徐州地鐵車站深基坑工程監(jiān)測(cè)控制值設(shè)置初探

何曉輝

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 天津 300133

地鐵車站往往修建在城市高度繁華地帶，周邊臨近密集的建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路、橋梁等風(fēng)險(xiǎn)源，安全風(fēng)險(xiǎn)大，工程監(jiān)測(cè)的有效性是控制和避免安全事件發(fā)生的關(guān)鍵，而監(jiān)測(cè)預(yù)警是整個(gè)工程監(jiān)測(cè)工作的核心[1]。監(jiān)測(cè)預(yù)警首先要有一定的控制標(biāo)準(zhǔn)來判定，而控制標(biāo)準(zhǔn)取值大小不僅直接關(guān)系到工程本體和周邊環(huán)境的安全，還對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)、施工組織、工期籌劃和工程造價(jià)等有較大影響，所以，監(jiān)測(cè)變形控制標(biāo)準(zhǔn)取值是否合理非常關(guān)鍵。

在變形控制標(biāo)準(zhǔn)研方面，國內(nèi)已有不少專家學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究工作，《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]規(guī)定支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值應(yīng)根據(jù)工程監(jiān)測(cè)等級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果等進(jìn)行確定，《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[3]規(guī)定，基坑和支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)控制值應(yīng)依據(jù)土質(zhì)特征、設(shè)計(jì)結(jié)果及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)等因素制定，兩本規(guī)范對(duì)于控制值的絕對(duì)值、相對(duì)值和變化速率均給出一定取值范圍；劉庭金[4]依托廣州地鐵一號(hào)線黃沙車站地鐵上蓋基坑工程，結(jié)合地鐵盾構(gòu)隧道保護(hù)經(jīng)驗(yàn)和管片環(huán)模型試驗(yàn)結(jié)果,提出盾構(gòu)隧道變形的控制值；張建全[5]等基于大量的工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料,給出了不同地層、不同工法的區(qū)間及車站地表沉降控制值的建議值。

本文依托徐州市已建成和在建的66座地鐵車站深基坑工程及其映射出來的周邊環(huán)境、巖土體和工程本體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和變形規(guī)律，利用歸納、統(tǒng)計(jì)的研究方法，更針對(duì)性的給出基于該市地鐵建設(shè)管理模式下的區(qū)域性的不同地層、不同支護(hù)型式深基坑工程主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)。

1 依托工程概況

根據(jù)徐州地鐵沿線地下水豐富、巖溶充分發(fā)育、地層上軟下硬、老城為“城上城”，具有變形隨機(jī)性、非線性、復(fù)雜性三大特點(diǎn)，根據(jù)徐州地質(zhì)特性將徐州地層分為土質(zhì)基坑、土巖結(jié)合基坑和巖石基坑三大類，其中土巖結(jié)合基坑和土質(zhì)基坑又從支護(hù)結(jié)構(gòu)上細(xì)分為“地連墻+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”和“圍護(hù)樁+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”。

本次收集徐州已建成和在建的1、2、3、6號(hào)線一期及3號(hào)線二期共計(jì)66座地鐵車站深基坑工程，涵蓋地表沉降測(cè)點(diǎn)6085處、深層水平位移測(cè)點(diǎn)1522處、墻（樁）頂水平位移測(cè)點(diǎn)1904處、墻（樁）頂沉降測(cè)點(diǎn)1904處、立柱沉降測(cè)點(diǎn)224處、潛層地下水位516處、建筑物沉降1604處、地下管線沉降2622處等，并按不同地層、不同支護(hù)型式歸納為5大類進(jìn)一步細(xì)分、統(tǒng)計(jì)。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 土質(zhì)基坑

(1)采用“圍護(hù)樁+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”的土質(zhì)基坑共收集19個(gè)站點(diǎn)，納入統(tǒng)計(jì)分析的地表測(cè)點(diǎn)1859處、深層水平位移測(cè)點(diǎn)401處、樁頂位移兼沉降測(cè)點(diǎn)537處、立柱沉降測(cè)點(diǎn)57處、地下管線沉降測(cè)點(diǎn)508處、地下水位測(cè)點(diǎn)244處、建筑物沉降測(cè)點(diǎn)454處。地表沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分析統(tǒng)計(jì)直方圖見圖1所示，最大變形值和基坑深度H相對(duì)關(guān)系見圖2所示。

圖1 土質(zhì)基坑地表測(cè)點(diǎn)沉降分布統(tǒng)計(jì)直方圖

圖2 土質(zhì)基坑地表測(cè)點(diǎn)沉降累計(jì)值與基坑深度關(guān)系

圖1反映出采用“圍護(hù)樁+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”的土質(zhì)基坑周邊地表以沉降為主、少量測(cè)點(diǎn)隆起，隆沉量在-40mm～+10mm占比97%、隆沉量在-30mm～+10mm占比94%，總體來講與規(guī)范規(guī)定的工程監(jiān)測(cè)等級(jí)一級(jí)基坑控制值20mm～40mm上限值基本一致；圖2反映周邊地表沉降值與基坑深度比值最大為0.38%H、最小為0.06%H、平均為0.22%H，總體來講與規(guī)范規(guī)定工程監(jiān)測(cè)等級(jí)一級(jí)基坑的相對(duì)值0.2%H～0.3%H基本一致。建議地表沉降按絕對(duì)值40mm、相對(duì)值0.2%、速率4mm/d進(jìn)行控制。

