膨脹巖土地層的地鐵基坑施工監(jiān)測技術(shù)

姚曉明 劉玉勇 汪 濤

(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731)

膨脹巖土地層的地鐵基坑施工監(jiān)測技術(shù)

姚曉明 劉玉勇 汪 濤

(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731)

以成都地鐵2號線東延線龍泉車站基坑施工為例，針對工程的地質(zhì)情況，對工程施工中的截排水措施進(jìn)行了探討，研究了膨脹土地層信息化施工監(jiān)測技術(shù)的目的和監(jiān)測項(xiàng)目，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)作了分析，得出了相關(guān)的結(jié)論。

膨脹巖土，地鐵基坑，信息化施工，監(jiān)測

0 引言

膨脹巖土在我國的分布十分廣泛，它具有特定的結(jié)構(gòu)和特殊的工程性質(zhì)，對工程建設(shè)有特殊危害。膨脹土主要由一定數(shù)量的強(qiáng)親水性礦物(主要有蒙脫石、伊利石和高嶺土)組成，常處于非飽和狀態(tài)下，對大氣環(huán)境和水位因素十分敏感。在天然狀態(tài)下，膨脹土的強(qiáng)度較高，呈堅(jiān)硬狀，當(dāng)遇水時(shí)，則迅速大量吸水，處于軟化狀態(tài)，強(qiáng)度變低，當(dāng)失水后，收縮甚至形成裂縫，具有很強(qiáng)的往復(fù)脹縮性。因此在膨脹巖土進(jìn)行地鐵車站基坑施工必須采取相應(yīng)的施工措施，尤其是加強(qiáng)現(xiàn)場施工中的排水，對開挖后暴露的圍巖，采取早封閉，各道工序緊密銜接，連續(xù)施工的方法，盡量減少基坑內(nèi)水對膨脹巖的影響，同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)測，通過監(jiān)測的結(jié)果綜合反映圍巖動(dòng)態(tài)，對圍巖和支護(hù)情況作出正確評價(jià)，及時(shí)對膨脹巖基坑進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，采取相關(guān)處理措施，進(jìn)行信息化施工，確保基坑的安全。

本文以成都地鐵2號線東延線龍泉車站基坑施工為例，通過對基坑信息化施工和采取施工安全措施，總結(jié)了相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，供相關(guān)類似工程參考。

1 工程概況

1.1 車站概況

龍泉站位于擬建的龍工北路和規(guī)劃十字路口偏北，呈東西走向。為地下兩層10.5 m島式站臺(tái)車站；有效站臺(tái)中心里程DK51+697.000，有效站臺(tái)長120 m，車站結(jié)構(gòu)外緣起訖里程為DK51+628.600～DK52+078.600，全長450.00 m。車站中心里程結(jié)構(gòu)頂板埋深2.605 m，結(jié)構(gòu)底板埋深約15.535 m，車站主體結(jié)構(gòu)總高12.930 m。車站標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度為19.2 m，盾構(gòu)井段外包寬度為24.0 m。

車站采用明挖順作法施工，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁(盾構(gòu)孔范圍采用人工挖孔玻璃纖維筋樁)，基坑內(nèi)設(shè)鋼管支撐，車站主體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外設(shè)置外包防水層。

1.2 地質(zhì)情況

本場地地處川西平原岷江Ⅲ級階地，根據(jù)地勘資料，場地內(nèi)的地表水為排洪溝渠里的水和低洼處積水，排洪溝渠走向與車站走向基本平行，排洪渠位于車站主體結(jié)構(gòu)之南；低洼處積水主要分布在里程DK51+871～DK51+960之間。低洼處積水主要是由于棄土堆填后，雨水無法排走，進(jìn)而形成積水塘，水質(zhì)污濁，底部含少量淤泥。

2 施工中截排水措施

施工中的重難點(diǎn)除了本身工程外，就是對膨脹巖土的處理。根據(jù)本工程進(jìn)度計(jì)劃安排，車站基坑開挖時(shí)段在4月份～9月份，正值雨季。本工程地層均為膨脹性土(巖)，具有遇水軟化、膨脹、崩解，失水開裂、收縮的特點(diǎn)。因此在基坑開挖時(shí)基坑截排水施工是基坑開挖施工的重點(diǎn)。

