砂漿。監(jiān)測點位置如圖1所示。

(2)圍護結(jié)構、坑外土體深層水平位移監(jiān)測點

支護深層水平位移監(jiān)測斷面與圍護樁、墻頂部水平、豎向位移監(jiān)測斷面處于統(tǒng)一監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面的間距為20 m。土體深層水平位移測點里程方向與支護生產(chǎn)水平位移測點斷面，距離冠梁邊緣2 m。監(jiān)測用到的測斜管應在圍護樁施工時進行埋設，本項目采用綁扎埋設方式，通過直接綁扎將測斜管固定在支護鋼筋籠上，入孔后澆注水下混凝土。

圖1 圍頂部水平位移和沉降監(jiān)測點布置示意圖

(3)鐵路接觸網(wǎng)、鐵路路基水平位移及沉降監(jiān)測點

以距離基坑的遠近為依據(jù)，每10 m布設一個鐵路路基的水平位移和沉降測點斷面，每個斷面布設3個測點，測點需開挖50 cm深，并施做50 cm×50 cm×50 cm的立方體基礎，埋設18～20 mm的圓頭鋼筋，并在頂端焊接棱鏡。

(4)地表沉降監(jiān)測點

地表沉降監(jiān)測斷面的布置應與基坑邊線垂直，每個監(jiān)測斷面的間距為20 m，每個監(jiān)測斷面測點間距為3 m、5 m、7 m、10 m、10 m。使用窖井測點的方式埋設監(jiān)測點，通過人工開挖或者鉆具成孔進行埋設。道路上的監(jiān)測點埋設時須穿透道路表面結(jié)構層，埋設在堅實的地層中，同時應設置保護管及蓋板或砌筑保護井進行保護。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析是監(jiān)測工作最重要的一環(huán)。監(jiān)測數(shù)據(jù)是基坑開挖后穩(wěn)定性的動態(tài)反映，可為后續(xù)指導施工、優(yōu)化設計提供數(shù)據(jù)參考，從而全面保證工程安全。因此，要認真、深入分析監(jiān)測所得數(shù)據(jù)，判斷監(jiān)測點的穩(wěn)定性，而且要及時向施工單位、監(jiān)理單位、設計單位反饋[2]。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，查看當期累計變化值最大點變化趨勢，如圖2～圖4所示，可以看到：5月25日后，冠梁水平位移點在-1.3～-1.6 mm之間波動；地表沉降點在-3.5 mm上下波動，曲線圖趨勢走平，是基坑已趨于穩(wěn)定之象。接觸網(wǎng)水平位移一直在-0.2～+0.9 mm區(qū)間波動，說明鐵路接解網(wǎng)一直保持穩(wěn)定，沒有變化或變化極小，基坑防護措施安全有效。

圖2 地表沉降累計變化時程曲線圖

圖3 接觸網(wǎng)水平位移累計變化時程曲線圖

圖4 冠梁水平位移累計變化時程曲線圖

6 監(jiān)測預警

開展基坑工程監(jiān)測工作可以實現(xiàn)監(jiān)測預警，而且起到防范安全事故發(fā)生、保證基坑和周圍環(huán)境安全的作用。開展監(jiān)測工作需要以監(jiān)測預警值為基礎，也是監(jiān)測過程中評估基坑工程是處于正常還是異常亦或危險狀態(tài)的依據(jù)，所以，在進行基坑工程監(jiān)測之前，要合理確定好監(jiān)測預警值[3]。

本項目結(jié)合設計要求和現(xiàn)行規(guī)范制定了基坑監(jiān)測的頻率、控制值和預警值，具體如表3所示。

在對現(xiàn)場巡視觀察及監(jiān)測數(shù)據(jù)整理、分析后，如發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，應立即通過手機短信、電話、網(wǎng)絡電子郵件等方式向業(yè)主現(xiàn)場代表、監(jiān)理、設計、施工等相關方發(fā)出預警通知，并及時補發(fā)書面形式的預警通知書。

異常數(shù)據(jù)的定義為：

(1)監(jiān)測值達到警戒值；

(2)結(jié)構變形、位移、裂縫及應力等量測值有不斷增大的趨勢，變化超常、速率過大，變化曲線沒有變緩的趨勢；

(3)相鄰建筑物沉降不均勻、速率過快；

(4)周邊地表、道路開裂塌陷，地下管線出現(xiàn)位移，并有不斷增大的趨勢；

(5)基坑外地下水位變化異常。出現(xiàn)上述情況之一都應定義為異常數(shù)據(jù)，都應及時發(fā)出預警通知。

表3 基坑監(jiān)測頻率、控制值及警戒值

7 結(jié) 語

(1)觀測過程中，必須做到人員、儀器、測站“三固定”。本項目由于在建立監(jiān)測控制網(wǎng)階段，觀測基點全部采用了強制對中觀測墩，監(jiān)測點使用了專用棱鏡和專用反射片，使得觀測結(jié)果非常穩(wěn)定，觀測精度大大提高。

(2)溫度變化對觀測結(jié)果相對來說影響較大，應盡量選擇在陰天或日落后、日出前氣溫相對穩(wěn)定的時段進行觀測，且應保證在儀器溫度與外界溫度一致時再開始觀測，同時將實時溫度、濕度、氣壓等參數(shù)輸入儀器進行補償修正。

(3)施工時，應注重保護好監(jiān)測點，從而確保和提升最終結(jié)果的精準性和連續(xù)性。