地鐵車站深基坑半蓋挖施工測量及數據分析

宋恒志

(中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300000)

隨著社會經濟的發展，會建設越來越多的地鐵車站。由于地鐵站的修建大部分處于人員流動性大、交通流量高的中心城區，由于城市交通、場地和四周環境的限制，地鐵車站修建工程必須要綜合考慮多方面因素。由于半蓋挖法不僅避開了蓋挖和暗挖法耗資、耗時的弊端，也不會阻礙交通疏導，在施工中得到較廣泛運用。

根據相關文獻[1-4]，利用半蓋挖法進行基坑施工已有相對深入的研究，但是使用該方法過程中進行監測數據分析的文獻較少。本文即是以成都軌道交通10號線新平站為背景，介紹了車站基坑采用半蓋挖法施工的測量方式，對相關監測數據進行分析，以期為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

新平站是成都軌道交通10號線二期工程終點站，位于成都新津縣新邛公路新平鎮農貿市場與新平鎮公立衛生院之間，沿新邛公路呈南北向敷設。

車站設計起訖里程為YDK37+367.191-YDK37+681.591，為地下一層側式站臺車站，標準段為七柱八跨現澆框架結構，全長314.4 m；公共區標準段寬度60.8 m，頂板覆土3.6 m，底板埋深10.55～16.12 m，共設置2組風道、4個出入口，兩端為明挖區間。車站主體采用半蓋挖法施工，圍護結構采用鉆孔樁+錨索，局部采用鉆孔樁+內支撐的型式，采用坑外+坑內管井降水，車站底板基本位于中密卵石土中。

工程施工中，應采取措施確保鉆孔灌注樁和旋噴樁的施工質量，以免在基坑挖掘過程中發生滲水， 同時保護管線和周邊建筑物安全。

2 車站施工測量方法

2.1 地面控制測量

2.1.1 平面控制測量

新平站平面控制點按精密導線的技術標準施測。水平角觀測1″級的儀器采用全圓法觀測4個測回。新平站場地內采用閉合導線控制測量，如圖1所示。

圖1 平面控制網布設

導線邊長采用往返觀測各2個測回，邊長每測回讀數4次。相鄰點之間的垂直角小于±30°，視線離障礙物的距離不小于1.5 m。遇到長、短邊需要調焦時，采用盤左長邊調焦、盤右長邊不調焦，盤右短邊調焦、盤左短邊不調焦的觀測順序觀測。

當水平角觀測采用左、右角觀測方法時，左右角平均值之和與360°的較差小于4″。水平角觀測半測回歸零差≤6″，一測回內2c較差≤9″，同一方向值各測回較差≤6″。距離測量時每條導線邊往返觀測各2個測回，每測回間重新照準目標，每測回4次讀數較差小于±3 mm，測回間平均值的較差小于±4 mm，往返平均值較差小于±5 mm。

2.1.2 高程控制測量

地面高程控制使用電子水準儀觀測，使用電子水準儀時，應將有關參數、極限誤差預先輸入并選擇自動觀測模式。新平站場地水準采用附合水準路線，水準線路如圖2所示。

圖2 水準控制網布設

2.2 蓋板施工測量

新平站蓋挖頂板位于卵石層，且每施工段范圍縱向和橫向分布均勻，利于土模穩定和頂板混凝土灌注。頂板施工地模采用復合地模方案，蓋挖頂板與側墻關系如圖3所示。

圖3 蓋挖頂板與側墻位置關系

頂板地模施工測量要求：①基坑開挖至頂板結構底面以上10 cm，人工清至墊層底標高。②按頂板施工時的結構輪廓尺寸放線開挖溝槽并依據溝槽的深度砌磚胎模，磚模結構尺寸(柱子、粱)按照設計，平面位置技術要求誤差縱向±25 mm、橫向±20 mm。邊墻(邊墻預埋深度500 mm)及邊墻中的暗(明)柱內邊線外30 mm作為邊墻等控制線來保障成型結構凈空。③在墊層及磚胎模面上安裝15 mm厚木工板(見圖4)。④頂板板底高程比設計提高30 mm作為頂板沉降量，并沿縱向和橫向設置40 mm的預留上拱度。⑤蓋板下土方開挖在明挖施工到一定空間后(邊墻蓋板頂到開挖面2 m位置)，及時測量頂板邊墻斷面數據，判斷成型邊墻斷面是否有侵線可能，發現侵線及時在開挖過程中處理。

