地鐵車站施工中的深基坑支護監(jiān)測控制

沙原亭

（廊坊市中鐵物探勘察有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

在地鐵車站的施工過程當(dāng)中，整個深基坑支護項目承載著地鐵車站的穩(wěn)定性和安全性，而對地鐵站施工深基坑支護進行監(jiān)測控制是保障整個工程安全可靠的重要依據(jù)，同時對于掌握支護結(jié)構(gòu)周邊土體變形以及地下水位的變化和支護結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)也有著積極的參考作用。

另外，整個監(jiān)測過程當(dāng)中還可以通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，并采取措施應(yīng)對。但在此過程當(dāng)中，只有采用科學(xué)合理的監(jiān)測控制，才能達到信息化施工的目的，最終實現(xiàn)地鐵站施工安全質(zhì)量的提升。

以天津地鐵某在建車站為依據(jù)，詳述在地鐵車站深基坑開挖過程中監(jiān)測對安全生產(chǎn)的控制作用。

1 工程概況

天津地鐵某在建車站總長248.49m，車站縱向由小里程向大里程為2‰ 上坡，車站范圍正線線間距15.7m。

島式站臺車站，有效站臺寬度12.5m，本站工籌為大里程盾構(gòu)始發(fā)站。

同時，主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段總寬度為21.6m，標(biāo)準(zhǔn)段為地下兩層雙柱三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，站臺中心線處底板底埋深約16.774m。本站設(shè)置四組風(fēng)亭以及兩個出入囗。

車站主體采用明挖順法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用800mm 厚鋼筋混凝土連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式。車站標(biāo)準(zhǔn)段總寬度為21.6m，基坑深為16.774m；大里程盾構(gòu)井段寬26.2m 基坑深約18.407m[1]。

2 地鐵車站施工中的深基坑支護監(jiān)測重點

2.1 圍護結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測

在支護工程中圍護結(jié)構(gòu)的作用非常明顯也非常關(guān)鍵。因此，必須要做好其位移與沉降的監(jiān)測，方能保證其功能的穩(wěn)定，并充分發(fā)揮突出的擋土、止水作用。在進行圍護結(jié)構(gòu)位移與沉降監(jiān)測時，應(yīng)結(jié)合地鐵站施工實際情況，根據(jù)支護中所在區(qū)域?qū)嶋H綜合設(shè)置監(jiān)測點，整個監(jiān)測點的布置以坐標(biāo)法為基礎(chǔ)、以高精度全站儀為支持、以調(diào)整軟件數(shù)據(jù)指標(biāo)為參考，經(jīng)過綜合對比分析確定坐標(biāo)。

該案例車站圍護結(jié)構(gòu)頂水平位移采用坐標(biāo)法，在實際監(jiān)測過程各種最大變化量為11.7mm；在施工過程中結(jié)合不同的施工工況并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對施工方施工工序提出了合理化建議，此監(jiān)測項目控制值均在設(shè)計要求范圍之內(nèi)（見圖1）。

圖1 圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移變化歷時曲線

2.2 圍護結(jié)構(gòu)隆沉監(jiān)測

案例中的地鐵車站位于城中心，施工范圍內(nèi)不僅擁有復(fù)雜的地下管線鋪設(shè)，且周邊建筑較為密集。圍護結(jié)構(gòu)在土方開挖過程中受到開挖卸載影響，產(chǎn)生一定程度的隆起。當(dāng)隆起量過大時，容易造成基坑支護體系的失穩(wěn)現(xiàn)象或者發(fā)生基底突涌的可能，故應(yīng)采用精密水準(zhǔn)的方法加強對圍護結(jié)構(gòu)隆沉的監(jiān)測。

經(jīng)最終統(tǒng)計，圍護結(jié)構(gòu)頂部隆沉變化最大為14.81mm（ZQC-02），雖然其在控制范圍之內(nèi)，但可看出此監(jiān)測項目已經(jīng)表現(xiàn)出較為明顯的隆起變化，并已經(jīng)接近20mm 的設(shè)計控制值；從歷時曲線圖1 上也可看出，此監(jiān)測項目所有測點基本均表現(xiàn)出隆起的趨勢，如在施工過程無監(jiān)測控制，則極其容易出現(xiàn)由于不了解圍護結(jié)構(gòu)變化趨勢無法及時調(diào)整施工工序或采取措施而導(dǎo)致的基坑失穩(wěn)現(xiàn)象[2]。

2.3 深層水平位移監(jiān)測

圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移的監(jiān)測是為了保證支護結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，從而在不受任何應(yīng)力的影響下良好地發(fā)揮出其支撐作用。整個監(jiān)測過程首先要進行的就是測斜管埋設(shè)，測斜管由兩組縱向?qū)Р劢M成，埋設(shè)過程中方向尤為重要，一組導(dǎo)向槽的埋設(shè)方向保持垂直于基坑邊緣，而另一組導(dǎo)向槽的埋設(shè)方向則需要平行于基坑形成90o角，從而實現(xiàn)對測控方向的掌握。

