天津站改擴建工程地下進站大廳深基坑監(jiān)測分析

□文/劉永超 張 剛

□張 剛/北京鐵路局建設(shè)處。

天津站改擴建工程地下進站大廳深基坑監(jiān)測分析

□文/劉永超 張 剛

文章結(jié)合天津站改擴建工程地下進站大廳及東西旅客地道深基坑工程實例，對深基坑開挖過程中的圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移、圍護結(jié)構(gòu)傾斜變形、圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及影響區(qū)域的相關(guān)沉降進行測試，通過對開挖過程及開挖一定階段內(nèi)相關(guān)測試資料的分析，研究了深基坑的變形性狀。

深基坑；位移；內(nèi)力；施工監(jiān)測

工程概況

天津站改擴建工程進站大廳基坑長187m，寬55.6 m，基坑開挖面積約為10472m2，周邊長度485.2m，開挖深度為12m。基坑北側(cè)為天津站地下?lián)Q乘樞紐新建主站房，東西兩側(cè)分別為東西旅客地道，旅客地道基坑長247m，寬20m，開挖深度為13.19m，南側(cè)緊鄰金山鐵路的2條臨時正線和天津站既有主站房。施工場地狹窄且緊臨鐵路運營線，基坑支護難度和安全隱患較多，該地下工程為天津站樞紐改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系東北大通道的運輸安全。基坑支護深度范圍內(nèi)的工程地質(zhì)情況及場地土相關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 場地土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

基坑支護方案

根據(jù)基坑周邊的不同安全要求，將南側(cè)臨時正線一側(cè)列為一級基坑，其他三側(cè)列為二級基坑。基坑支護采用鉆孔灌注樁樁排連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，開挖深度為12m的區(qū)段支護樁長為20.79m，根據(jù)基坑深度樁長相應(yīng)調(diào)整，基坑南側(cè)因鐵路臨時正線有動荷載，采用鉆孔灌注樁直徑為1200mm，樁間距為1400mm，其他各側(cè)鉆孔灌注樁直徑為1000mm，樁間距為1200mm，灌注樁外側(cè)采用直徑為550mm的雙排攪拌樁作為止水帷幕，止水帷幕樁長為21.0m，基坑支護剖面見圖1。

圖1 基坑支護剖面

基坑監(jiān)測方案

監(jiān)測內(nèi)容

位移和沉降監(jiān)測以及相關(guān)測試的布置見圖2。

圖2 基坑監(jiān)測點布置

（1）鄰近建筑物沉降和傾斜監(jiān)測。主要測試南側(cè)既有主站房的變形，設(shè)置18個沉降觀測點，編號為NJ1～18。

（2）圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移和沉降監(jiān)測。圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移是深基坑監(jiān)測工作中最重要的一個監(jiān)測內(nèi)容，地下進站大廳設(shè)置20個監(jiān)測點，編號為JS1～20，西旅客地道設(shè)置17個監(jiān)測點，編號為X-JS1～17，東旅客地道設(shè)置17個監(jiān)測點，編號為D-JS1～17。

（3）圍護結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測。采用高精度測斜儀進行監(jiān)測，在關(guān)鍵地方鉆孔布設(shè)測斜管。地下進站大廳有2個監(jiān)測點，編號為CX1和CX2，西旅客地道設(shè)置3個監(jiān)測點，編號為X-CX1～3，東旅客地道設(shè)置8個監(jiān)測點，編號為D-CX1～8。

監(jiān)測項目報警值

在基坑開挖施工監(jiān)測中，根據(jù)對施工和周邊環(huán)境可能造成安全性威脅程度，需設(shè)置報警值，本工程報警值為垂直沉降量≥20mm，沉降變形速率連續(xù)3d＞2.0 mm/d；水平位移量≥30mm，水平位移變形速率連續(xù)3 d＞2.0mm/d。

基坑全過程監(jiān)測及結(jié)果分析

臨時正線的水平測試

在基坑開挖過程中，臨時正線的安全和正常使用是該基坑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對臨時正線進行了水平位移的精密測試，水平位移觀測結(jié)果見圖3。

圖3 臨時正線水平位移測試結(jié)果

鐵路臨時正線在基坑開挖期間水平位移最大值為18.0mm，測試點位為R9，出現(xiàn)的時間當(dāng)日工況為基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高，開始基礎(chǔ)施工，當(dāng)天位移方向指向基坑內(nèi)側(cè)即北側(cè)。當(dāng)天的水平位移測試結(jié)果見表2，綜合分析表明臨時正線的水平位移的不均勻性較小，未影響線路的正常運行。

