某地鐵站深基坑信息化施工監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)研究

羅積勝

近年來，我國(guó)地下工程發(fā)展迅速，導(dǎo)致基坑向深、大方向發(fā)展成為必然趨勢(shì)，基坑平面尺寸和開挖深度的增大帶來一系列復(fù)雜的問題，信息化施工日益受到工程界的重視，要實(shí)現(xiàn)信息化施工，首要的任務(wù)就是做好監(jiān)測(cè)工作，它可為信息化施工提供重要依據(jù)。可見，開展復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究對(duì)指導(dǎo)施工意義重大，合理的監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一環(huán)。本文以某地鐵車站深基坑為工程背景進(jìn)行監(jiān)測(cè)體系的設(shè)計(jì)研究[1]。

1 工程概況

本基坑西側(cè)為即將建成的高層建筑小區(qū)，東側(cè)為一條 5m寬的小河及路邊綠化帶，河對(duì)岸為多層住宅小區(qū)，南北側(cè)為交通要道，周圍管線密布。車站為地下 2層島式車站，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用 φ1 000鉆孔咬合樁，相鄰兩樁咬合量為 250mm。車站總長(zhǎng)174.65m，寬18.7m，埋深為2.85m。車站包括2個(gè)風(fēng)道及3個(gè)出入口，采用明挖順作法施工，為單柱雙跨結(jié)構(gòu)，出入口采用φ850SMW工法圍護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)段基坑內(nèi)豎向設(shè)置四道φ609mm鋼管橫撐，縱向間距3.5m左右，車站端頭井豎向設(shè)置五道φ609 mm鋼管斜撐。本工程所在場(chǎng)地主要為錢塘江河口相沖海積地貌，地表以下分布有比較厚的河口相粉土、砂土層，根據(jù)土性特征，表層約 10m系近代沉積層，將對(duì)基坑的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2 信息化施工監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)

為了保證工程的順利進(jìn)行以及周邊建筑、地下管線安全，在基坑開挖施工期間對(duì)基坑及周邊管線和建筑物的變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[2]，預(yù)警并防范過大位移、變形與工程事故的發(fā)生，通過對(duì)測(cè)量得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將信息反饋到施工中，與工程安全標(biāo)準(zhǔn)及允許變形對(duì)比得出分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)整個(gè)基坑工程的信息化施工。

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)本地鐵車站的設(shè)計(jì)要求和基坑以及周邊的實(shí)際情況，進(jìn)行了以下9項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目(見表1)。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.2 監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)車站設(shè)計(jì)方案，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值如表 2所示。

2.3 監(jiān)測(cè)方法

2.3.1 樁頂水平和垂直位移

樁頂水平位移測(cè)量采用全站儀，按小角度法進(jìn)行觀測(cè)。在平行于基坑圍護(hù)樁延長(zhǎng)線上的平面控制點(diǎn)設(shè)工作站，取遠(yuǎn)方 100m外位置穩(wěn)定、成像清晰的永久性目標(biāo)作固定后視方向分別測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)后視的夾角，每次四測(cè)回取平均值A(chǔ)。光電測(cè)距量出測(cè)站至監(jiān)測(cè)點(diǎn)邊長(zhǎng)S。同一測(cè)點(diǎn)相鄰兩次測(cè)角差ΔAi=Ai-Ai-1，從而計(jì)算出該測(cè)點(diǎn)本次位移量，第一次位移量累加至當(dāng)次本次位移量即為該測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量。計(jì)算公式如下:

其中，ΔSi為本次位移量;ΔAi為本次角度變化量;S為測(cè)站間的邊長(zhǎng);β為常數(shù)，β=206 265;ΔS為本次角度變化量及位移量。

樁頂垂直位移采用精密水準(zhǔn)儀，按國(guó)家二等水準(zhǔn)要求觀測(cè)。以附合或閉合路線在水準(zhǔn)路線上聯(lián)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以水準(zhǔn)控制點(diǎn)為基準(zhǔn)，測(cè)算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。同一測(cè)點(diǎn)相鄰兩次標(biāo)高差即為本次該測(cè)點(diǎn)沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量。計(jì)算公式如下:

其中，Δhi為本次沉降量;hi為本次標(biāo)高;hi-1為上次標(biāo)高;Δh為本次累計(jì)沉降量。

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置及報(bào)警值

2.3.2 樁體側(cè)向變形

樁體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)是掌握深基坑不同深度圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的重要手段，采用CX-E測(cè)斜儀進(jìn)行樁體的側(cè)向變形監(jiān)測(cè)。測(cè)斜管在施作圍護(hù)樁的時(shí)候一起埋入，在后續(xù)施工中應(yīng)該嚴(yán)格注意做好測(cè)斜管的保護(hù)。本車站共布置 20根測(cè)斜導(dǎo)管。在樁芯處預(yù)埋測(cè)斜導(dǎo)管，深度要求達(dá)到底板頂面，預(yù)留至樁冠梁頂面，澆筑混凝土?xí)r，須注意對(duì)測(cè)斜管的保護(hù)，保證測(cè)斜管鉛垂向下。

