復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵車站深大基坑施工監(jiān)測技術(shù)

0 引言

軌道交通的發(fā)展緩解了城市的交通壓力，給人們的出行帶來了方便，同時，地鐵車站深基坑的開挖會引起周邊路面和構(gòu)筑物的沉降、管線的移位，嚴重的還引起周邊路面塌陷、構(gòu)筑物傾斜和基坑坍塌，對周邊環(huán)境和施工安全造成很大的影響，因此施工監(jiān)控量測工作是確保地鐵基坑開挖中周邊環(huán)境安全和施工安全的重要手段，通過施工監(jiān)測工作，提前了解基坑周邊環(huán)境變化和圍護結(jié)構(gòu)變形受力情況，及時采取應(yīng)對措施，確保車站施工和周邊環(huán)境的安全。

我國在深基坑施工監(jiān)測方面積累了大量的實踐經(jīng)驗，甘保柱對某地鐵車站深基坑開挖施工過程中圍護結(jié)構(gòu)變形和周邊地表沉降規(guī)律進行建模分析，并將數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果進行了對比分析，結(jié)果表明數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果變化規(guī)律基本一致，可為類似工程的優(yōu)化設(shè)計提供參考；任城等人針對某地鐵風(fēng)井深基坑進行施工監(jiān)測分析，結(jié)果表明基坑開挖引起的周邊沉降具有明顯的時空效應(yīng)，施工中需要加強監(jiān)測并減少施工擾動，確保施工安全；陳攀對某地鐵基坑開展施工監(jiān)測變形研究，結(jié)果表明，軟土深基坑在開挖過程中的地表沉降、圍護結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)支撐軸力呈現(xiàn)隨開挖深度的增加而增加的變化規(guī)律，深基坑支護結(jié)構(gòu)的地表沉降和水平位移在空間上表現(xiàn)出長邊大，端部小的特點；薛飛等人對上海地鐵車站深基坑開挖開展施工監(jiān)測分析，結(jié)果表明，地表沉降最大值并不位于基坑邊緣，而是位于距離基坑邊緣8-10m處，沉降速率在基坑開挖到中下部及拆除支撐時最大，此階段要加大監(jiān)測頻率，確?；邮┕ぐ踩?；孫健對上海某深基坑開挖及周邊環(huán)境進行施工監(jiān)測分析，設(shè)置了圍護結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境和地下水位監(jiān)測方案，結(jié)果表明，基坑開挖最周邊的道路影響最大，開始對管線影響不大，后面影響逐步加大，施工中要加強監(jiān)測。

從目前的研究成果來看，大多數(shù)基坑是土質(zhì)類基坑，地質(zhì)條件較簡單，缺乏復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑開挖的施工監(jiān)測實踐經(jīng)驗。因此，本位以某地鐵某車站深基坑工程為研究對象，該基坑地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖深度大，上部為淤泥砂混合層，中部為不同粒徑的砂類土，下部為不同風(fēng)化程度的礫巖，地層變化多，工程性質(zhì)差異大，開挖支護難度大，制定監(jiān)測方案，對圍護結(jié)構(gòu)變形、周邊環(huán)境安全和地下水位變化開展監(jiān)測工作，確保了基坑開挖和周邊環(huán)境安全，為類似復(fù)雜地質(zhì)條件深大基坑開挖施工監(jiān)測提供參考。

1 工程概況

車站主體結(jié)構(gòu)為地下三層結(jié)構(gòu)，車站全長435.2m，標準段寬34.1m，深度28.9m，車站主體采用明挖法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用1000mm厚地下連續(xù)墻。車站通過設(shè)置抗拔樁及抗浮壓頂梁輔助抗浮。標準段支撐系統(tǒng)：第一道支撐為鋼筋混凝土支撐800×900mm，支撐水平間距9m；第二、三道為鋼筋混凝土支撐1000*1000mm、1200*1200mm兩種，支撐水平間距9m；第四道為φ609，t=14（壁厚）鋼支撐，支撐水平間距3m；基坑圍護連續(xù)墻嵌固段為基底以下進入強風(fēng)化巖層不小于5m，中風(fēng)化巖層不小于2.5m及微風(fēng)化巖層不小于1.5m，車站基坑開挖深度大，地質(zhì)條件復(fù)雜，工程難度大，本站站址處地下管線較多，包含電力、給水、排水及路燈，施工期間主要采用改移措施。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

