基坑上跨施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)影響監(jiān)測(cè)分析

代 杰 杜曉峰 鄒道磊 姜愛(ài)輝

（1、山東軌道交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司,山東 濟(jì)南 250014 2、山東軌道交通工程咨詢有限公司,山東 濟(jì)南 250014 3、菏澤市測(cè)繪院,山東 菏澤 2740324、山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院,山東 濟(jì)南 250358）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市建設(shè)密度不斷增大,地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的施工作業(yè)越來(lái)越多,尤其是近距離上跨既有地鐵線路施工,容易造成地鐵結(jié)構(gòu)破壞,危及運(yùn)營(yíng)安全[1]。為了保證既有地鐵結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全,除了在施工中采取相應(yīng)控制措施外,還需加強(qiáng)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[2],掌握其在施工作業(yè)過(guò)程中的變形信息,對(duì)可能發(fā)生的事故提供及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),避免事故的發(fā)生[3]。

本文通過(guò)對(duì)某石油管道遷改工程上跨濟(jì)南地鐵2號(hào)線過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析,掌握了地鐵結(jié)構(gòu)在上跨基坑施工全過(guò)程中的形變情況,結(jié)合相關(guān)水文地質(zhì)等資料,總結(jié)積累形變規(guī)律,可為今后同類工程提供類比依據(jù)。

1 工程概況

擬建石油管道位于地鐵區(qū)間隧道上方,與地鐵線路走向夾角約80°。管道基坑的深度約5m,開(kāi)挖寬度約11m,采用1:0.33 放坡開(kāi)挖,基坑底部距離隧道結(jié)構(gòu)頂部最小凈距約4.5m；管道采用開(kāi)挖預(yù)埋保護(hù)涵方式施工,兩組管涵尺寸皆為3.22m（寬）×1.5m（高）,管涵凈距約3.3m,擬建石油管道與地鐵區(qū)間隧道相對(duì)位置關(guān)系如圖1 所示。擬建場(chǎng)地地貌單元為山間平原～丘陵,地形較平坦。場(chǎng)地覆蓋層主要由黏性土、碎石土組成,上覆新近人工填土,下伏燕山期閃長(zhǎng)巖及奧陶系石灰?guī)r、泥灰?guī)r。場(chǎng)地內(nèi)地下水位在地鐵區(qū)間隧道底板以下,無(wú)需考慮地下水的影響。該項(xiàng)目位于地鐵特別保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),施工作業(yè)影響等級(jí)為特級(jí),基坑施工可能造成既有地鐵結(jié)構(gòu)的上浮和差異沉降變形。

圖1 擬建石油管道與地鐵區(qū)間隧道相對(duì)位置關(guān)系

2 監(jiān)測(cè)方案實(shí)施

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

在石油管道遷改施工過(guò)程中,需對(duì)濟(jì)南地鐵2 號(hào)線既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)范圍為區(qū)間與擬建石油管道基坑相交及兩側(cè)各6 倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)隧道結(jié)構(gòu),監(jiān)測(cè)范圍約70m。其中包括強(qiáng)烈影響區(qū)10m,監(jiān)測(cè)斷面間距為2m；顯著影響區(qū)20m,監(jiān)測(cè)斷面間距為5m；一般影響區(qū)40m,監(jiān)測(cè)斷面間距為10m。雙線共布設(shè)28 道斷面,具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)平面位置如圖2 所示。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)平面圖

每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上,在隧道拱底布設(shè)一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)道釘,在隧道拱頂、兩側(cè)拱腰各安裝一個(gè)棱鏡點(diǎn),在隧道拱腳處管片兩側(cè)各貼一個(gè)帶十字中心反射片作為一道接縫張開(kāi)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4],每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)位布設(shè)位置如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)位布設(shè)位置圖

