地鐵大型車站深基坑支護(hù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與變形控制研究

馮連友

鼓樓區(qū)中交三航局第三工程有限公司

地鐵大型車站深基坑支護(hù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與變形控制研究

馮連友

鼓樓區(qū)中交三航局第三工程有限公司

地鐵車站深基坑施工過程中形變控制要求高，基坑監(jiān)測(cè)是安全施工的重要保障。由于地質(zhì)、水文、施工條件以及外界各因素對(duì)地鐵基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置、監(jiān)測(cè)頻率、數(shù)據(jù)分析等均有較高要求，常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法不能實(shí)時(shí)快速地反應(yīng)基坑本身變形和對(duì)周圍構(gòu)筑物的動(dòng)態(tài)影響。運(yùn)用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)施連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，隨時(shí)掌握基坑及周圍構(gòu)筑物的變形，可以很好地解決這個(gè)問題。

地鐵工程；深基坑；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；變形控制

青島市黃島區(qū)為上軟下硬地質(zhì)，土質(zhì)比較復(fù)雜，上部多為淤泥質(zhì)軟土，且淤泥質(zhì)軟土的靈敏度較高，下部為堅(jiān)硬巖層，在進(jìn)行地鐵基坑支護(hù)以及土方開挖時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，運(yùn)用基坑支護(hù)變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化處理的手段，控制好施工過程中的安全問題，是保證基坑施工安全，推動(dòng)城市軌道交通平穩(wěn)發(fā)展的必要手段。

1 工程概況

青島地鐵R3線一期工程一標(biāo)二工區(qū)包含兩站一區(qū)間，“兩站”為嘉年華車站和靈山衛(wèi)車站，“一區(qū)間”為嘉—靈區(qū)間。靈山衛(wèi)站位于泰山東路與閱武路十字路口東側(cè)，沿泰山東路東西走向布置。泰山東路規(guī)劃道路紅線30m。車站南北兩側(cè)為多層住宅。車站主體結(jié)構(gòu)為地下二層單柱雙跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，車站總長為190m。本站共設(shè)4座出入口，其中兩個(gè)為預(yù)留出入口，設(shè)2座風(fēng)井風(fēng)道。站臺(tái)寬度12.0m，有效站臺(tái)長度80米。車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20.7m，覆土厚度3.28～3.75m，底板埋深16.77～17.24m；車站西端為擴(kuò)大段，寬度為22.48m。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖順作法施工，主體結(jié)構(gòu)基坑標(biāo)準(zhǔn)段深度約18.0m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1000@1200mm鉆孔灌注樁及609mm、壁厚t=16mm內(nèi)支撐支護(hù)；附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁及內(nèi)支撐的支護(hù)形式。車站小里程端接嘉年華站～靈山衛(wèi)站區(qū)間明挖段，含出入段線及區(qū)間正線；車站大里程端為靈山衛(wèi)站～黃海東路站區(qū)間，采用暗挖法施工。

靈山衛(wèi)車站地層自上而下主要為：第1層素填土層(表層10cm水泥路面)、第4層淤泥、中粗砂、第6層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、第7層粉質(zhì)粘土、第16層強(qiáng)風(fēng)化帶、第17層中風(fēng)化帶、第18層微風(fēng)化帶，整體為上軟下硬地層。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成和功能

深基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用傳感器技術(shù)、信號(hào)傳輸技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)，從宏觀、微觀相結(jié)合的全方位角度，來監(jiān)測(cè)影響基坑及圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全的各種關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。通過數(shù)據(jù)采集、查詢分析、預(yù)報(bào)預(yù)警功能，使監(jiān)測(cè)管理人員隨時(shí)掌握基坑開挖過程巖土及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變位表現(xiàn)，進(jìn)行分析判斷基坑的安全狀態(tài)，有效防范和遏制重特大事故發(fā)生。

該系統(tǒng)還可以依托智能的軟件系統(tǒng)，建立分析預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)與短信平臺(tái)結(jié)合，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)自動(dòng)向監(jiān)測(cè)管理人員發(fā)布即時(shí)消息，便于盡快啟動(dòng)相應(yīng)的預(yù)案。深基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由基坑區(qū)傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、基坑區(qū)信號(hào)發(fā)射接收及處理裝置、監(jiān)測(cè)單位機(jī)房及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫在線系統(tǒng)、APP在線、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)組成。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)流程見圖1。