根據(jù)勘察資料，地貌為海陸交互相沖積平原，地形平坦，車站基坑開挖范圍從上到下主要為土層為雜填土和素填土，淤泥層、淤泥質(zhì)土層、淤泥質(zhì)粉細砂、淤泥質(zhì)中粗砂層，洪積砂層，洪積軟塑狀粉質(zhì)黏土層，碎屑巖風(fēng)化殘積層，全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，中風(fēng)化礫巖、含礫砂巖，微風(fēng)化礫巖、含礫砂巖，地質(zhì)概況見表1所示。

表1 車站地質(zhì)概況一覽表

根據(jù)勘察資料，地下水埋藏相對較深，地下水位一般埋深16-18m，局部洼地地下水埋藏淺。

3 現(xiàn)場監(jiān)測

3.1 現(xiàn)場監(jiān)控量測的主要項目

根據(jù)規(guī)范和設(shè)計要求，現(xiàn)場監(jiān)測項目主要分圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測、地層監(jiān)測和地下水位監(jiān)測三大部分，監(jiān)測項目見表2所示。

表2 基坑主要監(jiān)測項目表

3.2 監(jiān)控量測點位布置

監(jiān)控量測點位布置根據(jù)前期數(shù)值模擬結(jié)果的應(yīng)力、位移分布情況布置，對結(jié)構(gòu)受力和變形的主要區(qū)域進行重點監(jiān)測，使監(jiān)控量測數(shù)據(jù)與每個施工工況的施工參數(shù)配套，形成一套有效的監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)控量測點位布置見圖1所示。

圖1 測點布置示意圖

3.3 施工監(jiān)測實施

3.3.1 圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測

在基坑中部布置坑底回彈測量斷面，距坑底邊緣1/4底寬處，設(shè)置斷面不少于二組，每一測量斷面至少三個測點；沿基坑縱向每個開挖階段設(shè)置1個立柱樁隆沉測點，定位點及水準點設(shè)置在基坑外；隆起觀測采用幾何水準法，高程允許誤差不大于1mm，在觀測點位置埋設(shè)隆起觀測標，觀測頻率為1次/天，支護結(jié)構(gòu)的水平位移采用全站儀、收斂儀等進行監(jiān)測，具體圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測見表3所示。

表3 圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測項目匯總表

3.3.2 周邊環(huán)境監(jiān)測

①采用自動安平精密水準儀，配2m銦鋼尺。

②儀器安裝。挖開地下管線，設(shè)置直接觀測點進行監(jiān)測，對不能開挖布置直接測點的管線應(yīng)結(jié)合地表沉降測點布置；對于在施工影響范圍內(nèi)的地下管線，沿長度方向每隔5m左右布設(shè)一個監(jiān)測點，監(jiān)測點采用φ18鋼筋，頂端磨平，打入地面下50cm，并低于地面5cm，同路面隔離，測量的基點選擇在通視良好、施工影響范圍以外的地方，基點不應(yīng)少于2個，以便進行聯(lián)測，保障監(jiān)測結(jié)果的準確性。

③監(jiān)測頻率。根據(jù)設(shè)計要求，基坑開挖1-2次/天，主體結(jié)構(gòu)施工階段測量頻率為1次/天，周邊環(huán)境監(jiān)測項目見表4所示。

表4 周邊環(huán)境監(jiān)測項目匯總表

3.3.3 地下水位監(jiān)測

地下水影響基坑開挖的安全和穩(wěn)定性，為了降低車站基坑開挖過程中地下水位的升降對施工的影響，確?；娱_挖安全，要對地下水位進行監(jiān)測。在基坑附近，圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)，布設(shè)地下水位地下觀測井點。

