復雜地質條件下地鐵深基坑動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

白茂業(yè)

(中鐵上海工程局華海工程有限公司，上海200436)

隨著近年來城市軌道的飛速發(fā)展，目前在建的軌道工程很多，尤其是在長三角的發(fā)達城市更是處于建設的高潮期。然而長三角地區(qū)臨近海岸，地質環(huán)境較為復雜，一般以淤泥粘土和粉砂夾粉質黏土為主，而且常常會有承壓水的出現(xiàn)。對于這種復雜地質條件下的基坑開挖，具有技術難度高、工程周期長、隱蔽性、造價高、外界環(huán)境影響大等特點，無論對于設計還是施工都是一個艱難的挑戰(zhàn)，所以采取設計、施工、監(jiān)測的動態(tài)反饋是一個很好的解決方式。目前，對于深基坑變形的現(xiàn)場監(jiān)測已經成為確保地鐵深基坑施工工程安全可靠的必要和有效手段［1－4］。本文以寧波軌道交通2號線8標的區(qū)間深基坑工程為例，對深基坑圍護結構的內力及變形規(guī)律進行了現(xiàn)場監(jiān)測研究。

1 工程概況

寧波軌道交通2號線為西南—東北方向的基本骨干線，線路全長28.350 km。全線共設置車站22座，其中地下車站18座，高架車站4座。其中2號線8標汽車市場～甬江北站區(qū)間是寧波市軌道交通2號線一期工程的一個地下兩層明挖區(qū)間，區(qū)間地下二層設有雙列位停車線，地下一層為物業(yè)開發(fā)層。區(qū)間采用明挖順作法施工，圍護結構型式為0.8 m厚地下連續(xù)墻。區(qū)間總長337.132 m，寬17.8～19.3 m，明挖基坑開挖深度16.2～17.2 m，區(qū)間布置如圖1所示。區(qū)間基坑開挖范圍內地質為:①1填土、①2黏土、①3淤泥質黏土、②1黏土、②2b層淤泥質黏土、②3層淤泥質粉質黏土、②4層淤泥質黏土、③1層粉土，粉砂夾粉質黏土、③2層粉質黏土、④2層黏土、⑤1層黏土、⑤2層粉質黏土、⑤3層粉土、⑥2層粉質黏土、⑥2a層粉土、⑦1層粉質黏土和⑧1層粉砂、粉土等。地下水主要為第四系松散淺層孔隙潛水類型和深部松散巖類孔隙承壓水。區(qū)間典型地質如圖2所示。

2 基坑圍護方案

圖1 地鐵區(qū)間布置

圖2 區(qū)間地質斷面

車站圍護結構采用800 mm厚地下連續(xù)墻，標準段基坑深約16.2 m，底板大部分位于③1粉土，粉砂夾粉質黏土層，局部位于③1b粉質黏土層，墻趾位于⑤1層黏土中，入土比為0.86，基坑沿豎向共設置五道支撐，其中第一道為800 mm×1 000 mm鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼支撐，其中第二、第三道鋼支撐直徑為609 mm(t=16 mm)，第四、五道鋼支撐直徑為800 mm(t=16 mm)。端頭井基坑深約17.8 m，底板位于③1粉土，粉砂夾粉質黏土層，局部位于③1b粉質黏土層，墻趾位于⑤1層黏土中，入土比為0.87，基坑沿豎向共設置六道支撐，其中第一道為800 mm×1 000 mm鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼支撐，其中第二～五道鋼支撐直徑為609 mm(t=16 mm)(第五道雙拼)，第六道鋼支撐直徑為800 mm(t=16 mm)鋼支撐。

3 基坑監(jiān)測布置方案

基坑監(jiān)測的目的是為了及時掌握開挖過程中圍護結構的位移變形情況，以及鋼支撐的軸力變化情況，以便與設計相比較，通過這種信息反饋，科學合理的安排施工工序。寧波2號線8標地鐵區(qū)間基坑開挖過程中監(jiān)測內容有:基坑外地表沉降、基坑外水位觀測、建筑物沉降、鋼支撐軸力和地下連續(xù)墻墻頂變形。主要監(jiān)測器材有:全站儀、水準儀、測斜儀、鋼卷尺、反力計和應變儀。監(jiān)測點平面布置圖如圖3所示。

圖3 區(qū)間部分監(jiān)測點平面布置

3.1 基坑外地表沉降監(jiān)測

由于基坑的開挖，使得基坑外側土體由于應力場的改變而產生沉降，影響顯著區(qū)域一般在3倍基坑開挖深度范圍內。在垂直于基坑地下連續(xù)墻邊線外共布設剖面沉降監(jiān)測點，每一個開挖段布設一組測量斷面。每一測量斷面在垂直基坑方向2倍挖深范圍內布設5個沉降測點。每隔50 m左右布設一個斷面，與墻體測斜孔相對應，每斷面點與點之間的間距為5 m間隔，由5點組成一個斷面。

