基于青島某地鐵基坑監(jiān)測預(yù)報(bào)警安全管理機(jī)制分析

聶祝寶 謝 鵬

(1.青島地鐵集團(tuán)有限公司，山東青島 266000； 2.中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

在地下軌道交通修建的過程中，確保地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性十分必要[1-2]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員對地鐵基坑監(jiān)測預(yù)報(bào)警安全管理機(jī)制進(jìn)行了大量的研究。徐楊青、程琳[3]采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言C#，以及現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)技術(shù)SQL Server 2005，結(jié)合基坑工程的專業(yè)知識，開發(fā)了一套監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。周二眾、劉星等[4]以“Leica TPS1200+測量機(jī)器人”為基礎(chǔ)，以VB6.0和SQL2005數(shù)據(jù)庫為平臺，開發(fā)了深基坑動(dòng)態(tài)監(jiān)測的實(shí)用軟件系統(tǒng)。吳振君、王浩等[5]在GIS圖形可視化技術(shù)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)多個(gè)基坑地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)、施工等資料，以及測點(diǎn)信息、監(jiān)測儀器、監(jiān)測數(shù)據(jù)、周邊建筑物等相關(guān)數(shù)據(jù)的全面采集和成果輸出的自動(dòng)化。

在地鐵基坑施工過程中，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境進(jìn)行施工監(jiān)測是基坑工程安全管理的有效途徑，也是必不可少的重要環(huán)節(jié)[6]。通過合理科學(xué)的施工監(jiān)測，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場各項(xiàng)指標(biāo)的變動(dòng)情況，對有可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警和報(bào)警，以方便做出合理的判斷和采取相應(yīng)的措施。以青島地鐵1號線某地鐵車站為工程背景，對其存在的工程風(fēng)險(xiǎn)及監(jiān)測重點(diǎn)、監(jiān)測項(xiàng)目對象及其精度、風(fēng)險(xiǎn)咨詢及應(yīng)急方案進(jìn)行分析，從而建立地鐵車站施工監(jiān)測預(yù)報(bào)警安全管理機(jī)制[7-8]。

2 工程概況

青島某地鐵車站位于山東省青島市黃島開發(fā)區(qū)新港山路下方，沿新港山路東西向布置，地面較為平坦。車站起點(diǎn)里程為YSK18+932.55，終點(diǎn)里程為YSK19+184.4，中心里程為YSK19+022.000，全長251.85 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬約20.0 m。本站為地下兩層島式車站，站臺寬11 m，有效站臺長118 m，車站底板高程為-14.4 m，埋深約為19 m。車站共設(shè)4個(gè)出入口，一個(gè)安全出入口，二組風(fēng)亭，采用明挖順作法施工。

車站場地南側(cè)為大片居民小區(qū)，主要為山海灣住宅樓。北側(cè)為大片廠房，以上建(構(gòu))筑物均距擬建車站場地較遠(yuǎn)，地上建(構(gòu))筑物一般采用天然地基，對工程基本無影響。

基坑地層從上到下為填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。第四系孔隙潛水主要賦存于雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中，基巖裂隙水賦存于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖裂隙中，地下水對基坑具有不利影響。基底為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，力學(xué)性質(zhì)較好，可作為地基持力層，局部為上更新統(tǒng)晚期粉質(zhì)黏土，工程性質(zhì)一般，可作為地基持力層。

3 風(fēng)險(xiǎn)工程及監(jiān)測重點(diǎn)

車站施工過程中，主要風(fēng)險(xiǎn)為車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形引起的自身結(jié)構(gòu)安全問題；基坑周邊市政管線眾多，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、開挖施工也會(huì)對周邊建筑物管線產(chǎn)生影響(如表1所示)。

施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)開挖面地質(zhì)觀察、滲漏水以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形等巡視工作，并做好相關(guān)記錄；監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)加大監(jiān)測頻率，并將監(jiān)測結(jié)果及時(shí)反饋給相關(guān)部門，確保工程結(jié)構(gòu)體系及周邊環(huán)境的安全[9-10]。

綜合分析工程自身風(fēng)險(xiǎn)及周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，確定本工程監(jiān)測等級為二級。