該案例中圍護結(jié)構(gòu)水平位移共計布設(shè)20 組，在基坑開挖過程20 組監(jiān)測數(shù)據(jù)均有與施工工況較為貼合的變化趨勢并存在部分水平位移值超控制值而出現(xiàn)的監(jiān)測預(yù)警發(fā)生。

由右側(cè)深層水平位移變化曲線圖2 可知，在基坑開挖過程，基坑圍護結(jié)構(gòu)受到基坑內(nèi)土方開挖、基坑外側(cè)水、土合力影響均表現(xiàn)出較為明顯的向基坑內(nèi)方向位移的趨勢。在實際操作過程，ZQT-05、ZQT-06、ZQT-07 此3 個監(jiān)測孔均超出了設(shè)計控制值（30mm），發(fā)出黃色、橙色等不同級別監(jiān)測預(yù)警。

圖2 深層水平位移曲線圖

經(jīng)分析，圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯位移并部分監(jiān)測位置超出控制值的原因主要是受在開挖過程鋼支撐架設(shè)滯后的影響；受現(xiàn)場條件所限，部分鋼支撐架設(shè)無法滿足設(shè)計提出的在開挖到響應(yīng)位置后8 小時內(nèi)完成響應(yīng)鋼支撐架設(shè)的要求，從而導(dǎo)致了部分測點累計變化的超標(biāo)情況。后經(jīng)參加各方共同探討，施工單位調(diào)整了施工工序，基本滿足了設(shè)計要求的先撐后挖，圍護結(jié)構(gòu)變形也得到了有效控制[3]。

2.4 支撐內(nèi)力監(jiān)測

支撐內(nèi)力的分布對于支護施工作用的發(fā)揮有著非常明顯的影響，對其應(yīng)力進行監(jiān)測分析才能夠避免支護結(jié)構(gòu)受到內(nèi)力的影響而產(chǎn)生變形造成穩(wěn)定性下降。本地鐵站施工支護結(jié)構(gòu)鋼管支撐是手段之一，因此支撐軸力應(yīng)作為重點監(jiān)測對象。監(jiān)測過程以振弦式鋼筋計為主測量手法，反力計為驗證手法。測量布設(shè)時鋼筋計應(yīng)保持在同一截面內(nèi)形成四角測量，通過對其數(shù)值的讀取確定軸力，在反力計設(shè)置時為確保準(zhǔn)確監(jiān)測應(yīng)使其置于上下鋼支撐（見圖3）。

圖3 支撐軸力值歷時曲線圖

該地鐵車站土建施工階段基本自春季開始中間經(jīng)歷夏季高溫最終至秋季基本結(jié)束施工，在施工過程中支撐軸力隨開挖影響以及圍護結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)變形擠壓，表現(xiàn)出一定程度的變化，但整體在可控范圍之內(nèi)。從支撐軸力值曲線看到支撐軸力有一定程度的波動，主要是受到氣溫變化的影響。由于支撐體系、監(jiān)測元器件均為鋼質(zhì)材料，受熱脹冷縮影響相對明顯，故在分析監(jiān)測數(shù)據(jù)時應(yīng)綜合考慮外界因素影響。

2.5 基坑外水位監(jiān)測

該地鐵站施工作業(yè)面位于地下受地下水位影響較為明顯，在施工過程采用基坑內(nèi)降水的方式以滿足基坑開挖（見圖4）。因此，應(yīng)根據(jù)工程實際加強對基坑周邊水位監(jiān)測以綜合判斷基坑圍護結(jié)構(gòu)的止水效果，有明顯水位變化時及時采取措施避免出現(xiàn)漏水事故影響周邊環(huán)境穩(wěn)定。監(jiān)測過程當(dāng)中可以選擇干鋼尺為主要測量工具，也可以選擇電子水位計進行監(jiān)測。測量時觀測井的選擇應(yīng)該在水位相較高的點位，在水位管內(nèi)放入測頭讀取水位高程。應(yīng)重復(fù)測量4 次以上且保持讀數(shù)差在4mm 以內(nèi)才能夠避免明顯誤差產(chǎn)生，并選擇監(jiān)測的平均值來判斷支護穩(wěn)定性。

