唐山火車站西廣場綜合體項目施工監測成果分析與探討

郭新德

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

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唐山火車站西廣場綜合體項目施工監測成果分析與探討

郭新德

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

摘要介紹唐山火車站西廣場綜合體項目施工監測的主要內容并對監測成果進行分析，結合樁頂位移監測數據、樁體深層水平位移數據的對比情況，重申了同斷面布點的重要意義。結合實際經驗，提出了提高三角高程豎向位移監測精度的有效控制措施。

關鍵詞綜合體項目施工監測成果分析

火車站向來都是城市“節點”，是聯系城際交通與市內交通的樞紐，許多大型車站與傳統火車站相比，其興建都出現了向“綜合體”轉變的新趨勢[1]。這改變了以往單純的對外交通集散功能，更注重城市商業、文化以及各種現代商務的綜合功能，實現了火車站與城市的高效銜接。

這類車站綜合體項目基坑工程一般都具有開挖面積大、開挖深度深、形狀復雜、支護結構形式多樣和周邊環境保護要求嚴格等特點，再加上工程地質條件的復雜性、圍巖與圍護結構相互作用的復雜性，使理論分析與實際情況很難準確吻合，有必要通過信息化監測，及時反饋施工并修正設計，確保地下工程施工和周圍環境的安全。

1工程概況

唐山火車站西廣場綜合體項目是唐山城市建設的重點工程之一，也是唐山站現代化交通樞紐的重要組成部分。本項目位于新建唐山火車站西廣場一側，工程西側毗鄰市政一號路，東側與火車站站房及匝道橋相鄰[2]。

工程基坑長約310 m、寬約210 m，面積達到了67 945 m2，包含物業開發項目基坑和250 m長的預留地鐵區間基坑。其中物業開發項目基坑一般區域深度為12.63 m，局部為14.03 m；地鐵區間基坑深度達到了17.30 m。西廣場基坑邊緣距離唐山站站房的最近距離約為33 m，距離火車站西高架橋及匝道距離僅為12 m(見圖1)。

圖1　工程及周邊環境示意

物業開發項目基坑東、西兩側支護采用鉆孔灌注樁+錨索支護體系，普通地段沿豎向設置3道預應力錨索，地鐵區間對應位置設置4道預應力錨索；南、北兩側采用復合土釘墻支護體系，沿邊坡共設置6排土釘，2道預應力錨索。地鐵區間基坑采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護體系，并在冠梁內側設一道鋼支撐。

場地地層主要為第四紀全新統和上更新統陸相沖洪積形成的沖、洪積物。基坑深度范圍對應地層從上至下依次為耕土、雜填土、粉土、細砂、粉質黏土、細砂、粉質黏土。場地內存在含水量相對豐富的上層滯水層，滯水水位埋深平均值約9.50 m，高差約3.50 m，該水層對基坑開挖施工及基坑的安全有很大影響。場區地下潛水埋深在14.60～16.30 m，該層水水位受氣候及農田灌溉影響較大，年變化幅度約2.00 m。

2監測等級

《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202—2002)對基坑等級進行了劃分，符合下列情況之一的為一級基坑[3]：

(1)重要工程或支護結構做主體結構的一部分；

(2)開挖深度大于10 m；

(3)與臨近建筑物，重要設施的距離在開挖深度以內；

(4)基坑范圍內有歷史文物、近代優秀建筑、重要管線等需嚴加保護的基坑。

對照上述要求，本工程基坑為一級基坑，執行一級基坑監測的有關要求。

3監測項目

根據監測設計圖紙、《建筑基坑工程監測技術規范》(GB 50497—2009)[4]、《城市軌道交通工程監測技術規范》(GB 50911—2013)要求[5]，并結合工程監測等級情況，確定監測項目如表1所示。

表1　西廣場綜合體基坑工程監測項目

4監測成果分析

物業開發項目基坑于2014年1月中旬完成了監測初始值測量工作，最終監測于2015年1月20日結束，歷時1年；地鐵區間基坑于2014年7月12日取得監測初始值，最終監測于2014年11月18日結束，歷時4個月。

4.1樁(坡)頂水平位移監測

(1)物業開發項目基坑樁(坡)頂水平位移

物業開發項目基坑樁(坡)頂共布設水平位移監測點50個，監測實施過程中共有2次監測報警情況，一次為累計位移量超出監測控制標準(30 mm)，另一次則是連續2天變形速率超過了3 mm/d的要求。

①累計位移超限情況分析

圖2為累計變形超限點WY39和WY40的位移-時程變化曲線，從圖2中可以看出，WY39向坑內的累計位移量為48 mm，WY40累計位移量則達到了77 mm。2014年3月，該區域土方開挖，樁頂位移也逐漸顯現。7月20日，WY40累計變形量為31.6 mm；8月13日，WY39累計變形量為33 mm，超出監測項目控制值(30 mm)。超出監測控制標準后，兩點的位移量繼續增大，于9月20日變形速率逐漸減小，并最終趨于穩定。