表1 車站風(fēng)險(xiǎn)源匯總

4 監(jiān)測項(xiàng)目對象及其精度

該地鐵車站基坑監(jiān)測平面示意如圖1所示，其車站監(jiān)測項(xiàng)目、對象及精度統(tǒng)計(jì)如表2所示。

圖1 車站基坑監(jiān)測平面示意

圖2 擴(kuò)大端監(jiān)測點(diǎn)布置

序號監(jiān)測項(xiàng)目位置或監(jiān)測對象監(jiān)測儀器監(jiān)測精度1地表沉降基坑周邊地面精密水準(zhǔn)儀1.0mm2地下管線沉降管線接頭精密水準(zhǔn)儀1.0mm3圍護(hù)樁頂豎向水平沉降圍護(hù)樁上端部精密水準(zhǔn)儀經(jīng)緯儀1.0mm4圍護(hù)樁體水平位移圍護(hù)樁內(nèi)測斜管、測斜儀1.0mm5支撐軸力支撐端部或中部頻率接收儀≤1/100(F.S)6地下水位基坑周邊水位管水位計(jì)5.0mm

5 監(jiān)測預(yù)報(bào)警及數(shù)據(jù)分析

5.1 警情發(fā)生

2017年5月22日9時(shí)50分左右，車站基坑西南側(cè)擴(kuò)大端底部突然出現(xiàn)混凝土掉落現(xiàn)象，隨即出現(xiàn)涌水涌沙。發(fā)現(xiàn)后第一時(shí)間發(fā)布了預(yù)報(bào)警情，并加強(qiáng)了地表沉降、軸力、測斜等幾個(gè)項(xiàng)目的監(jiān)測作業(yè)。監(jiān)測點(diǎn)布置如圖2所示，當(dāng)日現(xiàn)場各監(jiān)測項(xiàng)目變化速率如表3。

表3 各監(jiān)測項(xiàng)目變化速率統(tǒng)計(jì)

發(fā)生警情后，樁體測斜值出現(xiàn)明顯突變，CX02測點(diǎn)當(dāng)日變化情況如表4所示。

表4 樁體測斜CX02速率變化情況

5.2 膜袋樁加固工藝

出現(xiàn)管涌后，地表、管線沉降變化量較大，很多測點(diǎn)相繼出現(xiàn)了預(yù)報(bào)警的情況，為避免情況的進(jìn)一步惡化，首先進(jìn)行坑內(nèi)降水，然后采用膜袋樁對基坑外部進(jìn)行加固止水。

廣西藝術(shù)學(xué)院（以下簡稱“我校”）堅(jiān)持實(shí)施“人才強(qiáng)校”戰(zhàn)略，推進(jìn)“人才隊(duì)伍強(qiáng)質(zhì)增量工程”，努力打造一支師德高尚、業(yè)務(wù)精湛、結(jié)構(gòu)優(yōu)良、充滿活力的高素質(zhì)專業(yè)化師資隊(duì)伍。名師隊(duì)伍建設(shè)突顯成效，全員關(guān)注名師、尊崇名師、爭當(dāng)名師的氛圍已初步形成，名師效應(yīng)已成為學(xué)校教學(xué)改革實(shí)踐的強(qiáng)大推動(dòng)力。

膜袋樁止水是目前國內(nèi)較新型的加固止水方式，相較于傳統(tǒng)的袖閥管樁和高壓旋噴樁施工工藝，克服了一系列袖閥管樁和高壓旋噴樁的缺點(diǎn)，如膜袋樁能有效控制注漿漿液擴(kuò)散范圍，使其能成為連續(xù)的樁體，克服了跑漿、冒漿和串漿的問題，同時(shí)也大幅度減小了對加固區(qū)周圍土體的擾動(dòng)，解決了廢棄漿液的處理等問題。膜袋樁加固止水示意如圖3所示。

圖3 膜袋樁加固止水示意

由圖3可知，膜袋樁在土體表面通過壓力作用向樁體內(nèi)注漿，隨著袋內(nèi)漿液不斷增多，內(nèi)部漿液不斷擠壓，最終形成與膜袋樁直徑一致且強(qiáng)度和密實(shí)度較高的樁體，其施工工藝為：

①膜袋加工

根據(jù)注漿加固深度，把膜袋綁扎在φ32鋼管上，對鋼管兩端進(jìn)行車絲，管壁上鉆孔，鉆孔直徑為10 mm，鉆孔個(gè)數(shù)控制在4～6個(gè)。膜袋分兩段進(jìn)行綁扎，上段膜袋和下段膜袋使用封隔器分段，封隔器長度為0.5 mm，封隔器兩端車絲。下段膜袋鋼管底部使用膜袋布包裹，然后采用黑色防水膠布綁扎。

②下放膜袋

將綁扎好的膜袋和φ32鋼管連接，依次把膜袋下放到鉆孔底部，鋼管露出地面500 mm。露出地面的鋼管連接注漿閥門。

③上段膜袋注漿

采用強(qiáng)度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為0.8∶1，注漿壓力達(dá)到1 MPa后停止注漿。