根據(jù)地勘資料，車站與明挖區(qū)間范圍內(nèi)位于不透水或弱透水的粘土層和粉質(zhì)粘土、粉土層中，主要為弱透水層，中等透水層極薄，基坑采用降水井降水無法達(dá)到降水效果，同時(shí)，根據(jù)總體進(jìn)度計(jì)劃安排，車站基坑時(shí)段主要在4月份～9月份，已進(jìn)入雨季，基坑內(nèi)外作好截排水系統(tǒng)是基坑施工的關(guān)鍵。因此，在基坑開挖過程及完成后，主要采用基坑內(nèi)明排措施，并作好以下施工措施：

1)場地地面硬化封閉，作好基坑外截、排水系統(tǒng)；2)隨基坑開挖，分層進(jìn)行樁間網(wǎng)噴施工，及時(shí)封閉基坑面；3)隨基坑開挖，適時(shí)作好坑內(nèi)的排水系統(tǒng)，并及時(shí)抽排至基坑外，避免坑內(nèi)集水，影響開挖過程基坑安全；4)基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，根據(jù)車站結(jié)構(gòu)坡度要求，作好坑底排水系統(tǒng)，并及早作好基坑底素混凝土墊層施工，避免坑底暴露時(shí)間過長。

3 信息化施工

3.1 監(jiān)測技術(shù)

1)監(jiān)測目的。a.使甲方能完全客觀真實(shí)地了解工程安全狀態(tài)和質(zhì)量程度，掌握工程各主體部分的關(guān)鍵性安全和質(zhì)量指標(biāo)；b.根據(jù)監(jiān)測成果按照預(yù)警體系發(fā)出預(yù)警信息，及時(shí)將潛在的險(xiǎn)情通報(bào)給各參建單位，使其積極采取對策；c.通過監(jiān)測，掌握施工對圍巖及既有建(構(gòu))筑物的影響程度，用以修改設(shè)計(jì)參數(shù)，達(dá)到信息化設(shè)計(jì)目的；d.通過積累數(shù)據(jù)，豐富設(shè)計(jì)人員和專家對類似工程的經(jīng)驗(yàn)，以利專家解決工程中所遇到的難題。

2)監(jiān)測項(xiàng)目及控制值(見表1)。現(xiàn)場配備的儀器設(shè)備精度滿足規(guī)范要求，所有進(jìn)場儀器設(shè)備均具有合格的檢定證書，定期進(jìn)行監(jiān)測儀器設(shè)備的保養(yǎng)、維護(hù)，保證所有的儀器設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目及控制值

3.2 數(shù)據(jù)分析

1)截至2012年10月18日，現(xiàn)場開挖和支護(hù)情況分別如圖1～圖4所示。

2)截至2012年10月18日，與開挖對應(yīng)的樁頂收斂和支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線見圖5，圖6。

3)截至2012年10月18日，基坑施工與監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線對比分析情況如下：

a.龍泉站基坑樁頂水平收斂S5，S6，S7，S11，S12累計(jì)值分別達(dá)77.6 mm，49.5 mm，22.7 mm，29.0 mm，25.6 mm，大部分超過控制值，并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(曲線“抬頭”)；b.對應(yīng)的樁體水平位移CX7最大值也已達(dá)40.28 mm(-1 m深度)；c.對應(yīng)的支撐軸力ZL1-5，ZL1-8軸力分別達(dá)455.76 kN，723.82 kN，均已超預(yù)警值(408.8 kN)或設(shè)計(jì)值(584 kN)；d.S5與ZL1-5，CX7，S11與ZL1-8均在同一個(gè)測試斷面。軸力與位移變化值均較大，能夠相互印證軸力、位移變化值超預(yù)警值、控制值或設(shè)計(jì)值情況;e.由于目前西端S5(ZL1-5)附近開挖達(dá)11 m左右而只架設(shè)了第1層支撐，第2層支撐未跟進(jìn)；S6，S7均在7號預(yù)留通道兩側(cè)(處于基坑結(jié)構(gòu)受力最不利段)，而該段第1層支撐遲遲未架設(shè)；S11(ZL1-8)附近開挖達(dá)11 m左右而只架設(shè)了第1層支撐，第2層支撐未跟進(jìn)；S12測點(diǎn)附近基坑開挖已見底，2層，3層支撐架設(shè)不及時(shí)。

