廣州地鐵某暗挖隧道段基坑監測變形分析

陳 亮

1 工程概況及地質條件

廣州市地鐵某暗挖段區間隧道結構復雜，跨度大，圍巖級別主要為Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ，Ⅴ類，場地類別為Ⅱ類。在施工過程中將不可避免地會對相鄰建筑物和周圍地面環境造成影響。根據有關規范標準[1-3]，綜合分析本基坑支護工程的破壞后果、基坑和周邊環境，為保證結構安全與圍巖的穩定，確保地面建筑物及地下管線的正常使用和地面交通順暢，建立了專門組織機構在施工的全過程進行全面、系統的監測工作，并將其作為一道重要工序納入了施工組織設計中。

2 基坑監測

由于地下工程地質條件多變，地表以下分布大量的市政、電力和通信管線或管溝;如果管線處地層發生過量沉降，將會引起管線的破壞。只有掌握了第一手資料，才能為設計、施工安全提供依據。因此，及時掌握開挖支護期間結構的穩定性以及掌握施工期間對周圍環境的影響非常重要，必須進行全面的監控量測。

2.1 監測目的

1)掌握圍巖動態和支護結構的工作狀態，利用量測結果修改設計，指導施工;

2)預見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然;

3)積累資料，為以后的新奧法設計提供類比依據;

4)為確定隧道安全提供可靠的信息;

5)量測數據，經分析處理與必要的計算和判斷后，進行預測和反饋，保證施工安全和隧道穩定。

2.2 主要監控量測項目

依據有關規范[4，5]并結合基坑特點確定監測內容如下:

1)地表下沉及地表建筑物下沉及傾斜;

2)暗挖隧道拱頂下沉;

3)暗挖隧道凈空水平收斂;

4)鋼拱架鋼筋應力;

5)爆破震動效應。

2.3 監測控制標準

控制標準:對于地表及建筑物沉降為30 mm;對于鋼筋混凝土及磚木結構建筑物傾斜為3.0%;橫支撐軸力控制為4560 kN;拱頂下沉為45 mm;凈空收斂為30 mm;爆破垂直震動速度，鋼筋混凝土結構控制標準為2.5 cm/s，磚石結構及地下管線1.5 cm/s，磚砌平房 0.8 cm/s～1.0 cm/s。

2.4 監測實施方法

1)地表下沉。

地下工程開挖后，地層中的應力擾動區延伸至地表，地表沉降可以反映隧道開挖過程中圍巖變形的全過程，尤其是對于城市淺埋地下工程，若在其地表有建筑物時就必須對地表沉降情況進行嚴格的監測和控制。基點埋設在沉降影響范圍以外的穩定區域內，如圖1所示。

沉降點的布設每10 m為一個斷面;沉降值計算以地表監測基點為標準水準點，該測點的沉降值:

其中，ΔH為測點與水準點的高程差;Δht為各監測點的標準高程。

2)地表建筑物下沉及傾斜。

在地下工程的修建中，地中荷載的改變可引起地面不均勻下沉，將造成地面建筑物的傾斜。監測時，建筑物墻體每10 m設一個測點，沉降值的計算與地表的沉降計算相同。

傾斜計算如圖2所示。

其中，SH2為水平位移;θ為水平位移產生的傾斜角。

3)地下構筑物監測。

在地下工程的修建中，地中荷載的改變可引起地下構筑物不均勻下沉。基點的埋設同地表下沉，并按地表建筑物沉降及傾斜計算方法計算。

圖1 基點埋設示意圖

圖2 建筑物傾斜值計算圖

4)拱頂下沉。

拱頂下沉量測值是反映隧道安全和穩定的重要數據，是圍巖和支護系統力學形態變化的最直接、最明顯的反映，易于實現量測信息的反饋。拱頂測點預埋件的埋設主要為基點與測點的埋設，拱頂下沉量測和周邊收斂量測設同一斷面，每10 m為一個斷面，與水平收斂測點設在同一斷面上。

沉降值:

