北京地鐵明挖基坑的監(jiān)控量測

奚光宇

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

北京地鐵四號線中關(guān)村站位于中關(guān)村大街與北四環(huán)路十字交叉路口南側(cè)，中關(guān)村大街下方，呈南北走向。車站為地下兩層三跨島式站臺車站，車站中心里程K21+391.898，全長179.9 m，標準段總寬22.5 m，高14.65 m，頂板埋深2.3～2.7 m，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。車站共設(shè)兩個風(fēng)道和四個出入口，車站主體結(jié)構(gòu)采用蓋挖逆作法施工，1號風(fēng)道及2、3號出入口采用明挖法施工，2號風(fēng)道及1、4號出入口采用暗挖法施工。各明挖基坑中以1號風(fēng)道結(jié)構(gòu)跨度最大，開挖深度最深，距高層建筑物海龍大廈最近而作為重點監(jiān)控，本文以1號風(fēng)道明挖法施工基坑的監(jiān)控量測為例，對地鐵明挖法施工的監(jiān)控量測進行了全面介紹。

中關(guān)村站1號風(fēng)道基坑開挖的深度為13.4 m，周邊的高大建筑物主要是海龍大廈。海龍大廈與1號風(fēng)道結(jié)構(gòu)的最近距離為16.2 m(圖1中關(guān)村站平面圖)。

根據(jù)《北京地鐵四號線工程中關(guān)村站巖土工程勘察報告》提供地質(zhì)情況，中關(guān)村站1號風(fēng)道穿越地層從上到下為:人工堆積層、第四紀全新世沖洪積層和第四紀晚更新世沖洪積層。

2 監(jiān)控量測的項目

根據(jù)中關(guān)村站1號風(fēng)道的結(jié)構(gòu)埋深、地質(zhì)及地面建筑物、管線情況和施工方法，布設(shè)了較密集、合理的監(jiān)測點進行全面的地表沉降、樁頂位移、樁體變形、建筑物沉降等監(jiān)測，以保證在施工時及時反饋數(shù)據(jù)，確保基坑開挖和周邊建筑物的安全。

圖1 中關(guān)村站平面(單位:m)

2.1 監(jiān)測項目及頻率

監(jiān)測項目見表1。明挖基坑施工監(jiān)控量測的頻率與基坑開挖深度、施工狀況等有關(guān)。

表1 明挖基坑監(jiān)測項目

基坑開挖期間監(jiān)測頻率見表2，基坑開挖完成后監(jiān)測頻率見表3。

表2 基坑開挖期間監(jiān)測頻率

表3 基坑開挖完成監(jiān)測頻率

2.2 監(jiān)控量測管理控制標準(見表4)

表4 監(jiān)測項目控制值

3 施工監(jiān)控量測測點布置

3.1 地表沉降點、樁頂位移點、樁頂變形點的布設(shè)

地表沉降點、樁頂位移點、樁頂變形點和支撐軸力點的布設(shè)是根據(jù)基坑斷面、基坑周邊的建筑物和降水效果綜合考慮的。中關(guān)村站1號風(fēng)道的地表沉降點、樁頂位移點、樁頂變形點的布設(shè)見圖2。

3.2 建筑物變形觀測點的布設(shè)

中關(guān)村站1號風(fēng)道基坑開挖和降水時，為了保證周邊建筑物的安全，因此對建筑物進行變形觀測。經(jīng)過對建筑物的形狀分析，針對1號風(fēng)道開挖在海龍大廈樓頂?shù)慕巧喜贾?個觀測點。

4 監(jiān)控量測點的埋設(shè)

4.1 監(jiān)控量測點布置的原則

1)根據(jù)本工程設(shè)計要求、施工特點及周邊環(huán)境等綜合因素確定監(jiān)測對象。

2)所有觀測點必須預(yù)先埋設(shè)穩(wěn)固，初始值在確認點位已穩(wěn)定后采集兩次穩(wěn)定值使用。

圖21 號風(fēng)道測點布置(單位:mm)

3)地面沉降點的布設(shè)應(yīng)考慮點位位置能反映監(jiān)測對象的變化特征并有利于保護和不易受破壞的地方;

4)如果觀測點在施工中受破壞，應(yīng)盡快在原來位置或距原來較近位置補設(shè)測點，以保證該測點觀測的連續(xù)性。

4.2 監(jiān)控量測點的埋設(shè)

4.2.1 地表沉降點

布點時點位盡量不布在回填土、綠化帶和管線周圍的地方，如果必須要埋點時，埋設(shè)時要選擇不易積水地方，人工開挖直徑500 mm、深800～1 000 mm的坑，用混凝土楔子夯實底部，并設(shè)400 mm×400 mm方磚底盤，插入φ20 mm圓鋼并用混凝土把坑回填密實(圖3)。

圖3 回填土、綠化帶地表沉降點埋設(shè)(單位:mm)

