盾構深基坑開挖對周邊環境影響監測分析

田兆平

(中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250101)

1 概述

近些年隨著國家經濟快速崛起，城市化發展也在不斷提速，同時城市人口也隨之增加。為了緩解城市壓力，提高居民生活質量，大力發展地下空間工程是城市發展的新方向。但這些基坑大多處于城市的中心或者靠近城市中心的位置，這些基坑所處的周圍環境十分復雜，甚至還有地下水等復雜的地質環境，那么工程基坑開挖就有可能對基坑周邊土體和構筑物產生影響。一般情況下只要支護得當、施工過程規范合理，就能減小基坑開挖對周邊環境的影響。

目前，國內外學者對深基坑工程做了大量的實驗研究，也取得了豐碩的研究成果。李國寶[1]運用修正劍橋模型對深基坑開挖對鄰近復雜周邊環境變形的影響進行了數值與現場的對比研究；薛劍林等[2-3]對軟土深基坑周邊環境監測的相關關鍵技術進行了分析研究；施有志、李秀芳、林樹枝[4]以廈門軌道交通1號線為依托，對城市中心地帶深基坑開挖對周邊高架橋墩、市政管線的影響進行了實測分析；宮鶴、熊智彪、宋世豪等[5]研究了復雜周邊環境深基坑的支護結構設計，以及現場監測數據分析；陽吉寶、陳建蘭、謝芝蕾等[6]通過多種分坑施工法模擬研究，得到了控制深基坑周邊環境變形的最優施工方法；牟建華[7]對建筑基坑周邊環境巡視監測方法進行了研究分析，建立一套基坑風險源識別預警處理機制；孫超、許成杰[8]運用Midas GTS/NX軟件與實測數據對比分析的方式，研究了基坑開挖對周邊環境的變化規律。

2 工程概況

2.1 工程概況

濟南黃河隧道位于濟南市天橋區濼口南路交叉口向南400 m，穿北繞城高架，于濼口浮橋處穿越黃河及北大堤，在鵲山水庫西南側順接G309國道。全長約4 760 m，包括穿黃河隧道3 850 m、接線道路910 m及相關的附屬工程。

南岸明挖段隧道位于濟濼路北段，自南向北依次為汽修廠站、軌道交通與市政道路合建段、南岸大盾構接收井，距離黃河南岸大堤約340 m，現狀主要為市政道路。工程范圍包含交通疏解及管線改移。

2.2 設計概況

南岸汽修廠站起止里程DK0-000.900～DK000+298.400，公路隧道起點里程為EK000+270.000，在地鐵隧道右DK000+388.401處中止，圍護結構采用地下連續墻和灌注樁，圍護結構地下連續墻單元槽段共153幅，其中23幅異型槽段，130幅標準槽段。汽修廠站圍護結構采用800 m地下連續墻+內支撐支護形式，地下連續墻采用“H”型鋼接頭防水，連接處外側設置3根高壓旋噴樁接縫止水。車站上方隧道圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐支護形式，樁間采用高壓旋噴樁擺噴+掛網噴射混凝土擋土。

車站上方隧道圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐支護形式，樁間采用高壓旋噴樁擺噴+掛網噴射混凝土擋土。

2.3 工程及水文地質條件

1)工程地質條件。

勘探深度范圍地層共分15層，主要為第四系全新統沖積、沖洪積粉質黏土、粉土、砂層及中生代燕山期晚期侵入巖輝長巖，表層局部為人工填土。南岸現狀主要為路面及兩側人行道，下部堆填碎磚塊、灰渣及灰土墊層，局部欠壓密，厚度0.5 m～4.8 m。

“霍尼韋爾擁有世界領先的管理經驗，也是業內一流的實戰專家，是該項目理想的合作伙伴。此次合作將幫助我們更好地實現打造創新型的精細化工旗艦企業的夢想。”中化集團化工事業部副總裁王軍表示，“同時也將推動中國精細化工領域技術和商業模式的創新。”