表2 臨時正線水平位移測試結(jié)果 m

臨時正線的沉降測試

臨時正線的豎向沉降觀測結(jié)果見圖4。

圖4 臨時正線沉降監(jiān)測結(jié)果

在基坑開挖過程中臨時正線略有沉降，沉降量較小，最大的沉降量測試點位為R18，最大沉降量16.8 mm，出現(xiàn)最大變形的當(dāng)天水平位移對比見表3。

當(dāng)時的施工工況為基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高，開始基礎(chǔ)施工，沉降變化比較平緩且不均勻沉降較小，保證了運營列車的正常運營。

從圖3和圖4可以看出，臨近基坑的臨時正線測試點的變形極值出現(xiàn)在離基坑周邊較遠(yuǎn)的R9號和R18號點，其中R9號點水平位移最大，R18號點沉降變形最大，兩個測試點的位置離基坑邊線均較遠(yuǎn)，造成這個結(jié)果的原因為該處位置是該項目的建筑材料和土方開挖等物流運輸主通道，證明大噸位高密度的汽車運輸對線路的影響大于基坑開挖的影響，臨時正線未出現(xiàn)因臨近基坑開挖而影響運營的變形，表明該基坑的變形控制滿足鐵路臨時正線的正常運營運輸要求。

地表沉降

地表沉降測試見圖5。

圖5 地表沉降測試

圖5顯示的結(jié)果表明地表的沉降與相臨既有臨時正線的觀測結(jié)果基本接近，3個地表沉降觀測點D1、D2和D3的沉降平均值為6.7mm，而臨時正線的相鄰沉降測試點R2、R3和R4的沉降平均值為7.8mm，二者差別較小，表明臨時正線因運輸動載的影響沉降比地表沉降略大，但是該沉降未對鐵路的正常運營造成影響。

基坑支護樁測斜管測試結(jié)果

采用滑移式測斜儀對基坑支護樁的深部進行傾斜度測試設(shè)置在圍護結(jié)構(gòu)中的測斜點測斜管埋置深度一般為2倍基坑開挖深度，圖6為東側(cè)測斜管cx-2測試點的實測結(jié)果。

圖6 測斜管cx-2深度-位移曲線

圖6表明支護樁的水平位移變化隨著深度的變化而不同，位移最大點的深度在地表下5～6m之間，最大位移為6.1mm。

既有站房沉降測試

施工基坑的既有站房的沉降監(jiān)測點設(shè)于既有主站房外墻側(cè)，監(jiān)測點數(shù)量為18個，測試結(jié)果見圖7。

圖7 既有站房沉降測試

圖7表明既有南站房在基坑施工過程中沉降量較小，最大的沉降量為8號測試點，沉降值為6.45mm，在測試期間，既有站房的沉降均未超過警戒值且不均勻沉降未超過規(guī)范規(guī)定的差異沉降量。

基坑支護樁樁頂垂直位移

圖8為地下進站廳基坑支護樁樁頂沉降量與時間關(guān)系。

圖8 基坑支護樁樁頂沉降量與時間關(guān)系

圖8表明，開挖初期沉降速率大，總沉降量隨著時間的推移逐漸增大，到后期變化基本趨于穩(wěn)定。

基坑支護樁樁頂水平位移

圖9為地下進站廳支護樁樁頂水平位移量與時間關(guān)系。

圖9 支護樁樁頂水平位移量與時間關(guān)系

圖9表明，在施工初始階段，靠近既有站房附近的觀測孔，如JS20坑外水平位移小；而靠近新建主站房的觀測孔，如JS11、JS14反映出其坑外水平位移大。隨著施工的進行逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚩觾?nèi)位移，在施工剛開始，新建主站房同時施工，受土體撓動影響地基土結(jié)構(gòu)性遭到一定破壞，強度降低形成坑外位移。

結(jié)語

通過對天津站改擴建工程地下進站大廳深基坑監(jiān)測分析，工程南側(cè)緊鄰臨時正線的最大沉降量為16.8 mm，臨時正線的最大水平位移為18.0mm，基坑支護結(jié)構(gòu)有效保證了臨時正線的正常運營；證明采用的支護方法是安全可行的。

TU473.2

C

1008-3197（2010）04-70-04

2010-05-05

劉永超/男，1970出生，高級工程師，天津建城基礎(chǔ)公司總工程師，天津大學(xué)土木系在讀博士，從事巖土工程設(shè)計與施工技術(shù)研究與管理工作。

□張 剛/北京鐵路局建設(shè)處。