綜合管廊基坑監(jiān)測方法

馮 晶 中交三航局第三工程有限公司

1 前言

綜合管廊基坑的施工需要做到安全、質(zhì)量、進(jìn)度及周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如何將圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及受力控制在合理的范圍內(nèi)至關(guān)重要，而既有的力學(xué)理論還無法準(zhǔn)確地對施工過程中的各種變形及受力進(jìn)行精確計(jì)算，只有通過全方位的監(jiān)控量測來了解管廊圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力情況，并且通過監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)控施工過程，指導(dǎo)施工，達(dá)到信息化施工的目的，確保綜合管廊施工的安全。

2 工程概述

橫江大道（西江互通連接線城南河路至S356段）建設(shè)工程起點(diǎn)位于城南河大橋南側(cè)落地點(diǎn)，順接橫江大道（緯三路—城南河路段）快速化改造工程，終點(diǎn)接356省道，與三橋北接線交叉設(shè)西江互通，總長7.107km；本標(biāo)段內(nèi)容為土方工程（含渣土工程）、路基工程、橋涵工程、隧道工程、河道工程、人行地道工程、管線工程、綜合管廊等土建工程施工，以及標(biāo)段范圍內(nèi)天橋工程和智能公交站臺等相關(guān)工程基礎(chǔ)和預(yù)留預(yù)埋的施工。

3 監(jiān)測目的

本項(xiàng)目的施工監(jiān)測，既是對施工的控制及指導(dǎo)，也是設(shè)計(jì)工作的后續(xù)，能為設(shè)計(jì)及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)，準(zhǔn)確地說施工監(jiān)測是施工、監(jiān)測和設(shè)計(jì)三方互動(dòng)、共同確保隧道圍護(hù)體系穩(wěn)定的過程。

4 監(jiān)測點(diǎn)的布置

綜合管廊明挖基坑的監(jiān)測對象為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測對象主要為圍護(hù)樁、支撐及立柱，周邊環(huán)境監(jiān)測對象主要為工程周邊巖土體、地下水、建筑物、地下管線及市政基礎(chǔ)設(shè)施等。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，本工程擬進(jìn)行監(jiān)測的項(xiàng)目及測點(diǎn)布置見表1，由于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場埋設(shè)時(shí)，測點(diǎn)位置將根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表1 綜合管廊基坑監(jiān)測項(xiàng)目及布置

5 監(jiān)測方法

5.1 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)

本項(xiàng)目水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)共設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)5個(gè)，其中3個(gè)為既有基準(zhǔn)點(diǎn)（編號為E07～E09），工作基點(diǎn)6個(gè)（編號為BS1～BS6）。基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)采用有強(qiáng)制對中裝置現(xiàn)澆混凝土觀測墩或者埋設(shè)專門觀測標(biāo)石的方式布設(shè)。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)布網(wǎng)示意圖見圖1。

圖1 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)布網(wǎng)示意圖

5.2 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)測量

基準(zhǔn)網(wǎng)測量工作開始之前應(yīng)對委托單位移交的首級平面控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢查，確認(rèn)基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位穩(wěn)定、設(shè)施完好后方可使用。

（1）GPS靜態(tài)測量法：根據(jù)工程現(xiàn)場情況，對基準(zhǔn)點(diǎn)采用衛(wèi)星導(dǎo)航定位靜態(tài)測量，具體觀測采用大地三邊形或四邊形同步圖形擴(kuò)展方式進(jìn)行布網(wǎng)，相鄰?fù)江h(huán)之間由2個(gè)公共測站相連，每個(gè)同步環(huán)由3或4個(gè)測站組成，每個(gè)環(huán)同步觀測2個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀測至少60min。

（2）全站儀邊角測量法：采用全站儀對位移基準(zhǔn)點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)，位移觀測等級按照二等進(jìn)行。

5.3 豎向位移基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)

本項(xiàng)目豎向位移監(jiān)測共設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)6個(gè)，其中3個(gè)為既有基準(zhǔn)點(diǎn)（編號為E07～E09），工作基點(diǎn)5個(gè)（編號為BM1～BM5）。基準(zhǔn)點(diǎn)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土固定墩或挖坑埋石方式布設(shè)，工作基點(diǎn)采用道釘或者“L”型測標(biāo)鉆孔埋設(shè)。豎向位移基準(zhǔn)網(wǎng)路線圖見圖2。

圖2 豎向位移基準(zhǔn)網(wǎng)路線圖

5.4 豎向位移基準(zhǔn)網(wǎng)測量

本項(xiàng)目豎向位移控制網(wǎng)按照J(rèn)GJ 8—2016《建筑變形測量規(guī)范》中變形觀測等級為二等的相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行測量。

5.5 初始值測量

5.5.1 圍護(hù)樁（墻）頂部水平位移、豎向位移監(jiān)測

應(yīng)在相關(guān)施工工序前測定，并取至少連續(xù)觀測三次的穩(wěn)定值取其平均值。

5.5.2 圍護(hù)樁（土體）深層水平位移監(jiān)測

應(yīng)在基坑開挖之前至少一周埋設(shè)好測斜管，并取開挖之前連續(xù)兩天穩(wěn)定測試數(shù)據(jù)的平均值作為初始值，同時(shí)應(yīng)對每個(gè)深度進(jìn)行正、反兩次測量。

