地鐵明挖基坑安全監(jiān)理研究

高金鎖

（中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，天津 300120）

1 引言

在城市人口隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展而不斷增加時(shí)，地下空間也得到開發(fā)[1]。當(dāng)前，隨著所建設(shè)基坑的規(guī)模越來(lái)越大、深度越來(lái)越深、與周邊建筑距離越來(lái)越近，以及地鐵車站基坑多通過(guò)明挖法進(jìn)行施工，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題。為使基坑穩(wěn)定性得到有效保障，對(duì)基坑施工開展研究非常有必要。而如何確保深基坑施工時(shí)的基坑穩(wěn)定性則是關(guān)鍵所在[2-3]。

2 工程概況

某地鐵車站結(jié)構(gòu)為地下兩層島式站臺(tái)，施工所用方法為明挖順作法。該地鐵車站處于平原地帶，有較為發(fā)育的河谷地貌、清晰的階地和開闊的漫灘。項(xiàng)目處于較為平坦的漫灘地貌，有115～119 m的地面標(biāo)高。從現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果可以知道，在勘探深度范圍內(nèi)的地下水組成包括地表水、孔隙潛水和孔隙承壓水。項(xiàng)目所處地基土分布較為不均，有較大的性質(zhì)變化，上部第四紀(jì)地層沉積輪回特征較為明顯，從上往下看分布有由細(xì)到粗的顆粒，具體組成如表1所示。

表1 工程地質(zhì)條件

3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)方案

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該車站有284 m的總長(zhǎng)度，為雙層三跨島式車站。站臺(tái)有14～16 m的寬度，標(biāo)準(zhǔn)段有23 m的寬度。有效站臺(tái)中心處頂板有3.5 m的覆土厚度，地面和頂板有2.1 m的距離，后期施工有約1.5 m的回填厚度，軌面有15.5 m的埋深。通過(guò)明挖法進(jìn)行車站主體和附屬結(jié)構(gòu)的施工。各基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法

項(xiàng)目一：圍護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫和滲漏水觀察。每天定點(diǎn)以目測(cè)的方式進(jìn)行巡視，具體監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定，需確保無(wú)明顯的滲漏水情況。

項(xiàng)目二：基坑周圍地表沉降和位移。以15～25 m的距離沿車站進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，對(duì)于基坑外部65 m的范圍則按照5～15 m的距離進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。在量測(cè)頻率中，對(duì)于開挖深度在5 m以下的基坑，按照1次/2d的頻率進(jìn)行量測(cè)，對(duì)于開挖深度在5～15 m的基坑，按照1次/d的頻率進(jìn)行量測(cè)，對(duì)于開挖深度在15 m的基坑，按照2次/d的頻率進(jìn)行量測(cè)，具體施工時(shí)有30 mm的允許值以及21 mm的警戒值。

項(xiàng)目三：基坑周圍建筑物沉降、傾斜和裂縫。通過(guò)經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，在施工時(shí)沿著建筑物4個(gè)角、高低有懸殊或新舊位置銜接處布置測(cè)點(diǎn)，需注意每棟建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)大于4個(gè)，并設(shè)置兩組觀測(cè)點(diǎn)。量測(cè)頻率與項(xiàng)目二和項(xiàng)目一致。

項(xiàng)目四：圍護(hù)墻（邊坡）頂水平位移和豎向沉降。以8～15 m的間距在圍護(hù)結(jié)構(gòu)每邊進(jìn)行布置，在基坑開挖時(shí)以1次/d的頻率進(jìn)行量測(cè)，在施工主體結(jié)構(gòu)時(shí)以1次/2d的頻率進(jìn)行量測(cè)，水平位移有0.3%H，H為基坑開挖深度，且小于50 mm的允許值和40 mm的警戒值，豎向位移有20 mm的允許值和18 mm的警戒值。

項(xiàng)目五：墻體水平位移。通過(guò)測(cè)斜孔和測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)控，以25～30 m的間距沿基坑邊布置觀測(cè)斷面，以2 m作為測(cè)點(diǎn)豎向間距，按照1次/2d的頻率進(jìn)行量測(cè)，有26 mm的允許值和21 mm的警戒值。