路面測點埋設(shè)采用φ103 mm電鉆在地面鉆孔，隨即打入作為監(jiān)測點的鋼筋，使鋼筋與土體結(jié)為整體，可隨土體變化而變化(圖4)。

4.2.2 地表建(構(gòu))筑物監(jiān)測點

變形點采用彎鉤式，其直徑不小于18 mm，長不小于250 mm。用電錘在建筑物的墻上打孔，然后將變形點打入孔洞內(nèi)并灌入高強度等級水泥，使變形點與建筑物成為一個整體。安好測點后，作好明顯標志，并按順序編號(圖5)。

圖4 路面地表沉降點埋設(shè)(單位:mm)

圖5 地表建(構(gòu))筑物監(jiān)測點埋設(shè)(單位:mm)

4.2.3 地下管線監(jiān)測點

地下管線監(jiān)測是在管線所在覆蓋土的正上方挖孔至管線布置觀測點后引出地面，也可利用檢查井直接布在管線上，困難時在管線上方埋設(shè)地表樁間接監(jiān)測，按規(guī)定變形測量精度等級用精密水準儀，銦鋼尺進行量測。

4.2.4 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點

鋼筋應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測在圍護結(jié)構(gòu)中選擇受力有代表性的樁布置測點。測點在豎向位置布置在各土層分界面、結(jié)構(gòu)或配筋截面變化處。在平面位置上選擇長短邊的中點。鋼筋應(yīng)力計焊接在樁體主筋上。埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計后要在后續(xù)工序中特別注意保護好應(yīng)力傳感腳線。

4.2.5 樁頂位移監(jiān)測點

樁頂位移監(jiān)測點設(shè)于冠梁上。在灌注冠梁混凝土?xí)r預(yù)埋φ6 mm的膨脹螺栓，外露3～5 cm，經(jīng)檢查合格后施測取得初始值。

4.2.6 樁體變形監(jiān)測點

測斜管應(yīng)在圍護樁施工時埋設(shè)在樁體內(nèi)，開挖前3～5 d重復(fù)測2～3次，判明測斜管處于穩(wěn)定狀態(tài)后，將其作為初始值，開始正式監(jiān)測工作。

先將測斜管裝上管底蓋，用螺絲或膠固定。測斜管與測斜管之間有接管連接，測斜管與接管之間必須用螺絲固定。測斜管采用綁扎法固定在鋼筋籠上與其一起沉入孔中，沉入時應(yīng)注意測斜管應(yīng)位于基坑內(nèi)側(cè)方向。由于混凝土的浮力作用以及振搗機械的影響，測斜管的綁扎定位一定要牢固可靠，以免混凝土澆筑時，使其發(fā)生上浮或側(cè)向移動，影響測試數(shù)據(jù)的準確性。測斜管高出冠梁15 cm，利用測斜儀測出樁體不同深度范圍的水平位移，從而可以得到樁體的變形情況。

由于圍護結(jié)構(gòu)較深，測斜管較長，測斜管在安裝中應(yīng)注意導(dǎo)槽的方向，導(dǎo)槽方向必須與設(shè)計要求定準的方向一致。同時要避免測斜管自身的軸向旋轉(zhuǎn)，以保證測出的數(shù)據(jù)真實反映在基坑邊緣垂直面內(nèi)的撓曲。在測斜管連接時，必須將上、下管段的滑槽相互對準，使測斜儀的探頭能在管內(nèi)平滑運行。測斜管埋設(shè)詳見圖6。

圖6 測斜管埋設(shè)示意

5 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)整理及成果分析

根據(jù)施工進度和監(jiān)控量測的頻率進行野外測量，并將野外記錄數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，打印測量成果表，并對沉降變化分析，繪制變化曲線圖。

監(jiān)測成果累積沉降值接近極限值時，則及時分析原因，以便及時采取補救措施。監(jiān)測工作全部結(jié)束后，要編寫沉降監(jiān)測竣工報告，報告內(nèi)容包括變形觀測成果表，監(jiān)測點平面布置圖，變形時態(tài)曲線圖和變形分析報告。

5.1 中關(guān)村站1號風(fēng)道地表沉降曲線(圖7)