5.5.3 基坑外地下水位監(jiān)測

地下水位管應(yīng)在基坑開挖前一周埋設(shè)結(jié)束，基坑開挖前連續(xù)觀測并取得穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù)，作為初始值。

5.5.4 支撐軸力監(jiān)測

支撐內(nèi)力監(jiān)測項(xiàng)目，采用傳感類儀器，應(yīng)在開挖之前埋設(shè)結(jié)束，基坑開挖前經(jīng)過一周的監(jiān)測取得穩(wěn)定的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為初始值。

5.6 圍護(hù)樁（墻）水平位移及豎向位移監(jiān)測

5.6.1 圍護(hù)樁（墻）頂部水平位移監(jiān)測

根據(jù)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)，架設(shè)徠卡高精度全站儀TS30進(jìn)行測點(diǎn)位移監(jiān)測，采用自由設(shè)站后方交會(huì)的方法，自由設(shè)站時(shí)，設(shè)站點(diǎn)每次宜在同一個(gè)位置，每個(gè)測站觀測相同的一批監(jiān)測點(diǎn)，不允許監(jiān)測點(diǎn)觀測采用不同的測站。設(shè)站點(diǎn)應(yīng)與2～3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)相互通視，且該部分基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)的平面分布的范圍大于九十度，設(shè)站點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)之間的距離不大于500m；所觀測的監(jiān)測點(diǎn)中，至少有兩個(gè)點(diǎn)應(yīng)在其他測站觀測；并且應(yīng)該采用邊角同測，水平角和距離觀測測回?cái)?shù)應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)范要求。

5.6.2 圍護(hù)樁（墻）頂部豎向位移監(jiān)測

采用水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行監(jiān)測，水準(zhǔn)儀進(jìn)行豎向位移監(jiān)測的精度要求為±1.0mm。根據(jù)工作基點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)豎向位移測量，測量各個(gè)沉降測點(diǎn)的歷次高程，與初始值比較，即為測點(diǎn)的沉降量。

5.7 圍護(hù)樁（土體）深層水平位移監(jiān)測

采用滑動(dòng)式測斜儀人工采集數(shù)據(jù)的方式，進(jìn)行圍護(hù)墻深層水平位移監(jiān)測；監(jiān)測時(shí)，測斜儀探頭放置測斜管底部，待接近管底溫度時(shí)再進(jìn)行量測，每個(gè)深度都應(yīng)該采取正、反兩次量測。

測斜儀測頭下滑動(dòng)輪作用點(diǎn)相對于上滑動(dòng)輪作用點(diǎn)的水平偏差可以通過儀器測得的傾角Φ計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

式中：

Δδ1——第i量測段的相對水平偏差增量值；

Li——第i量測段的垂直長度，通常取0.5m；

ΔΦi——第i量測段的相對傾角增量值。

將每段間隔Li取為常數(shù)，則水平偏差總量與水平位移δ僅為Δδ1的函數(shù)，同時(shí)計(jì)入管端水平位移量值δ0，即：

5.8 基坑外地下水位監(jiān)測

按照三等水準(zhǔn)的要求測量水位管的管口高程，高程控制采用閉合水準(zhǔn)網(wǎng)形式。測試時(shí)，水位計(jì)的探頭先要被緩慢的放入水位管中，當(dāng)儀器發(fā)出蜂鳴聲時(shí)，說明此時(shí)探頭已經(jīng)接觸到水面，讀出水位測量儀的標(biāo)尺讀數(shù)，精確至1mm。地下水位計(jì)算公式：

5.9 支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力監(jiān)測對象有混凝土支撐及鋼支撐，可以采用頻率儀直接采集數(shù)據(jù)，需自動(dòng)化監(jiān)測時(shí)，可接入測控單元內(nèi)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；計(jì)算方法如下。

5.9.1 混凝土支撐

鋼筋混凝土支撐內(nèi)力計(jì)算方法：

式中：

Nc——支撐內(nèi)力（kN）；

σS——鋼筋應(yīng)力（kN/mm2）；

kj——第j個(gè)鋼筋計(jì)標(biāo)定系數(shù)（kN/Hz2）；

fji——第j個(gè)鋼筋計(jì)監(jiān)測頻率（Hz）；

fjo——第j個(gè)鋼筋計(jì)安裝后的初始頻率（Hz）；

Ajs——第j個(gè)鋼筋計(jì)截面積（mm2）；

Ec——混凝土彈性模量（kN/mm2）；

Es——鋼筋彈性模量（kN/mm2）；

Ac——混凝土截面積（mm2），Ac=Ab-As；

Ab——支撐截面積（mm2）

As——鋼筋總截面積（mm2）。

5.9.2 鋼支撐

鋼筋計(jì)計(jì)算公式：

式中：

P——被測鋼筋計(jì)所受的力（kN）；

K——鋼筋計(jì)的靈敏度系數(shù)（kN/Hz2）；

f0——鋼筋計(jì)的初始頻率值；

Fi——鋼筋計(jì)工作頻率值。

頻率儀的監(jiān)測精度為0.5%F·S，分辨率為0.2%F·S。

6 結(jié)束語

通過對綜合管廊基坑的監(jiān)測，既可以保證各施工階段的安全和施工過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求，又可以對施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析并對施工過程結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行預(yù)測和控制，優(yōu)化施工工序，提高施工工藝水平。