其中，Ui為第i次高差;Ui－1為第i－1次測得與基點的高差;ΔU為第i次測得的沉降值。

5)隧道凈空收斂。

隧道開挖后，周邊點的位移是圍巖和支護力學形態變化的最直接、最明顯的反映，凈空的變化(收縮和擴張)是圍巖變形最明顯的體現。點的布設每斷面設兩條水平測線，每10 m為一個斷面，與拱頂下沉測點和水平收斂測點設在同一斷面上，收斂預埋件形狀如圖3所示。

收斂值:

其中，Un為第n次量測的凈空變形值;Rn為第n次量測時的觀測值;Rn－1為第n－1次量測時的觀測值。

圖3 收斂計預埋件示意圖

6)地下管線沉降控制基準。

在地下工程的修建中，地中荷載的改變可引起地面不均勻下沉。不均勻下沉將造成地下管線的沉降;現場存在電力隧道、給水管、雨(污)水管、煤氣管、電信電纜等。監測工作管線點采用模擬點并以管線閥門井、窖井等的井口地面結構直接點進行觀測，監測點的布設和地表沉降測點同時布設，并且在同一個斷面上，有特殊的管線，另行布設監測點。

7)鋼拱架鋼筋應力。

為了解施工過程中鋼拱架的結構內力情況，每環鋼架布設20個～28個測點，分別沿鋼架的外邊緣各內邊緣成對布設。每次所測得的頻率根據鋼筋軸力計的頻率，即軸力標定曲線來直接換算出相應的軸力位。

8)爆破震動測試。

通過爆破震動監測，可修改爆破設計，控制超、欠挖，同時了解鉆爆法施工對地表建筑物的振動影響情況。地面振動測點的埋設與地表沉降測點類似，盡量沿隧道軸線布置;建筑物振動測點的埋設與其沉降測點類似，埋于墻角處。最后通過CRAS系統軟件包進行存儲、分析，輸出地震動波形，計算出爆破震動速度。

3 數據處理與分析

1)對地表下沉，首先繪制時間位移曲線散點圖和距離位移曲線散點圖。如圖4所示，正常曲線表示位移的變化隨時間和距掌子面距離向前推進而漸趨穩定，說明圍巖處于穩定狀態，支護系統是有效、可靠的;反常曲線中出現了反彎點，說明位移出現反常的急驟增長現象，表明圍巖和支護已呈不穩定狀態，應立即采取相應的工程措施。

2)地表建筑物下沉、傾斜及地下構筑物如果超限，則應對結構進行加固處理，選擇改良受影響設施周圍的土層，同時采取措施盡可能控制隧道開挖引起的地表下沉值。

3)如果拱頂下沉超限，隧道凈空收斂值過大時，可改良拱頂巖體或土體的穩定性，改善開挖方法或改變鑿巖爆破參數及一次鑿巖爆破的規模，以減小開挖或爆破對拱頂圍巖的擾動，加強支護。

4)鋼拱架鋼筋應力需根據軸力值繪制鋼筋應力隨時間的變化曲線，以及鋼筋應力隨開挖距離的變化曲線圖。形成鋼拱架鋼筋應力分布狀態圖。

圖4 時間位移曲線圖和距離位移曲線圖

4 結語

基坑監測過程中及時發出預報采取措施控制險情，突出了基坑工程信息化施工的必要性與重要性。在基坑施工過程中，需要根據現場的實際工程地質條件及選擇的支護形式、建筑物的安全等級，對支護結構的變形進行監測和嚴格控制。在施工中通過加強監測及時反饋信息，在準確分析的基礎上，修改調整施工方案，提出對策，使施工始終處于安全可控狀態。

[1]DBJ FF15-20-97，建筑基坑支護工程技術規程[S].

[2]GJB 02-98，廣州地區建筑基坑支護技術規程[S].

[3]JGJ 120-99，建筑基坑支護工程技術規程[S].

[4]JGJ 8-97，建筑變形測量規程[S].

[5]GB 50026-93，工程測量規范[S].

[6]李玉磊.寶天曼隧道施工監控量測分析研究[J].山西建筑，2010，36(21):313-314.