隧道風井開挖施工階段的長期變形監測研究

南永鋒

(張家口路橋建設集團有限公司 張家口市 075000)

0 引言

在地鐵系統建設中，大都市地區，尤其是軟土地區的大開挖面、大開挖深度的深基坑開挖仍然是一項具有挑戰性和高風險的工程。深基坑的變形和穩定性與土壤特性、地下水變化和超載條件密切相關[1]。近幾年來，我國地鐵車站基坑支護工程中發生過多起變形或失穩事故。因此，在施工階段對深基坑進行現場測量和性能評估對于質量控制和安全保證具有重要意義[2-3]。

在傳感器和傳感網絡、數據采集及信息管理等先進技術的幫助下，交通基礎設施在建設和使用階段的健康監測受到越來越多的關注，且取得了巨大的進展。世界各地的民用和交通基礎設施，如高層建筑、大跨度橋梁和高速鐵路，設計了許多長期監測系統，而健康監測技術在地下結構施工和運營中的應用尚未得到廣泛的開發和實踐[4-5]。介紹了某地鐵隧道通風井深基坑施工過程中沉降監測的儀器系統，并對安裝在通風井開挖施工現場地表和深度方向監測的長期沉降數據進行了分析檢驗。

1 地鐵通風井深基坑開挖

某地鐵第二施工段在河流下修建一條雙線單孔盾構隧道，并在河流兩岸設置兩個風井，如圖1所示。本研究將介紹南風井深基坑施工過程中周邊地區的變形監測。圖2展示了深度為26m的南風井開挖平面圖。

圖2 南風井開挖平面圖

2 沉降監測系統

2.1 工程地質及水文地質條件

根據南風井施工現場的地質特征，利用靜力觸探試驗，將南部風井的地基沿南部井筒的深度劃分為20個土層。南風井施工場地淺層地下水為孔隙潛水層，主要賦存于表層土層和砂質粉土中。該層地下水主要由大氣降水和地表徑流補給，地下水位主要受季節變化與河流水位的影響。另外，南風井施工場地存在兩層孔隙承壓水分別分布不同的土層中。

2.2 監測點設置

為監測南風井開挖施工階段的變形，確保施工安全，在深基坑施工過程中，設置了35個儀器點進行沉降測量。在這些監測點中，有23個沉降測量標志位于施工現場地表，以南風井開挖中心為圓心分布在圓上。其余12個沉降測量標志布設在南風井開挖深度方向，水平方向分為4組。每組沉降測量標志距南風井開挖地下連續墻的距離分別為13.5m、22.5m、40m和78m；每組在南風井開挖深度方向設置3個沉降測量標志，深度分別為20m、30m和46m。

3 長期沉降監測結果分析

在南風井開挖施工過程中，對監測點的沉降進行了測量，提取并檢驗了6個月的沉降監測數據。南風井開挖深基坑施工分為15個施工步驟，即第一步開挖第四層土層，第二步施工第四層混凝土環形檁條，第三步施工地下二層襯砌墻，第四步開挖第五土層，第五步混凝土環形檁條及支撐結構施工，第六步地下三層襯砌墻施工，第七步混凝土養護，第八步開挖第六層土層，第九步施工第六道混凝土環形檁條，第十步混凝土養護，第十一步開挖最后一層土層，第十二步底板澆筑，第十三步底板養護，第十四步襯砌澆筑，第十五步封頂作業。圖3顯示了施工階段南部風井開挖支護結構的剖面圖。

圖3 南風井開挖支護結構

圖4 不同施工步驟地表累積沉降量監測結果

圖4顯示了由測量標記C2-1～C2-8和C3-1～C3-8監測的沉降歷程，各測量標記安裝在南部通風井開挖施工現場的地面上。從圖4(a)可以看出，在南風井深開挖的整個施工階段，測量標志C2-1～C2-8監測位置的累積沉降逐漸增加。測量標志C2-1和C2-2所監測位置的累積沉降量遠大于其他位置的沉降量，這是因為這兩個沉降量監測點距離南風井開挖點較近。對圖4(a)的進一步觀察表明，第8步和第11步的沉降量比其他步驟的沉降量下降得更快，因此，應特別注意第六層(第8步)和最后一層(第11步)開挖期間的施工安全控制。

從圖4(b)可以看出，在南風井深開挖的整個施工階段，由測量標志C3-1～C3-8監測的位置的累積沉降變化趨勢幾乎相同。從圖4(b)也可以看出，第3步(地下二層襯砌墻施工)、第4步(第五層土層開挖)、第7步(混凝土養護)、第8步(第六層土層開挖)沉降波動較大；而在步驟1(第四層土層開挖)、步驟2(第四混凝土環形檁條的構造)和步驟12(底板澆注)中，基礎的變形占主導地位。

圖5顯示了部分監測點在不同施工步驟期間，南風井開挖施工現場地表上儀表位置的估算沉降和回彈。由該圖可知第8步(第六層土層開挖)和第11步(最后一層土層開挖)的沉降量最大，占總沉降量的比例也最大；而回彈量較大的一般主要分布在第1步、第2步、第7步、第8步和第9步，其他施工

圖5 不同施工步驟期間沉降和回彈監測

步驟期間基本無回彈量。

圖6顯示了由安裝在南部風井開挖施工現場深度方向的測量標記F3-1～F3-6監測的沉降歷程。從圖6可以看出，在南風井深基坑開挖的整個施工階段，安裝在20m和30m深處的測量標志監測到的累積沉降逐漸增加，而在南風井深基坑開挖的整個施工階段，46m深的測量標志監測的累積沉降變化不大。因此，由上述分許可知，不同施工階段施工現場儀表位置的沉降在允許的變化范圍內穩定變化與事實相符。

圖6 不同施工步驟沿深度方向的累積沉降量監測結果

4 結論

介紹了某地鐵隧道通風井深基坑施工過程中沉降監測系統，通過對安裝在風井開挖施工現場地表和深度方向的測量標志器所監測的長期沉降數據進行檢驗，得出以下結論：

(1)地面大部分測量標志所監測位置的累積沉降在南部風井深基坑施工全過程中，總體上地表逐漸增大，但在部分施工階段中，回彈一度占主導地位；

(2)在20m和30m深度處安裝的測量標志監測的累積沉降逐漸增加；而在南風井深基坑開挖的整個施工階段，46m深度的測量標志監測的累積沉降變化不大；

(3)不同施工階段施工現場儀表位置的沉降在允許的變化范圍內。