項(xiàng)目六：潛水、地下水位量測(cè)微承壓水。通過(guò)水位管和地下水位儀進(jìn)行量測(cè)，坑內(nèi)按照40 m的間距在坑內(nèi)四角點(diǎn)和矩邊中點(diǎn)設(shè)置測(cè)點(diǎn)，坑外在和基坑邊緣2 m的位置按照40 m的間距設(shè)置測(cè)點(diǎn)，按照1次/（1～2）d的頻率進(jìn)行量測(cè)。項(xiàng)目允許值為：坑內(nèi)應(yīng)大于1 m，坑外應(yīng)在0.5 m以下，且應(yīng)低于地面12.5 m，警戒值為0.8 m，坑外應(yīng)小于0.4 m且低于地面12 m。

項(xiàng)目七：鋼管支撐軸力。通過(guò)應(yīng)變儀和軸力計(jì)進(jìn)行量測(cè)，以50 m的間距沿基坑設(shè)置測(cè)點(diǎn)斷面，并在支撐兩端或中點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)，以1次/（1～2）d的頻率進(jìn)行量測(cè)，允許值為鋼管的設(shè)計(jì)軸力，警戒值為設(shè)計(jì)軸力的80%。

項(xiàng)目八：圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)。通過(guò)應(yīng)變儀和軸力計(jì)進(jìn)行量測(cè)，以50 m的橫向間距和5 m的豎向間距布置測(cè)點(diǎn)斷面，按照1次/（1～2）d的頻率進(jìn)行量測(cè)，允許值為300 N/mm2，警戒值為270 N/mm2。

在施工時(shí)，需將各項(xiàng)監(jiān)測(cè)值控制在一定范圍內(nèi)，若超出該范圍時(shí)就需要進(jìn)行“預(yù)警”。預(yù)警等級(jí)共有3級(jí)，分別為一級(jí)橙色、二級(jí)黃色和三級(jí)紅色。一級(jí)預(yù)警內(nèi)容為變形絕對(duì)值和速率值均達(dá)到85%的控制值或其中之一達(dá)到該值；二級(jí)預(yù)警內(nèi)容為變形絕對(duì)值和速率值達(dá)到70%的控制值或其中之一達(dá)到該值；三級(jí)預(yù)警內(nèi)容為變形絕對(duì)值和速率值達(dá)到控制值[4]。

3.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)于深基坑的施工監(jiān)測(cè)而言，圍護(hù)墻體水平位移是重要內(nèi)容。確保圍護(hù)墻體水平位移處于允許范圍內(nèi)可以在一定程度上確保基坑和周邊構(gòu)造物保持穩(wěn)定。在整個(gè)基坑中，應(yīng)確保施工位移最大值小于所允許位移的最大值。基于該項(xiàng)目施工特點(diǎn)，將其施工劃分為如下5種工況。

工況一：施工地下連續(xù)墻和臨時(shí)立柱樁。

工況二：施工第一層土體并進(jìn)行第一道混凝土支撐的架設(shè)。

工況三：施工第二層土體并進(jìn)行第二道鋼支撐的架設(shè)。

工況四：施工第三層土體并進(jìn)行第三道鋼支撐的架設(shè)。

工況五：基底開挖并進(jìn)行底板的澆筑。

從所得結(jié)果可知，在各個(gè)施工階段下圍護(hù)結(jié)構(gòu)有基本一致的變形規(guī)律，結(jié)構(gòu)變形隨著不斷加大的基坑開挖深度而不斷增大。在基坑開挖深度中部位置，圍護(hù)墻體水平位移有突出變化，在基坑底部的變化則較小，地下連續(xù)墻的變形表現(xiàn)為“弓”字形，隨著不斷加深的基坑開挖深度，負(fù)向位移不斷減小。在進(jìn)行第一層支撐底部的施工時(shí)，圍護(hù)墻沿深度方面的位移表現(xiàn)出三角形形狀；在進(jìn)行第二道支撐底部的施工時(shí)，在墻頂鋼筋混凝土支撐的影響下，隨著施工的不斷進(jìn)行，墻體位移在第一道支撐的約束下表現(xiàn)為“弓”字形分布，在進(jìn)行第三道和第四道支撐底部的施工時(shí)，在鋼筋混凝土支撐和預(yù)加軸力鋼支撐的影響下，地下連續(xù)墻朝向基坑的水平位移和位移最大值得到有效抑制而不斷減小，在進(jìn)行坑底的施工時(shí)，墻體兩端有較小的位移而中部則有較大的位移，最大位移保持在警戒值以下。