圖7 中關(guān)村站1號風(fēng)道地表沉降曲線

中關(guān)村站1號風(fēng)道基坑開挖深度為13.4 m，從地表沉降曲線(圖7)可以看出:在2005年11月6日基坑開挖完成。在2005年10月6日基坑開挖完成3 m，一直到10月10日第一道鋼支撐架設(shè)完成，地表呈下降趨勢，沉降的最大速率為 0.245 mm/d<2 mm/d。從2005年10月10日至10月23日，基坑開挖深度達到7 m，并架設(shè)完成第二道鋼支撐，地表沉降的最大速率為0.194 mm/d<2 mm/d。從2005年10月23日至10月30日基坑開挖的過程中，地表呈回升趨勢，主要是對架設(shè)的鋼支撐施加軸力。從2005年10月30日至12月9日期間，1F7和1F11點變化比較大，從施工現(xiàn)場情況來看，1F7變化較大是當(dāng)時在管線改移時，施工單位沒有按要求進行回填，沉降的最大速率為0.159 mm/d<2 mm/d;1F11變化較大是施工時在其周圍堆放鋼筋。從2005年12月9日結(jié)構(gòu)底板施工完成，沉降呈平穩(wěn)趨勢。由此分析應(yīng)注意:基坑開挖深度與鋼支撐架設(shè)要緊密;基坑開挖完成后盡早施工結(jié)構(gòu)底板;基坑周邊嚴禁堆載;基坑四周的原狀土是否被擾動。

5.2 地表建筑物海龍大廈觀測點沉降曲線(圖8)

從海龍大廈觀測點沉降曲線(圖8)可以看出:在10月30日1號風(fēng)道基坑基本開挖完成，海龍大廈每個觀測點都有較小的變化。1號風(fēng)道在12月22日完成結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑之后觀測點沉降呈穩(wěn)定趨勢，而從10月30日至12月22日期間，觀測點的沉降有較小的波動。

圖8 海龍大廈觀測點沉降曲線

5.3 樁頂位移

從中關(guān)村站1號風(fēng)道樁頂位移曲線(圖9)可以看出:1FW7、1FW45、1FW65、1FW81 和 1FW104 樁頂位移基本為正值，ZW8、1FW22和1FW93樁頂位移基本為負值。分析成因是 1FW7、1FW45、1FW65、1FW81和1FW104樁架設(shè)鋼支撐并施加軸力和樁頂設(shè)冠梁;ZW8、1FW22和1FW93樁沒有架設(shè)鋼支撐而只依靠冠梁支護。根據(jù)圖形分析的結(jié)果，現(xiàn)場加大監(jiān)測頻率，由于樁頂位移的管理值為12 mm，從1號風(fēng)道觀測的情況來看都是安全的。

圖9 中關(guān)村站1號風(fēng)道樁頂位移曲線

5.4 樁體變形測量與數(shù)據(jù)整理

將測斜儀置入測斜管內(nèi)，并使導(dǎo)向輪完全進入導(dǎo)向槽內(nèi)。方向應(yīng)為導(dǎo)向輪的正向與被測位移座標(+X)一致時測值為正，相反為負。之后根據(jù)電纜上標明的記號，每基長(測點間距)單位長度測讀一次測斜管軸線相對鉛垂線的傾角。測斜儀測量時先將測斜儀放入管底，自下而上測量。

測斜儀在測斜管中是每基長(測點間距)單位長度測讀一次。方法:測斜儀運動到位后，停留3 s左右，當(dāng)讀數(shù)儀上的讀數(shù)穩(wěn)定后，按一下儀表面板上的存貯鍵或手持存貯按鈕，實時測量值將被存貯在讀數(shù)儀中。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)及時進行整理，繪制樁體變形曲線見圖10。

圖10 中關(guān)村站1號風(fēng)道樁體變形曲線

圖10描述的是中關(guān)村站1號風(fēng)道基坑開挖完成時圍護樁樁體累計變形曲線。從圖10中可以看出:在樁體深度為4 m時，ZW8號樁累計變形較大，分析原因是在ZW8號樁只有鋼圍檁支撐，兩側(cè)是斜撐，且斜撐沒有施加軸力;在樁體深度為10 m時，1FW93號樁累計變形較大，分析原因是有滲水情況，且地層為粉質(zhì)黏土，而第三道鋼支撐沒有架設(shè)。由于樁體變形的管理值為18 mm，從1號風(fēng)道觀測的情況來看都是安全的。

6 結(jié)語

中關(guān)村站1號風(fēng)道明挖基坑施工，是在北京最繁華的中關(guān)村地區(qū)進行地鐵施工，而且地下管線較多，因此對周邊建筑物和地表的安全要求極高。監(jiān)理部專門成立監(jiān)控量測小組。在監(jiān)理時加大了監(jiān)控的力度和頻率，正因為有了監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的及時性和準確性，從而安全快速地完成了監(jiān)理任務(wù)，保證了四號線順利完工。

［1］北京城建設(shè)計總院有限責(zé)任公司.北京地鐵四號線工程施工圖設(shè)計中關(guān)村站附屬結(jié)構(gòu)［R］.北京:北京城建設(shè)計總院有限責(zé)任公司，2006.

［2］北京市地質(zhì)工程勘察院.北京地鐵四號線工程中關(guān)村站巖土工程勘察報告［R］.北京:北京市地質(zhì)工程勘察院，2003.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ120—99建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［4］鄭曉，劉勝群.深基坑工程變形特性及有限元分析［J］.鐵道建筑，2008(5):89-90.