圖4 蓋挖頂板結構

2.3 車站主體施工測量

車站主體施工主要包括底板施工、頂板施工及車站其他結構物施工。

(1)底板及邊墻施工：底板梁鋼筋綁好后，及時放樣底板鋼筋預埋件位置，預埋件中心線位移允許誤差±10 mm。蓋挖頂板下邊墻(預留50 cm)實測數據與底板邊墻內邊線按照設計外放30 mm理論數據計算邊墻垂直度，邊墻垂直度控制在≤2‰以內。如果計算邊墻垂直度>2‰時，調整底板邊墻位置(不能侵結構邊線)或清理蓋板頂板邊墻混凝土。

(2)鋼筋混凝土柱施工：在底板澆筑后，放出立柱結構輪廓線，用鋼尺復核結構尺寸，尺寸誤差在5 mm以內，并彈上墨線，如果測量誤差不滿足要求，需要重新檢查測量點位，直到滿足要求為止。立柱模板固定后，需對立柱模板的垂直度和平面位置進行檢測，調校直至垂直度小于1‰，平面位置誤差順線路方向±20 mm、垂直線路方向±10 mm。

(3)頂板施工：頂板模板全部安裝好后，采用全站儀對模板高程進行精確測量,調整模板的上下位置，頂板高程預留30 mm沉落量，以滿足車站凈空的要求。明挖頂板高程與蓋板搭接預留5 m作為調坡段。

2.4 聯系測量

平面聯系測量傳遞采用導線測量施測，平面聯系測量采用精密導線測量標準，首先利用經檢測過的地面控制點采用導線測量引測到地面近井導線點處，然后從地面近井導線點向井下傳遞測量。網型采用閉合導線控制網，如圖5(a)所示；高程聯系測量采用在豎井內懸吊鋼尺的方法進行,如圖5(b)所示。

圖5 聯系測量

2.5 車站竣工測量

待隧道貫通后，對隧道內控制網進行聯測，聯測成果嚴密平差后，檢測合格后再進行軌行區斷面凈空測量。半蓋挖深基坑監測點的方位如圖6所示。

圖6 部分監測項目測點平面布置

2.6 監測控制值

本項目監測的重點是：由于基坑周邊管線較多，因此需要對管線變形進行動態監控；由于豐富的地下水容易造成周圍地表沉降，因此要重點監測支護結構的變形及支護結構周邊地下水位情況；由于建筑物變形及不均勻沉降的風險較大，車站在端頭井的地質層有部分粉土層，發生涌砂涌水風險高，需要重點巡視基坑支護結構物滲(漏)水情況。各基坑監測項目控制值如表1所示。

表1 各基坑監測項目的控制值

3 監測數據分析

3.1 圍護樁側移

圍護樁發生的側移直接表明了基坑圍護構成的穩定性狀態，所以，它是基坑調控的主要指標。圍護樁發生變形，其根源在于基坑內土體卸載造成了基坑內外土壓力變化，在基坑外出現主動土壓力的時候，圍護樁發生側移會呈現兩種形態，分別是弓型和前傾型。弓型多呈現在內支撐系統的基坑內，變形表現為兩側小而中部大的弓狀；而前傾型多出現在沒有支撐系統的基坑之內，樁體變形朝向基坑內部，樁頂移動最多。

工程檢測斜孔順著基坑對稱配置，檢測的時候全部測點發生的位移不高于控制值30 mm，基坑沒有隱患。由于基坑端頭井受力復雜，挑選標準段檢測點給予解析，圖7是其兩側代表性測點樁身水平位移隨著時間發生的變化曲線，測點ZQT22、ZQT24處于明挖側，測點ZQT33、ZQT30處于蓋挖側，測點ZQT22、ZQT33與ZQT24、ZQT30位于一樣的施工段。從圖7得知：伴隨施工的推進，圍護樁自身的水平位移逐步增長；圍護樁樁體的變化樣態是中間大、頂部和底部相對偏小，表現為“弓形”。

圖7 樁體累計水平位移曲線

對比ZQT22和ZQT33兩測點所檢測到的樁體變形曲線，此位置樁體的最大位移比較類似，明挖側為19.4 mm，蓋挖側為19.6 mm，它所處的深度也比較近似，都在8 m深上下；兩曲線在形態方面有一定的差異，蓋挖側樁體變形曲線呈現“弓形”，與明挖側樁體比較，它的下部位移更加明顯；兩側圍護樁體上部朝向基坑外側發生位移，且伴隨開挖逐步增長。這主要是因為蓋板梁與第一支撐建立結合，可以很好地控制墻頂部的水平位移，但此設置還可以承受從頂部進入的垂直載荷，因此必須按壓彎構件對待以驗算強度。