上段膜袋注漿完成后，使用φ20鍍鋅鋼管，鋼管一端車絲(連接高壓水管)，一端做成尖銳狀態(tài)。把削尖的一端下到φ32的鋼管內(nèi)進(jìn)行清洗，清洗完成后捅開封隔器，進(jìn)行下段膜袋注漿。

⑤下段膜袋注漿

采用強(qiáng)度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為0.8∶1。下段膜袋水泥漿和控制液同時(shí)灌注，注漿壓力達(dá)到1 MPa后停止注漿。

采取膜袋樁加固止水后，各監(jiān)測數(shù)據(jù)變化量趨于穩(wěn)定。地表沉降、管線沉降和典型樁體測斜累計(jì)變化如圖4～圖6所示。

圖4 地表沉降累計(jì)變化量曲線

圖5 管線沉降累計(jì)變化量曲線

圖6 測斜CX02累計(jì)變化量曲線

由圖4可知，該站較大區(qū)域出現(xiàn)了地表沉降值超過40 mm的情況，經(jīng)過加固后沉降值趨于穩(wěn)定；各監(jiān)測管線累計(jì)沉降變化情況如圖5所示，其中GGC02、GGC03、YGC02為沉降量較大的管線沉降點(diǎn)，GGC02、GGC03為直接管線沉降點(diǎn)，加固后的管線沉降也趨于穩(wěn)定。由圖6可知，從5月29日起，測斜點(diǎn)CX02累計(jì)變化量維持在穩(wěn)定狀態(tài)，且變化值均在控制范圍以內(nèi)。

6 風(fēng)險(xiǎn)咨詢及安全風(fēng)險(xiǎn)管理

6.1 安全風(fēng)險(xiǎn)咨詢及服務(wù)方案

(1)施工工藝因素引起的變形風(fēng)險(xiǎn)

基坑開挖暴露時(shí)間過長、支撐安裝不及時(shí)、支撐受力面積減小、圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在瑕疵、滲漏水等原因，都會(huì)造成坑內(nèi)坑外壓差過大并引起土體位移。

該部分由施工產(chǎn)生的地表沉降、隆起，襯砌結(jié)構(gòu)收斂變形大所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，可通過隆沉數(shù)據(jù)、收斂數(shù)據(jù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)、洞內(nèi)巡視等方式得以反映。

(2)水文地質(zhì)因素引起的沉降風(fēng)險(xiǎn)

大面積的降水會(huì)引起周邊的地表沉降，給臨近的軌道交通帶來次生風(fēng)險(xiǎn)。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反映施工中的沉降情況，也是檢驗(yàn)降水是否恰當(dāng)、降水井點(diǎn)數(shù)量使用是否合理的一個(gè)輔助方法。

綜上所述，需要通過技防(采取有效的技術(shù)措施及手段)、人防(通過技術(shù)手段采集樣本，結(jié)合人力資源管理保障監(jiān)測體系的有效)、管理防范(通過建立工程程序、工作原則等保障監(jiān)測體系的運(yùn)轉(zhuǎn))三個(gè)方面來保障監(jiān)測質(zhì)量[11-13]。

6.2 安全風(fēng)險(xiǎn)管理

(1)成立安全風(fēng)險(xiǎn)管理專家組，縮短風(fēng)險(xiǎn)決策時(shí)間，提高風(fēng)險(xiǎn)管理水平，協(xié)助業(yè)主建立完善安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控管理體系。

第三方監(jiān)測單位進(jìn)場后，依據(jù)建設(shè)單位風(fēng)險(xiǎn)管理體系文件及建設(shè)文件等，深入分析本工程特點(diǎn)，建立全新的安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系，包括安全風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)構(gòu)的組織構(gòu)架、人員要求、規(guī)章制度、管理規(guī)定、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工作程序等內(nèi)容。各單位彼此溝通了解項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)信息，在項(xiàng)目正式施工之前建立起完善的風(fēng)險(xiǎn)管理體系，使各單位在明確各崗位權(quán)限、設(shè)定和工作響應(yīng)流程之外，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)能迅速制定應(yīng)急方案并實(shí)施。項(xiàng)目在施工過程中所依照的風(fēng)險(xiǎn)管理流程如圖7所示。

圖7 工程施工階段遵循的風(fēng)險(xiǎn)管理流程

(2)協(xié)助建設(shè)單位進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控管理，協(xié)助業(yè)主對施工單位和監(jiān)理單位安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系的執(zhí)行情況，監(jiān)控，信息報(bào)送反饋，預(yù)警評估等進(jìn)行監(jiān)督、檢查和指導(dǎo)，參與施工監(jiān)控實(shí)施方案、風(fēng)險(xiǎn)處理方案的評審[14-16]。