2.2 監(jiān)測(cè)元件安裝

根據(jù)地質(zhì)條件和周邊環(huán)境分析，參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012規(guī)定，本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有基坑圍護(hù)樁的沉降、水平位移、圍護(hù)樁傾斜、鋼支撐軸力、地下水位變化等。

圍護(hù)樁傾斜：圍護(hù)樁澆筑時(shí)預(yù)埋測(cè)斜管，基坑開挖前將固定式測(cè)斜儀裝入相應(yīng)測(cè)斜管內(nèi)。

支撐軸力監(jiān)測(cè)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在相應(yīng)鋼支撐上安裝軸力計(jì)。

水位監(jiān)測(cè)：在設(shè)計(jì)的靜態(tài)水位孔內(nèi)埋入自動(dòng)化水位計(jì)。

沉降位移監(jiān)測(cè)：根據(jù)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)斷面在樁頂設(shè)置沉降位移監(jiān)測(cè)樁。(見圖2)

2.3 應(yīng)用效果實(shí)例

為保證基坑開挖安全，防止基坑發(fā)生透水事故，靈山衛(wèi)站在基坑開挖過程中進(jìn)行了基坑四周地表注漿處理。注漿過程中，由于注漿壓力過大、注漿速度過快，樁體傾斜及支撐軸力數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化，由于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集、傳輸數(shù)據(jù)的特性，監(jiān)控中心很快發(fā)現(xiàn)問題并預(yù)警，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，快速找到問題原因并進(jìn)行整改，注漿停止后，樁體傾斜及支撐軸力數(shù)據(jù)出現(xiàn)正常回彈。此次問題從自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警到處理問題僅用了15分鐘時(shí)間，可見自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、高效的特點(diǎn)。

靈山衛(wèi)底層圍巖等級(jí)較高，巖層堅(jiān)硬，開挖時(shí)采用爆破施工。爆破過程中，支撐軸力出現(xiàn)異常變化，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)快速發(fā)現(xiàn)軸力異常并通知管理人員進(jìn)行軸力調(diào)整，排除了潛在的安全隱患。

由以上兩例可以看出，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、高效、快速的特點(diǎn)，同時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)相比，節(jié)省了人工、成本，為施工單位帶來了一定效益。

3 深基坑的變形控制措施

(1)開挖地鐵深基坑，第一層宜采用混凝土支撐進(jìn)行支護(hù)，以防因深基坑施工造成坑頂變形過大；(2)把握好深基坑開挖后的無支撐狀態(tài)時(shí)間，注意位移的時(shí)間效應(yīng)，盡量做到“即挖即撐，隨挖隨撐”，避免由于施工不當(dāng)或工期、工序安排不合理造成深基坑變形過大；(3)可在基坑內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)置鎖腳梁，達(dá)到基坑支護(hù)效果；(4)在深基坑進(jìn)行開挖前，對(duì)預(yù)測(cè)可能變形較大的基坑內(nèi)區(qū)域進(jìn)行土體加固，能夠在一定程度上限制坑底隆起、周圍地表沉降和結(jié)構(gòu)的側(cè)移。

圖2 基坑監(jiān)測(cè)布置示意圖

綜上所述，深基坑自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)元件具有安裝簡單、體積小、重復(fù)使用率高、操作簡單易懂的優(yōu)點(diǎn)，屬于智能傻瓜型的監(jiān)測(cè)模塊，便于監(jiān)測(cè)人員隨時(shí)掌握監(jiān)測(cè)信息，運(yùn)用到地鐵深基坑施工中，能夠保證地鐵深基坑工程的安全施工。

[1]沈雯.自動(dòng)化采集及傳輸技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用[J].建筑施工 ,2016,38(03)：266-267+270.

[2]范松松.深基坑工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].建設(shè)科技,2016,(16)：167-168.

[3]王梅.濕陷性黃土地區(qū)下穿隧道深基坑上跨運(yùn)營地鐵盾構(gòu)隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].建筑安全,2016,31(10)：56-58.