3.2 地表沉降

地表沉降體現的是深基坑工程對于其四周土體的影響程度，此數值大表示此影響程度較深，會對基坑四周管線和建筑物安全造成影響。地表沉降的原因在于基坑內部土體卸載形成狀態失衡，圍護樁因為樁后主動土壓力導致基坑內發生變形，同時基坑外土體順著圍護樁向著基坑內產生位移，地表呈現沉降。因此，假如深基坑存在一定的支護結構，對地表沉降造成影響的重要要素就是圍護結構出現了形變，因此對地表沉降的監測極為關鍵。

由圍護結構變形給地表沉降造成的影響呈現兩個樣態：如圖8(a)所示凹槽型，最大沉降值處于圍護結構對應距離區間，此種多是由于首道支撐有極大的剛度、樁頂發生的位移極小。如圖8(b)所示三角型，最大沉降出現在附近圍護結構處，多出現在懸臂挖掘或者各個支撐剛度差別不大的部位。

圖8 地表沉降類型

挑選DBC32、DBC33、DBC24、DBC21作為地表沉降觀測點，通常每個點會包含4個點位，間距分布如圖9可知。利用對監測數據的解析獲得地表沉降與時間的關系曲線(以DBC32為例，如圖10所示)。因為基坑四周建筑物料遮擋了一些點位，曲線會有中斷的情況。

圖9 沉降點位間距布置

由圖10可知，地表沉降整體呈下降趨勢，隨著基坑開挖的進行逐漸增大。1號測點點位的沉降值并不是最高值，地表沉降呈現出凹槽形，而它的最大值和基坑邊緣有一定間距。分析出現以上結果的原因主要有兩個；一是基坑開挖由北側明挖段開始，然后將蓋板土體倒入明挖段致使施工荷載北側對南邊起到抑制作用；二是由于南側存在臨時路面，垂直支撐系統較北側密集，而土體開挖導致地面出現不同程度的隆起，這也對柱樁產生上拔的作用。

圖10 DBC32地表沉降累計變化曲線

3.3 立柱沉降

對于半蓋挖深基坑圍護結構系統而言，中間立柱可以給臨時蓋板提供一定的支撐，蓋板的上部是城市主干道，車輛數量多，荷載突出，所以必須對立柱沉降給予監測，它可以幫助判斷施工進程中臨時路面是否穩固。挑選標準段鄰近施工段進行立柱沉降監測，LCZ14、LZC15監測點與井立柱西端頭監測點LCZ1、LZC2沉降情況如圖11、圖12所示。

圖11 標準段立柱沉降累計變化曲線

圖12 西端頭井立柱沉降累計變化曲線

從圖11、圖12可知，立柱的沉降變化呈現先增長后縮小的走向。開始挖掘基坑之前，臨時蓋板自身的重量乃至汽車載荷施力造成立柱頂部出現沉降，在其平穩之后，伴隨基坑挖掘的進行，其內部的土體卸載會造成底部土體隆起，進而導致立柱朝上出現位移，引起其頂部沉降值降低。在標準段LZC14、LZC15進行監測，累計沉降最高值為4.5 mm、3.4 mm，挖掘完成以后，其數值降低到2 mm上下。西端頭井LZC1、LZC2處所得到的累計沉降值是4.7 mm、3.9 mm，因為挖掘的深度較大，底部隆起更加嚴重，而它的頂部也從沉降變成隆起，其最大值為3 mm上下。

4 結論

(1)各種監測數據證實，此深基坑在進行施工的時候，圍護樁出現的水平位移、地表和立柱沉降等都在可控范圍之內，所以，它的狀態是相對穩定的。

(2)圍護樁樁身所出現的變形是中部大、頂部和底部相對偏小，整體呈“弓形”，且開挖時間越長，位移數值越大。

(3)地表沉降伴隨深基坑工程的挖掘逐步增加，呈凹槽形狀，而其最大值是距基坑邊相應距離處，它的數值隨著基坑挖掘的深度增加而增加。

(4)在開挖基坑之前，立柱沉降由于上部蓋板傳輸而來的作用力增長到一定程度后，伴隨坑內土體卸載，底部呈現隆起，在其向上位移值超過沉降值的時候，立柱沉降變成隆起。