3.2 基坑外水位觀測

地下水位觀測孔沿基坑周邊布設，每40～50 m間布設一孔，保證每側至少布設1孔。深度為基坑開挖深度以下1 m。

3.3 建筑物監(jiān)測點

基坑工程施工會引起周圍建筑物產生沉降，較大的沉降或不均勻沉降都會危及周圍建筑物的安全，為全面了解施工引起的對周圍建筑物的影響情況，并能根據(jù)監(jiān)測信息實時的調整施工參數(shù)，以確保周圍建(構)筑物的安全，在施工期間內對建筑物的沉降進行觀測。

3.4 地下連續(xù)墻墻頂變形

監(jiān)測地下連續(xù)墻頂部變形監(jiān)測點對應地下連續(xù)墻垂直、水平位移監(jiān)測孔布置。

3.5 支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力監(jiān)測是在基坑開挖及主體結構施工過程中，對支撐軸力的大小和變化情況進行觀測，結合圍護結構的位移情況對支撐結構的安全和穩(wěn)定性做出評價。支撐軸力每24 m至少確保有一組墻體變形的監(jiān)測點，每兩個開挖段有一組支撐軸力監(jiān)測點。在混凝土支撐上各布設鋼筋應力計斷面，每個斷面在支撐四邊中心的主筋上對稱安裝4個鋼筋應變計，在鋼支撐上安裝反力計。

4 監(jiān)測成果及分析

監(jiān)測的成果如圖4～8所示。

從圖4、圖5可以看出，基坑周圍各個測點的地表累積沉降位移值以及地下連續(xù)墻墻頂累積沉降位移值均隨著時間的推移逐漸增大，各個測點的累積沉降曲線基本相同，變形速率較為均勻。地表沉降位移平均速率與地下連續(xù)墻墻頂沉降位移平均速率均在一個數(shù)量級內，兩種沉降位移值均隨著基坑的開挖深度增大而增大。在相同時間內，距離基坑近的地表沉降大于距離基坑遠的地表沉降。所以在施工過程中應時刻注意基坑附近的地表變形情況，同時較少堆載及重載機械的逗留、行駛，盡量保證一個安全距離。兩種曲線均出現(xiàn)沉降反彈現(xiàn)象，這與基坑的開挖息息相關。當基坑開挖進行時，沉降速率增大，當支撐架設完畢后一段時間內沉降則逐漸反彈，所以應該根據(jù)沉降的變形曲線合理安排開挖的時間及開挖斷面。

從圖6可以看出，建筑累積的沉降變化波動在5 mm之間，各測點呈現(xiàn)波動的變化，變形的交替變化與水位及基坑開挖具有相關性。當水位回升及基坑停止開挖及時支持后，沉降出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。但是建筑的累積沉降總體是有沉降的趨勢，不過沉降較小，在控制范圍之內，反映基坑開挖的工序較為合理。

圖4 地表累積沉降時間曲線(“+”為上升，“－”為下降)

圖5 地下連續(xù)墻墻頂累積沉降時間曲線(“+”為上升，“－”為下降)

圖6 建筑累積沉降時間曲線(“+”為上升，“－”為下降)

圖7 水位變化值(“+”為上升，“－”為下降)

圖8 鋼支撐軸力增量時間曲線(“+”為壓力，“－”為拉力)

從圖7可以看出，基坑外水位變化在2 m內，同時從圖6的建筑沉降回彈現(xiàn)象也可以得知，基坑外地下水位變化較小。其中在3月2號至7號一直出現(xiàn)大暴雨，導致水位出現(xiàn)上漲。

從圖8可以看出，所有鋼支撐均受壓，未出現(xiàn)拉力。基坑開挖采取分層、分段、放坡的開挖方式，從2月份到3月底，基坑一直在第一、第二層開挖，基坑的深度相對有限，未出現(xiàn)拉力、松脫現(xiàn)象。此時，鋼支撐軸力的增量隨著開挖深度的增大及時間的延續(xù)逐漸增大。

5 結論與建議

地鐵基坑工程的監(jiān)測對基坑工程的設計與施工非常重要，也是實現(xiàn)信息化施工所必須具備的。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結果能夠很好地把握基坑支護結構的變形規(guī)律以及受力特點，為安全生產提供更有效的保證。

(1)地表沉降、墻體位移的持續(xù)發(fā)展，說明基坑暴露時間不宜過長，否則對穩(wěn)定不利。

(2)基坑的開挖要考慮“時空效應”的影響，應做到隨挖隨撐，盡量避免超挖及盡量減少無支撐的暴露時間。

(3)基坑開挖時應注意天氣的變化，當出現(xiàn)特大暴雨時，應勤測水位及加強監(jiān)測密度，同時應注意土體坡度，避免對降水井造成破壞。施工過程中注意對監(jiān)測點的保護，陰雨天應加強現(xiàn)場巡視，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理，確保基坑及周邊環(huán)境的安全。

(4)基坑的開挖、水位、建筑沉降、地表沉降和鋼支撐軸力這五者之間具有相關性，隨著基坑開挖深度的增大，應加強這一相關性之間內部規(guī)律的分析。

［1］陳忠漢，黃書秩，程麗萍.深基坑工程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003

［2］夏才初，李永盛.地下工程測試理論與監(jiān)測技術［M］.上海:同濟大學出版社，1999

［3］JGJ 120—99建筑基坑支護工程技術規(guī)程［S］

［4］JGJ/8—97建筑變形測量規(guī)程［S］