2.2 監(jiān)測(cè)方法

拱底沉降監(jiān)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法,使用0.3mm/km 級(jí)精密電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)；拱頂沉降監(jiān)測(cè)采用中間設(shè)站三角高程法,管片結(jié)構(gòu)水平位移、相對(duì)收斂監(jiān)測(cè)采用極坐標(biāo)法,均使用0.5＂級(jí)高精度全站儀進(jìn)行觀測(cè)；管片接縫張開(kāi)量采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。

監(jiān)測(cè)工作自石油管道遷改施工開(kāi)始,基坑開(kāi)挖、管涵澆筑及基坑回填期間監(jiān)測(cè)頻率為1 次/1 天,基坑回填1 個(gè)月內(nèi)監(jiān)測(cè)頻率為1 次/1 周,基坑回填1～2 個(gè)月內(nèi)監(jiān)測(cè)頻率為1 次/2 周,基坑回填2～3 個(gè)月內(nèi)監(jiān)測(cè)頻率為1 次/1 月。

2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目自2019 年9 月15 日起開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作,至2020 年3 月2 日監(jiān)測(cè)工作結(jié)束,共完成監(jiān)測(cè)92 次,區(qū)間受影響段隧道結(jié)構(gòu)在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)未出現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警情況。

2.3.1 拱底、拱頂沉降

拱底沉降共28 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),累計(jì)變化量范圍在+2.37mm～-1.56mm 之間,其中累計(jì)最大上浮變化量+2.37mm 發(fā)生位置為Y2斷面拱底,發(fā)生時(shí)間為2019 年11 月30 日（西側(cè)管涵結(jié)構(gòu)施工）；累計(jì)最大下沉變化量-1.56mm 發(fā)生位置為Y5 斷面拱底,發(fā)生時(shí)間為2019 年12 月28 日（基坑回填）。部分特征監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形- 時(shí)間曲線如圖4 所示。

圖4 拱底沉降變形- 時(shí)間曲線圖

圖5 拱頂沉降變形- 時(shí)間曲線圖

拱頂沉降共28 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),累計(jì)變化量范圍在+1.50mm～-2.90mm 之間,其中累計(jì)最大上浮變化量+1.50mm 發(fā)生位置為Z11斷面拱頂,發(fā)生時(shí)間為2019 年10 月24 日（東側(cè)管涵結(jié)構(gòu)施工）；累計(jì)最大下沉變化量-2.90mm 發(fā)生位置為Z6 斷面拱頂,發(fā)生時(shí)間為2019 年11 月19 日（西側(cè)管涵管道安裝）。

如圖4、5 所示,地鐵隧道拱底、拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)相似,基坑開(kāi)挖及管涵結(jié)構(gòu)施工階段管片結(jié)構(gòu)多數(shù)呈現(xiàn)不同程度上浮,由于基坑采用分區(qū)分時(shí)段開(kāi)挖且支護(hù)較及時(shí),上浮量較小且趨勢(shì)較為平緩,至管涵結(jié)構(gòu)施工完成且基坑未回填時(shí)上浮達(dá)到最大值；基坑回填后管片結(jié)構(gòu)因土方回填發(fā)生小幅沉降,回填完成后管片結(jié)構(gòu)變形趨于平穩(wěn)。

2.3.2 管片結(jié)構(gòu)水平位移

管片結(jié)構(gòu)水平位移共56 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),左線水平位移累計(jì)變化量范圍在+2.00mm～-3.2mm 之間,右線水平位移累計(jì)變化量范圍在+1.8mm～-3.1mm 之間,其中左線累計(jì)最大右（南）移量+2.00mm 發(fā)生位置為Z1 斷面左（北）側(cè)拱腰,發(fā)生時(shí)間為2019年12 月1 日（西側(cè)管涵結(jié)構(gòu)施工）；左線累計(jì)最大左移量-3.2mm 發(fā)生位置為Z2斷面左側(cè)拱腰,發(fā)生時(shí)間為2019 年10 月25 日（東側(cè)管涵結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)）。右線累計(jì)最大右移量+1.8mm 發(fā)生位置為Y1 斷面右側(cè)拱腰,發(fā)生時(shí)間為2019 年9 月26 日（東側(cè)基坑開(kāi)挖至底）；右線累計(jì)最大左移量-3.1mm 發(fā)生位置為Y3 斷面左側(cè)拱腰,發(fā)生時(shí)間為2019 年10 月22 日（東側(cè)管涵結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)）。