圖4 地下水位變化歷時曲線圖

該案例車站在開挖之前進行了降水試驗，后經(jīng)專家根據(jù)降水試驗數(shù)據(jù)進行論證確定周邊水位控制值為±3000mm。在工程實際實施過程，由于及坑內(nèi)水位降水影響，第二層承壓水在深度范圍內(nèi)存在一定程度水力聯(lián)系表現(xiàn)出響應(yīng)的降低趨勢，與降水試驗結(jié)果吻合；其他各層地下水位未表現(xiàn)出異常變化，綜合判斷圍護結(jié)構(gòu)止水效果較好，達到了預(yù)期目的。

3 地鐵車站施工中的深基坑支護監(jiān)測控制策略

3.1 根據(jù)工程實際，布設(shè)監(jiān)測點

監(jiān)測點的布設(shè)直接影響到監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和覆蓋性，所以為實現(xiàn)對深基坑支護監(jiān)測的有效控制在進行監(jiān)測點布置時，一定要根據(jù)工程實際選用科學(xué)方法進行布設(shè)。無論是監(jiān)測項目類型的選擇還是數(shù)量的確定都要進行綜合考慮，以實際施工為基礎(chǔ)，結(jié)合施工地質(zhì)條件以及整體設(shè)計要求和工程實現(xiàn)目標(biāo)進行科學(xué)布設(shè)。監(jiān)測點的布設(shè)過程當(dāng)中還應(yīng)該結(jié)合時間和空間條件以保證有效的物理變化量控制，通過對其內(nèi)在聯(lián)系的確定實現(xiàn)監(jiān)測變化規(guī)律的印證。

3.2 選擇監(jiān)測方法，確定監(jiān)測頻率

多種監(jiān)測方法的選擇能夠提供合理的參考，并對其他監(jiān)測結(jié)果進行適當(dāng)補充、印證。通過綜合監(jiān)測方法數(shù)據(jù)的結(jié)合方能確保施工質(zhì)量、完善施工進程。因此，在進行監(jiān)測方法的選擇時可以以前視固定點為基準(zhǔn)形成測量基線，選用全站儀進行測量完成對支護結(jié)構(gòu)頂部與基線距數(shù)值變化的測量。如果視線受限，則需要建立平面控制網(wǎng)利用全站儀進行水平角和水平距離的測量計算，以綜合化結(jié)果為參考實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況的分析。

在監(jiān)測頻率的確定上應(yīng)根據(jù)規(guī)范結(jié)合工期進度來選擇。例如，土方開挖時至底板澆筑時監(jiān)測頻率1-2 次/天；底板澆筑后到土方回填的整個階段比較漫長，所以每7-10 天進行一次監(jiān)測即可；基坑回填完畢后，應(yīng)繼續(xù)觀測，變形速率連續(xù)3 個月平均小于0.04mm/d，可停止監(jiān)測。另外，在特殊情況發(fā)生時應(yīng)加強化監(jiān)測密度，以確保及時掌握基坑受力變化。

3.3 執(zhí)行監(jiān)測工序，完善數(shù)據(jù)反饋

整個深基坑支護監(jiān)測過程應(yīng)該嚴(yán)格按照施工工序執(zhí)行監(jiān)測程序。儀器的選擇、監(jiān)測點的布設(shè)以及監(jiān)測頻率和數(shù)據(jù)的讀取上皆應(yīng)結(jié)合工程實際實現(xiàn)循序漸進的監(jiān)測。監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)，在基坑開挖前就要確定，此時要記錄初始值以方便工程施工監(jiān)測時的數(shù)據(jù)對比。整個工程進行的過程中，首先完成的是沉降監(jiān)測點的布設(shè)，整個布設(shè)應(yīng)覆蓋于所影響范圍內(nèi)地表、建筑物以及地下管線，該過程可以在控制網(wǎng)確定后進行；其次，進行的是測斜管的布設(shè)安裝，該過程在支護施工時同時進行；再次，水位管的布設(shè)，該過程在支護結(jié)構(gòu)、土體加固施工后進行；最后應(yīng)力計的埋設(shè)，應(yīng)力計的埋設(shè)應(yīng)該在支護結(jié)構(gòu)施工同步進行。值得注意的是，支護墻頂澆筑過程中需要同步進行位移監(jiān)測點、沉降監(jiān)測點的布設(shè)，同時做好監(jiān)測點的保護工作。

4 結(jié)語

由此工程案例在實施過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知，在地鐵工程深基坑施工過程中采取施工監(jiān)測是極為必要的，其能及時發(fā)現(xiàn)基坑圍護結(jié)構(gòu)、支護體系受施工影響的變形趨勢。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常變化時參加各方能夠得到及時反饋，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場施工工藝、工況情況綜合判斷分析基坑所處安全狀態(tài)，并及時采取必要的措施控制異常變化的持續(xù)發(fā)展，做到及時反饋設(shè)計，指導(dǎo)施工調(diào)整，最終確保基坑施工的安全進行。