2.3.3 坑內(nèi)鋼支撐軸力

鋼支撐的一端安裝鋼弦式軸力計(jì)監(jiān)測(cè)支撐軸力，在監(jiān)測(cè)斷面處每道支撐各安裝一個(gè)，軸力計(jì)安裝在鋼支撐管與圍護(hù)墻間。軸力計(jì)的量程需要滿足設(shè)計(jì)軸力的要求。在需要埋設(shè)軸力計(jì)的鋼支撐架設(shè)前，將軸力計(jì)焊接在支撐的非加力端的中心，在軸力計(jì)與鋼圍楝、鋼支撐之間要墊設(shè)鋼板，以免軸力過大使圍楝變形，導(dǎo)致支撐失去作用。支撐加力后，即可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從設(shè)置鋼支撐到拆除，每天觀測(cè)一次。

2.3.4 坑外水位

基坑外的地下水位監(jiān)測(cè)，設(shè)置 6個(gè)測(cè)面，每個(gè)測(cè)面 2個(gè)測(cè)孔，共 6×2=12個(gè)測(cè)孔。每個(gè)測(cè)面上的2個(gè)測(cè)孔布置:一個(gè)測(cè)孔距圍護(hù)結(jié)構(gòu)大致1.5m，而另一個(gè)測(cè)孔距圍護(hù)結(jié)構(gòu)為11.5m。

2.4 監(jiān)測(cè)信息反饋程序

完整的信息反饋系統(tǒng)對(duì)于保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理有效利用，為施工方案的調(diào)整提供可靠依據(jù)具有重要意義[3，4]。首先，采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，要保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠;其次，對(duì)取得的數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法和各種表格及曲線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析;最后，將整理后的數(shù)據(jù)匯總成周報(bào)表和月報(bào)表，定時(shí)交付施工單位、監(jiān)理和業(yè)主。另外監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的例外情況要特別對(duì)待處理，及時(shí)向施工單位匯報(bào)，并提出建議。

2.5 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測(cè)

取得各種監(jiān)測(cè)資料后，需及時(shí)進(jìn)行處理，排除儀器、讀數(shù)等操作過程中的失誤，剔除和識(shí)別各種粗大、偶然和系統(tǒng)誤差，避免漏測(cè)和錯(cuò)測(cè)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和完整性，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)資料的整理和初步定性分析工作。

采用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析:尋找一種能夠較好反映監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律和趨勢(shì)的函數(shù)關(guān)系式，對(duì)下一階段的監(jiān)測(cè)物理量進(jìn)行預(yù)測(cè)，防患于未然。如預(yù)測(cè)最終位移值，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)物的安全性，并據(jù)此確定工程技術(shù)措施等。因此，對(duì)每一測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果要根據(jù)管理基準(zhǔn)和位移變化速率等綜合判斷結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報(bào)表，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù)，達(dá)到安全、快速、高效施工目的。

3 結(jié)語(yǔ)

采用信息化施工方法，及時(shí)掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)變位和周圍環(huán)境的變化，并通過信息反饋指導(dǎo)施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)通報(bào)施工中出現(xiàn)的問題，以便采取相應(yīng)的措施，能夠減少施工的盲目性，降低施工中可能發(fā)生的經(jīng)濟(jì)損失，確保基坑及周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定。

該工程已經(jīng)在土質(zhì)差、地下水位高、開挖深度深、周圍環(huán)境保護(hù)要求高等諸多不利因素影響下得以順利完成，表明該圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)體系是合理有效的，基坑支護(hù)施工質(zhì)量效果是良好的，滿足了設(shè)計(jì)和環(huán)境的要求，對(duì)類似工程有一定的借鑒意義。

[1] 孫 凱，許振剛，劉庭金.深基坑的施工監(jiān)測(cè)及其數(shù)值模擬分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004(8):34-36.

[2] JGJ/T 8-89，建筑變形測(cè)量規(guī)范[S].

[3] 夏才初，李永盛.地下工程測(cè)試?yán)碚撆c測(cè)試技術(shù)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1999.

[4] 劉招偉，趙運(yùn)臣.城市地下工程施工監(jiān)測(cè)與信息反饋技術(shù)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社，2006.