圖2　位移監測點WY39、WY40位移-時程變化曲線

原因分析：該處圍護結構的特殊性及樁間錨索安裝質量是發生較大變形的首要原因，圖3為該區域支護結構及監測點的設置情況。由于地下人行通道基礎的存在，WY39與WY40間約10 m距離內無法打樁，鋼梁及樁間錨索的安裝，也未能很好地起到控制變形的作用。2014年6月至9月，唐山暴雨天氣時常來臨，在一定程度上加劇了位移變化。在此期間，參建各方啟動監測應急預案，加密監測頻率，及時反饋變形信息，采取清理坑邊渣土、場地硬化等一系列工程措施，最終使該區域變形趨于穩定。

圖3　累計變形超限區支護結構及監測點示意

②變形速率超限情況分析

2015年1月，基坑西側汽車運土坡道處土方進行最后清理。土方清理前，在坡道對應區域冠梁頂又補設了兩個位移監測點(WY43-1、WY43-2)，并于1月3日完成初始值測量。1月5日數據顯示，WY43-1位移量為9.2 mm、WY43-2位移量為11.9 mm；1月6日數據顯示，WY43-1位移量為10.8 mm、WY43-2位移量則達到了22.3 mm，兩點的變形速率大大超過了控制指標要求，圖4為WY43-1和WY43-2位移-時程曲線。

圖4　WY43-1、WY43-2位移-時程曲線

原因分析：在第一道錨索未張拉力預應力的情況下，下層土方超挖是導致樁頂位移速率超限的首要原因。另外，監測點WY43-2的外側堆積了大量鋼梁，使得該區域的樁體受到了更大的側向壓力，WY43-2位移變形也更加顯著。監測報警后，施工方于1月6日晚立即進行了第一道錨索預應力張拉，并將鋼梁吊離基坑安全影響范圍。1月7日監測數據顯示，樁體受到錨索作用力后，又向坑外移動了3～4 mm。

(2)地鐵區間基坑樁頂水平位移

地鐵區間樁頂共布置14個位移監測點，南、北側各7個。監測數據顯示，地鐵區間基坑樁頂向坑內發生了不同程度的位移，但變形量均在控制范圍內，未出現報警情況。其中區間南側鉆孔樁頂向坑內最大位移量為6 mm，區間北側鉆孔樁位移較南側顯著，最大位移量為12 mm，這是因為大型吊車吊裝、土方運輸等施工均在區間北側樁外完成的緣故。

4.2樁體深層水平位移(傾斜)監測

(1)物業開發項目基坑樁體傾斜

物業開發項目基坑東、西兩側共布設樁體測斜孔27個，編號為CX01～CX27。監測數據顯示，與樁頂監測點WY40在同一斷面的測斜孔CX19向基坑內發生了較大的傾斜，其中管口處向坑內位移最大，累計位移量為57.3 mm，已超出監測項目控制值(30 mm)。CX19傾斜變化過程與WY40位移發生過程一致，圖5為CX19的樁體位移-時程曲線。

圖5　測斜孔CX19的樁體位移-時程曲線

仔細對比CX19管口位移量與WY40位移量可以發現，雖然CX19管口與WY40點位相鄰，但其變形量有一定差別，除測量方式、測量誤差等影響因素外，更重要的一個原因是CX19滑道并不是嚴格垂直于基坑方向，而是有一個約為20°的夾角，若經過角度改正，CX19管口位移量與WY40位移量基本吻合。在此，對滑道近似垂直基坑的測斜孔與同斷面處樁頂位移點進行對比分析，見表2。

由表2可知，滑道近似垂直基坑的測斜孔，其管口位移量與同斷面樁頂位移點位移量基本一致，兩者起到相互校核的作用，為數據分析和風險管理提供了有益幫助。

(2)地鐵區間基坑樁體傾斜

地鐵區間測斜孔與樁頂位移布置于同一斷面處，共14個測斜孔。各測斜孔變形量均在1 cm之內，樁體傾斜變形趨勢與樁頂位移變化一致，呈現出了北側變形大、南側變形小的特點，出現這種情況的原因，前面已進行了分析說明。

表2　同斷面測斜孔(管口)與樁頂位移監測點變形量對比　mm

4.3樁(坡)頂豎向位移監測

樁(坡)頂豎向位移監測點與水平位移監測點共點，物業開發項目基坑樁(坡)頂豎向位移監測點50個，地鐵區間基坑樁頂豎向位移監測點14個。豎向位移監測可采用幾何水準測量、電子測距儀三角高程測量、靜力水準測量等方法[5-6]，本項目冠梁頂面安裝了1.2 m高的護欄，不便使用水準測量，故采用全站儀自由設站三角高程測量方法。監測實施期間采取以下措施提高三角高程測量精度：