4 深基坑支護(hù)工程施工監(jiān)理

4.1 基坑開挖監(jiān)理

基坑施工時(shí)應(yīng)根據(jù)所編制的組織施工設(shè)計(jì)方法，按照分段分層、先支撐后開挖的方式進(jìn)行施工；在施工到支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)支撐的架設(shè)，在具體開挖時(shí)應(yīng)避免對(duì)鋼支撐造成碰撞；為使對(duì)立柱樁所造成的影響最小化，應(yīng)通過(guò)人工開挖的方式施工基坑樁基周邊0.5 m的土方；在施工時(shí)，應(yīng)周期性監(jiān)測(cè)樁位點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)對(duì)開挖施工進(jìn)行控制，以使基坑變形有所減少；在施工時(shí)應(yīng)按要求開展基坑降排水工作，以保證基坑整體的穩(wěn)定性，若開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)有樁間滲漏水的情況，則應(yīng)使用注漿等方式進(jìn)行封堵，避免基坑失水對(duì)環(huán)境造成影響；基于監(jiān)測(cè)信息，在必要時(shí)應(yīng)通過(guò)加密支撐等方式避免基坑圍護(hù)樁出現(xiàn)過(guò)大的變形。

4.2 基坑監(jiān)測(cè)監(jiān)理

監(jiān)控量測(cè)可以及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的不利因素，以便于采取針對(duì)性措施降低施工所產(chǎn)生的影響，確保施工質(zhì)量和安全。監(jiān)測(cè)單位應(yīng)基于設(shè)計(jì)需要以及有關(guān)規(guī)范進(jìn)行監(jiān)測(cè)方案的編制，方案的內(nèi)容應(yīng)含有監(jiān)測(cè)的目的、內(nèi)容、方法、要求和具體數(shù)值等[5]。進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目的內(nèi)容主要根據(jù)工程重要性和所處地質(zhì)環(huán)境等因素決定，在本項(xiàng)目中還結(jié)合設(shè)計(jì)要求選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。在該車站深基坑監(jiān)測(cè)中，其范圍主要有地面構(gòu)造物和地下管線的變形以及盾構(gòu)隧道的收斂和沉降等。在基坑監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)控制監(jiān)測(cè)值保持在允許值內(nèi)，若監(jiān)測(cè)值超出允許值，則應(yīng)及時(shí)停止施工并告知各有關(guān)單位以采取相應(yīng)措施。每次量測(cè)后應(yīng)通過(guò)回歸分析的方式對(duì)各個(gè)量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的預(yù)測(cè)，以對(duì)最終變化值進(jìn)行推算，掌握具體的變形規(guī)律，并據(jù)此推斷基坑穩(wěn)定性。

4.3 其他監(jiān)理內(nèi)容

在本項(xiàng)目中，其車站主體使用SWM工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，預(yù)防能力足夠。從調(diào)研結(jié)果上看，一般情況下不會(huì)有過(guò)大的涌水情況出現(xiàn)，但仍需重視突發(fā)漏水情況。對(duì)此應(yīng)確保配備有足夠的降水和排水設(shè)備，并設(shè)置有專人24 h對(duì)漏水情況進(jìn)行觀察，若遇到險(xiǎn)情，應(yīng)及時(shí)停止作業(yè)，且配合各項(xiàng)排水、封堵和降水等措施。若有不可抗力事件出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)通知總監(jiān)理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采取控制措施，使損失降到最低。在總監(jiān)理認(rèn)為應(yīng)停止施工時(shí)應(yīng)及時(shí)停止。

5 結(jié)論

1）圍護(hù)墻的水平位移、開挖深度均和時(shí)間有較大聯(lián)系，隨著不斷開挖的基坑以及架設(shè)的支撐，墻體變形從前傾不斷變化至“弓”形，在墻體中間部位出現(xiàn)有最大水平位移。

2）從基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體變形均處于警戒值內(nèi)，說(shuō)明現(xiàn)有支護(hù)結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，且具備一定的安全儲(chǔ)備。

3）施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合監(jiān)理理論和有關(guān)規(guī)范等展開全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以對(duì)施工工序質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，并基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)采取各項(xiàng)措施，以確保工程質(zhì)量和安全。