如圖6、7 所示,由于基坑基坑采用分區(qū)分時(shí)段開(kāi)挖,地鐵隧道左（北）側(cè)區(qū)域最先開(kāi)挖,土體卸荷引起管片結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)左移趨勢(shì)；由于開(kāi)挖基坑較為狹長(zhǎng)且開(kāi)挖量不大,管片結(jié)構(gòu)左移量較??；自地鐵隧道右（南）側(cè)區(qū)域開(kāi)挖至基坑回填,管片結(jié)構(gòu)出現(xiàn)右移并逐漸趨于平穩(wěn)[4]。

圖6 左線水平位移變形- 時(shí)間曲線圖

圖7 右線水平位移變形- 時(shí)間曲線圖

2.3.3 管片結(jié)構(gòu)相對(duì)收斂、接縫張開(kāi)量

管片結(jié)構(gòu)相對(duì)收斂共28 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),累計(jì)變化量范圍在+2.46mm～-3.19mm之間,其中累計(jì)最大張開(kāi)變化量+2.46mm發(fā)生位置為Y4 斷面拱腰,發(fā)生時(shí)間為2019 年12 月6 日（西側(cè)管涵結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)）；累計(jì)最大收縮變化量-3.19mm 發(fā)生位置為Z2 斷面拱腰,發(fā)生時(shí)間為2019 年11月30 日（西側(cè)管涵結(jié)構(gòu)施工）。

管片接縫張開(kāi)量共28 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),累計(jì)變化量范圍在+0.92mm～-1.07mm 之間,其中累計(jì)最大張開(kāi)變化量+0.92mm 發(fā)生位置為Y1 斷面拱腳,發(fā)生時(shí)間為2019年9 月20 日（東側(cè)管涵基坑開(kāi)挖）；累計(jì)最大收縮變化量-1.07mm 發(fā)生位置為Z3斷面拱角,發(fā)生時(shí)間為2019 年12 月28 日（基坑已回填）。

如圖8、9 所示,由于開(kāi)挖基坑較為狹長(zhǎng)且分段開(kāi)挖,整體開(kāi)挖擾動(dòng)引起的地鐵管片結(jié)構(gòu)相對(duì)收斂、接縫張開(kāi)量變形量較小且趨勢(shì)平緩。需注意的是隧道水平位移和收斂在監(jiān)測(cè)過(guò)程中受地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工的影響,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有所波動(dòng),但整體較為穩(wěn)定。

圖8 相對(duì)收斂變形- 時(shí)間曲線圖

圖9 管片接縫張開(kāi)量變形- 時(shí)間曲線圖

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)對(duì)石油管道基坑上跨施工過(guò)程中地鐵隧道的變形進(jìn)行分析,結(jié)合工程施工進(jìn)度,可知地鐵隧道變形規(guī)律與石油管道施工進(jìn)度基本保持一致,地鐵隧道結(jié)構(gòu)隨基坑開(kāi)挖土體卸載、管涵回筑基坑回填等工序呈先升后降的趨勢(shì),整體變形幅度較小,未發(fā)生預(yù)警,隧道結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中保持良好的狀態(tài),整體安全可控。

3.2 對(duì)于基坑施工位于地鐵隧道正上方時(shí),通過(guò)選取分區(qū)分時(shí)段對(duì)稱開(kāi)挖的方式,可減小基坑施工過(guò)程對(duì)地鐵隧道的擾動(dòng)影響,保證地鐵結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)安全。