4)超挖及支撐架設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重滯后等原因造成上述該幾項(xiàng)測值超預(yù)警值(和控制值)。根據(jù)目前基坑開挖支護(hù)狀態(tài)分析，該幾點(diǎn)位移、軸力還有繼續(xù)增加趨勢，施工須嚴(yán)格執(zhí)行開挖、支護(hù)設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)禁超挖，防止在基坑開挖過程中，位移、軸力變化進(jìn)一步增加導(dǎo)致基坑失穩(wěn)，并及時(shí)采取相應(yīng)措施，加快工序轉(zhuǎn)換，盡快完善支護(hù)體系，確保施工安全。

3.3 后續(xù)施工

龍泉站基坑土方開挖于2012年11月25日完成，底板結(jié)構(gòu)施工于2012年12月5日完成，中板結(jié)構(gòu)施工于2012年12月16日完成，頂板結(jié)構(gòu)施工于2012年12月25日完成，基坑實(shí)現(xiàn)全部封頂。樁頂水平收斂和支撐軸力時(shí)態(tài)曲線如圖7，圖8所示。

在龍泉站后續(xù)施工過程中經(jīng)過多次的監(jiān)測預(yù)警，施工單位采取了相應(yīng)的增加鋼支撐、及時(shí)截排水和地表加固處理等措施，雖然管樁頂水平收斂、支撐軸力和樁體水平位移累計(jì)值均偏大，但數(shù)據(jù)曲線顯示后續(xù)發(fā)展基本趨于穩(wěn)定，冠梁和周邊地表并未發(fā)現(xiàn)裂縫等情況，目前車站已封頂，未發(fā)生安全事故。

4 結(jié)語

本文以成都地鐵在膨脹巖土地質(zhì)條件下基坑信息化施工為例，通過加強(qiáng)施工技術(shù)措施和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在膨脹巖土地質(zhì)條件下施工車站基坑取得了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1)充分認(rèn)識膨脹巖土的特性，在基坑施工過程中采取相應(yīng)的處理措施，尤其是對水的處理;

2)嚴(yán)格按規(guī)范施工，嚴(yán)禁超挖和鋼支撐滯后，加快工序轉(zhuǎn)化和完善支護(hù)體系;

3)做好信息化施工。從整個(gè)監(jiān)測過程和數(shù)據(jù)來看，數(shù)據(jù)累計(jì)值大小不是關(guān)鍵，數(shù)據(jù)曲線的發(fā)展趨勢(尤其出現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線“抬頭”現(xiàn)象)一定要把控，并根據(jù)數(shù)據(jù)變化曲線采取對應(yīng)的施工措施;

4)施工和監(jiān)測緊密配合，切實(shí)發(fā)揮監(jiān)測指導(dǎo)施工的作用。

總之，膨脹巖土地層下進(jìn)行基坑施工經(jīng)驗(yàn)不多，還需要不斷研究與進(jìn)步，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

[1] 范秋雁.膨脹巖與工程[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2] 魏宇偉.膨脹巖邊坡穩(wěn)定性與處治方案研究[D].成都：西華大學(xué)，2012.

[3] 張慶賀.地鐵與輕軌[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 王建宇.隧道工程的技術(shù)進(jìn)步[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[5] 成都地鐵2號線2標(biāo)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)[Z].成都：中鐵八局，2012.

Expansion of the subway foundation pit construction monitoring technology of rock and soil formation

Yao Xiaoming Liu Yuyong Wang Tao

(SouthwestResearchInstituteofChinaRailwayEngineeringCompanyLimited,Chengdu611731,China)

Taking east widening line Longquan station foundation construction of Chengdu subway No.2 railway line as an example, in light of the engineering geology conditions, the paper explores the section drainage measures in the project construction, studies expansive soil stratum information construction monitoring technology targets and monitoring projects, and analyzes monitoring data, and finally draws relevant conclusions.

expansive rock soil, subway foundation pit, information construction, monitoring

1009-6825(2015)02-0077-03

2014-11-08

姚曉明(1984- )，男，助理工程師； 劉玉勇(1980- )，男，高級工程師； 汪 濤(1976- )，男，工程師

TU463

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