2)水文地質條件。

南岸明挖施工區域為黃河Ⅰ級階地，地下水埋藏深度1.4 m～1.5 m，高程為22.56 m～23.12 m。地下水類型為第四系松散覆蓋層的孔隙潛水。地下水補給主要靠黃河水入滲、降水補給、排泄和蒸發及居民生活排污水為主。地下水徑流方向為由臨河向背河區滲透。

3 基坑周邊環境

山東黃河醫院位于汽修廠站基坑西側，建筑物地上有6層，部分是7層結構，基礎埋深標高約18.8 m，距離車站主體基坑13.77 m，風險等級為二級。

根據黃河醫院建筑情況，主體建筑主要是監測臨近基坑的急診大樓，根據建筑物的特點，布置5組監測點，如圖1所示，在樓層上部、底部點位布置反光片點位進行監測。

中凱石油加油站位于汽修廠站基坑的東側位置，加油站的儲油罐位于基坑40 m左右，而且屬于加油站的重地，不允許進入院內進行監測，所以我們選擇了加油站外圍距離基坑較近，風險等級高的位置作為監測點，這些監測點已經可以完全預測加油站沉降，足以判斷加油站內的安全性。根據建筑物的特點，布置5組監測點，如圖2所示，然后在房屋的上部點位布置反光片進行監測。

4 監測點布設與保護

4.1 豎向位移監測網布設

豎向位移監測控制網應和工程高程系統保持一致，應當與之形成閉合、附合或結點網，基準點應該確保3個以上，如果基準點與監測的工程距離較長，造成監測工作不便捷，可以布設工作基點。

基準控制網是由基準點和工作基點所構成的，豎向位移監測網則是由基準點、工作基點和變形觀測點所構成的。最常用的監測路線采用閉合往返、附合或環線閉線路，而且每一次監測都應將工作基點監測包括在內。

4.2 豎向位移控制點布設及保護要求

豎向位移基準點和工作基點應該按照設計和規范要求的設置在相應的監測影響范圍之外，基準點應布設在影響區之外通視條件方便、地質條件穩定的地方，而工作基點應在次要影響區之外。

布設水準基準點標石的埋設方法：基準點宜采用鉆機鉆孔，鉆孔深度應鉆至穩定土層為止，然后將鋼管放入鉆孔內，孔底用混凝土將其封堵，厚度宜為36 cm，基點底靴的厚度設置為1 m；然后用磚塊砌筑壁厚24 cm、井深1 m、井底墊圈尺寸為37 cm×37 cm的保護井壁；井蓋大多采用直徑為80 cm的鋼材；井口標高與地面標高宜保持一致；基準點外管直徑為φ75 mm，內管直徑為φ30 mm，基準點頂部應與井蓋保持30 cm的間距，井底墊圈與基準點頂部的距離宜為70 cm。

4.3 監測點布設

4.3.1 地表沉降測點布設

地表沉降是反映基坑周邊土體變化情況的最直觀的監測手段，也是基坑的基本監測項目。測點按設計圖紙要求布設，布設方法：對水泥地面一般使用沖擊鉆鉆出直徑15 cm的鉆孔，然后放入長度0.8 m～1 m,φ20～φ30的鋼筋，孔底澆筑混凝土固定，待凝固后用沙子回填，上部加蓋φ140 mm的保護蓋。

4.3.2 周邊建筑物沉降測點布設

建筑物沉降監測點埋設標準如下：

1)在基坑開挖前應將建筑物沉降監測點布設完成，來確保施工過程監測數據的準確性。

2)該監測點大多采用L型沉降標，在建筑物的基礎或墻體上使用沖擊鉆在拐角處鉆孔，將環氧樹脂膠置入孔內，然后L型沉降標攜入孔中。

3)建筑物沉降監測點斷面間距為10 m，橫斷面監測點間距15 m。

5 施工工況

根據基坑的相關設計要求、形狀尺寸以及基坑所采用的支護等，對基坑開挖采用分層、分階段的形式。基坑的施工過程包括：1)圍護結構施工；2)基坑開挖支護；3)主體結構施工。依據相關規定和標準，將汽修廠站深基坑開挖分為5種工況，如表1所示。