(1)徠卡TS15全站儀，測角精度±1＂，測角精度±(1+1.5×10-6×D) mm。

(2)不量儀器高的后方交會設站方式，基準點、工作基點采用強制對中標志，保證后方交會時的站點高程中誤差≤0.7 mm。

(3)劃分測區，固定測站位置，保證每站最遠視線長度不大于250 m，視線垂直角不大于10°。

(4)采用徠卡GPR1大反射面測量棱鏡，并保證各監測期次使用同一棱鏡。

(5)盡量避免在霧霾等惡劣氣象條件下開展外業測量工作。

對最終監測數據進行分析，發現樁頂豎向位移監測點中既有隆起又有沉降，其中隆起點約占監測點總數的70%，最大隆起量為10.9 mm；沉降點中，最大沉降量為3.5 mm。這是由于基坑的開挖卸載引起坑底土體回彈，以及圍護樁一側土體側限的解除，從而帶動圍護樁發生向上位移[7]。

4.4錨索及土釘內力監測

本項目共安裝錨索測力計50個，土釘測力計57個。錨索及土釘測力計頻率測量方式有兩種：一般區域使用振弦式頻率讀數儀到現場進行測量的方式；基坑中部受力較大區域采用自動化監測設備進行實時測量，在線傳輸，大大提高了工作效率。

監測數據顯示，土方開挖、地下結構施工過程中，錨索預應力損失較多。錨索應力損失的因素主要包括錨索作用區地層性質引起的應力損失、長期受荷的鋼材徐變引起的應力損失及錨固混凝土徐變引起的應力損失等。土釘內力監測：各監測點累計變化量在監測過程中變化不大，這與土釘測力計的焊接方式有直接的關系。

4.5周邊環境監測

工程施工過程中，按照既定監測頻次，對周邊環境進行定期監測。監測數據顯示，工程施工對周邊環境的影響較小，其中津秦高鐵軌道結構采用軌檢小車進行測量，軌距、高低、長短波等各項軌道幾何狀態指標良好。

5數據管理

本工程監測項目多，監測頻率大，數據量大，若采用傳統人工數據管理，極易出現錯誤，且不利于監測點變形的時程分析。結合本項目，開發了《深基坑安全監測信息化管理系統》，實現了海量監測數據管理、數據分析、數據查詢、自動報警及監測成果的信息化傳遞等多項功能(如圖6)。

圖6　深基坑安全監測信息化管理系統

6結論

(1)監測方案設計時，除重點考慮基坑中間部位、陽角部位、深度變化部位外，還應結合項目特點，分析支護結構體系是否還存在一些特殊部位，這些特殊部位往往又是變形易發的部位，必須布設監測點。

(2)測點布設時，不同監測項目監測點應盡量布置于同一斷面上，各監測項目變形數據可以起到相互校核的作用，也可為變形數據綜合分析和風險管理提供有益幫助。

(3)基坑超挖施工將顯著增加圍護結構的變形，對基坑變形的控制產生不利影響。另外，基坑外部超載作用對基坑的變形影響顯著。所以基坑工程施工期間，必須杜絕超挖、超載現象。

(4)當豎向位移監測不便使用水準測量，而采用三角高程測量方法時，須結合工程項目特點，采取多種措施來提高三角高程測量精度，否則監測數據將無法真實反映結構豎向位移變形情況。

參考文獻

[1]王騰，盧濟威.火車站綜合體與城市催化-以上海南站為例[J].城市規劃學刊，2006(4)

[2]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.唐山火車站西廣場綜合體項目及周邊設施施工監測方案[R].唐山：鐵道第三勘察設計院，2014

[3]GB 50202—2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S]

[4]GB 50497—2009建筑基坑工程監測技術規范[S]

[5]GB 50911—2013城市軌道交通工程監測技術規范[S]

[6]JGJ 8—2007建筑變形測量規范[S]

[7]張建全.北京某深基坑工程施工監測與成果分析[J].工程勘察，2010(2)

[8]白云貴，楊雪峰，周凌焱，等.基于自由測站的基坑水平位移監測精度探討[J].鐵道勘察，2013，39(6)

[9]林作忠.某引發地鐵隧道變形的深基坑搶險復工設計[J].鐵道勘察，2014(4)

收稿日期：2016-02-29

作者簡介：郭新德(1984—)，男，2008年畢業于解放軍測繪學院測繪工程專業，工程師。

文章編號：1672-7479(2016)03-0024-04

中圖分類號：TU433

文獻標識碼：A

Construction Monitoring Results Analysis and Discussion of the Tangshan Railway Station West Square Complex Project

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