采用鉆機或沖孔法成孔，選用60mm井管，采用鋼套管護壁，井底標高位于基底以下3m，采用電測水位儀測量，觀測時，所有井點統(tǒng)一時間測量靜水位。

地下水位觀測頻率：觀測時間間隔為30min、1h、2h、4h、8h、12h，后面每隔12h觀測一次，主體工程施工結(jié)束后，停止監(jiān)測，地下水位監(jiān)測見表5所示。

表5 地下水位監(jiān)測項目匯總表

4 量測數(shù)據(jù)分析與控制

4.1 監(jiān)控量測控制標準

基坑施工開挖中，根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，評估周邊環(huán)境的安全性，判斷圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并及時反饋，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，建立Ⅲ級管理標準見表6所示。

表6 Ⅲ級管理標準

根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定及設(shè)計要求，提出控制基準見表7。

表7 監(jiān)測報警值

4.2 量測數(shù)據(jù)分析與預(yù)測

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，繪制位移和應(yīng)力隨時間變化的曲線圖，并進行回歸分析，以判斷該測點可能出現(xiàn)的最大位移值或應(yīng)力值，評估結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況。

典型的動態(tài)回歸曲線示意圖如圖2所示。

圖2 時態(tài)回歸曲線示意圖

監(jiān)測中，要及時分析監(jiān)測結(jié)果，把數(shù)據(jù)輸入監(jiān)測系統(tǒng)，及時匯報監(jiān)測日報，并按期向施工、監(jiān)理和設(shè)計單位提交監(jiān)測月報，同時對當月施工情況進行評價，并提出施工建議。

4.3 量測數(shù)據(jù)發(fā)生突變的處理對策

施工過程中如發(fā)生量測數(shù)據(jù)有較大變化，應(yīng)立即采取以下措施：①停止開挖，并對基坑加強支護；②上報項目部，啟動應(yīng)急預(yù)案，并及時上報相關(guān)單位；③對周邊道路或建筑物等發(fā)生突變的，實施全過程監(jiān)控；④如涉及周邊地表的安全，及時聯(lián)系相關(guān)部門，采取有效措施。

4.4 質(zhì)量保障措施

針對復(fù)雜地質(zhì)條件下車站基坑監(jiān)測項目的特點設(shè)立專業(yè)組織機構(gòu)，成立監(jiān)控量測小組，由具有豐富施工經(jīng)驗、較高結(jié)構(gòu)分析和計算能力的專業(yè)技術(shù)人員擔任組長，負責監(jiān)測工作的組織計劃、外協(xié)工作以及監(jiān)測資料的質(zhì)量審核，保障監(jiān)量測數(shù)據(jù)的真實性及連續(xù)性，確?；娱_挖和周邊環(huán)境的安全。

5 結(jié)語

為研究復(fù)雜地質(zhì)條件下深大基坑施工監(jiān)測技術(shù)，以某地鐵車站基坑施工為例，首先對基坑的復(fù)雜地質(zhì)條件進行了分析研究，根據(jù)設(shè)計和規(guī)范要求，制定了圍護結(jié)構(gòu)變形、周邊環(huán)境變化和地下水位變化等施工監(jiān)測項目，對監(jiān)測點的布置、監(jiān)測頻率和報警值進行詳細說明，建立了施工監(jiān)測III級管理標準，最后對基坑處于復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)突變的處理方法和施工監(jiān)測的保障措施進行了研究。

通過全體工作人員的不懈努力，該車站基坑已經(jīng)施工完成，現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，在車站復(fù)雜地質(zhì)深大基坑開挖過程中，圍護結(jié)構(gòu)變形、周邊道路及建筑物沉降累計變形值和變形速率均在規(guī)范和設(shè)計要求的報警值內(nèi)，地下水位變化也在可控范圍，表明該基坑在復(fù)雜地質(zhì)條件下的開挖施工能確保安全穩(wěn)定，對周邊環(huán)境的影響也在可控范圍內(nèi)，可為類似復(fù)雜地質(zhì)深大基坑施工監(jiān)測提供借鑒。