表1 汽修廠站深基坑施工工況

6 監測數據分析

6.1 地表沉降數據分析

因測量數據十分龐大，本文僅選取臨近周邊建筑物附近的4個斷面12個監測點數據進行分析，由于現場布設條件有限，本工程地表沉降點每個斷面布設3個監測點，布設間距為2 m，5 m，8 m。選取的監測斷面編號分別為DBC25-1～25-3，DBC26-1～26-3，DBC36-1～36-3，DBC37-1～37-3。各斷面監測點時程曲線圖見圖3。

根據圖3可以看出，隨著基坑的開挖，各斷面的地表沉降點的變化量均不斷增大，且增長變化速率呈現為先急后緩的趨勢，從圖3還可發現每個斷面的2號監測點是變化量最大的點，產生這種情況的主要原因是2號點位于主要影響區內，是地表沉降敏感區，因而產生的沉降量較大。選取的四組斷面沉降量最大值分別為-18.020 36 mm,-18.569 01 mm，-9.756 79 mm，-14.536 20 mm。

與此同時，本文還對選取的四組斷面監測點進行了另一種分析處理，研究了同一斷面的各監測點，在距離基坑不同距離條件下，其沉降變化量的變化形式如圖4所示。

根據圖4所示的四組斷面監測點分析圖來看，隨著基坑逐漸開挖，每個斷面的監測點變化趨勢基本呈現為“V”型，同一斷面中的2號監測點沉降量是最大的。同時還可以看出，隨著基坑深度的增加，各監測點基本上是逐漸沉降的狀態，斷面DBC36和DBC37在工況三、四、五出現沉降波動，可能是由于現場有材料堆積、大型吊裝設備作業等，對數據產生影響。

6.2 周邊建筑物數據分析

汽修廠站基坑周邊主要對兩座建筑物進行了監測，分別是基坑東側的中凱石油加油站和基坑西側的濟南黃河醫院。兩棟建筑物根據相關要求，分別布設了5組監測點，中凱石油加油站布設的5個監測點分別為JGC1～JGC5，濟南黃河醫院布設的5個監測點分別為JGC6～JGC10，圖5，圖6是分別對中凱石油加油站和濟南黃河醫院的監測數據分析情況。

通過圖5，圖6可以看出，基坑周邊建筑物隨著基坑深度逐漸加深，其沉降量也隨著不斷變大，基本上所有監測點都發生了下沉現象，但是其變化速率基本平穩，說明現場施工流程合理，基坑開挖過程中，支撐架設及時，土壓力釋放不多；基坑開挖處于工況一和工況三階段時，變化速率稍快一些，主要由于基坑深度增加，土壓力釋放增大；同時靠近基坑一側的監測點發生的沉降量要比遠離基坑的測點沉降量要大，中凱石油加油站沉降變化最大點是JGC4，其沉降值為-16.035 65 mm，濟南黃河醫院的沉降變化最大點是JGC8，其沉降值為-16.461 79 mm。

7 結語

通過對濟南穿黃隧道工程汽修廠段基坑開挖時對周邊環境的影響研究，對所得監測數據進行分析得到以下結論：

1)周邊地表沉降隨著基坑的開挖，其沉降變化量不斷增大，變化速率呈現為先急后緩的趨勢，同時最大沉降點出現在主要影響區內的2號監測點。2)隨著基坑逐漸開挖，周邊地表沉降每個斷面的監測點變化趨勢基本呈現為“V”型，斷面DBC36和DBC37在工況三、四、五出現沉降波動。3)基坑周邊建筑物隨著基坑深度逐漸加深，其沉降量也隨著不斷變大，但其變化速率基本平穩，處于工況一和工況三階段時，變化速率稍快一些，同時靠近基坑一側的監測點發生的沉降量比遠離基坑的測點沉降量要大。