同理，深層水平位移偏向基坑臨空側(cè)的變形量在0mm～+50mm占比91%、變形量在0mm～+40mm占比87%，接近與規(guī)范規(guī)定的工程監(jiān)測(cè)等級(jí)一級(jí)基坑控制值30mm～50mm上限值；深層水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.56%H、最小為0.06%H、平均為0.25%H，與規(guī)范規(guī)定工程監(jiān)測(cè)等級(jí)一級(jí)基坑的相對(duì)值0.2%H～0.3%H基本一致。建議深層水平位移按絕對(duì)值50mm、相對(duì)值0.25%、速率5mm/d進(jìn)行控制。

樁頂水平位移變形量在-10mm～+20mm占比94%，與規(guī)范規(guī)定基坑控制值15mm～25mm基本一致；土質(zhì)基坑樁頂水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.09%H、最小為0.01%H、平均為0.05%H，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定基坑的相對(duì)值0.1%H～0.15%H。建議樁頂水平位移按絕對(duì)值20mm、相對(duì)值0.1%、速率2mm/d進(jìn)行控制。

樁頂沉降變形量在-10mm～+20mm占比97%，與規(guī)范規(guī)定控制值15mm～25mm基本一致；樁頂沉降變形值與基坑深度比值最大為0.07%H、最小為0.01%H、平均為0.05%H。建議樁頂沉降按絕對(duì)值20mm、相對(duì)值0.1%、速率2mm/d進(jìn)行控制。

基坑周邊建（構(gòu)）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比96%，與規(guī)范規(guī)定的建（構(gòu)）筑物控制值10mm～30mm基本一致；土質(zhì)基坑周邊建（構(gòu)）筑物沉降變形值與基坑深度比值最大為0.15%H、最小為0.02%H、平均為0.08%H，這是規(guī)范中沒有衡量的一項(xiàng)指標(biāo)。建議周邊建（構(gòu)）筑物沉降按絕對(duì)值20mm、相對(duì)值0.1%、速率2mm/d進(jìn)行控制。

地下管線隆沉量在-20mm～+10mm占比94%、隆沉量在-30mm～+10mm占比100%，與規(guī)范規(guī)定的地下管線控制值10mm～30mm基本一致；土質(zhì)基坑地下管線隆沉值與基坑深度比值最大為0.28%H、最小為0.01%H、平均為0.12%H，這是規(guī)范中沒有衡量的一項(xiàng)指標(biāo)。建議“地下管線沉降按絕對(duì)值30mm、相對(duì)值0.15%、速率3mm/d進(jìn)行控制。

(2)采用“地連墻+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”的土質(zhì)基坑共收集12個(gè)站點(diǎn)，納入統(tǒng)計(jì)分析的地表測(cè)點(diǎn)1278處、深層水平位移測(cè)點(diǎn)349處、墻（樁）頂位移兼沉降測(cè)點(diǎn)381處、立柱沉降測(cè)點(diǎn)56處、地下管線沉降測(cè)點(diǎn)617處、地下水位測(cè)點(diǎn)88處、建筑物沉降測(cè)點(diǎn)336處。采用和3.1.1章節(jié)同樣的分析統(tǒng)計(jì)方法，可以得出周邊地表隆沉量在-40mm～+10mm占比91%，地表沉降值與基坑深度比值最大為0.41%H、最小為0.08%H、平均為0.23%H；深層水平位移變形量在0mm～+60mm占比74%，深層水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.65%H、最小為0.09%H、平均為0.31%H；墻頂水平位移變形量在-10mm～+20mm占比98%，墻頂水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.09%H、最小為0.02%H、平均為0.06%H；墻頂豎向位移量在-10mm～+20mm占比97%，墻頂豎向位移值與基坑深度比值最大為0.08%H、最小為0.01%H、平均為0.04%H；周邊建（構(gòu)）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比98%，建（構(gòu)）筑物沉降變形值與基坑深度比值最大為0.17%H、最小為0.03%H、平均為0.09%H；地下管線隆沉量在-30mm～+10mm占比90%，地下管線隆沉值與基坑深度比值最大為0.30%H、最小為0.02%H、平均為0.14%H。

2.2 土巖結(jié)合基坑

(1)采用“圍護(hù)樁+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”的土巖結(jié)合基坑共收集29個(gè)站點(diǎn)，納入統(tǒng)計(jì)分析的地表測(cè)點(diǎn)2483處、深層水平位移測(cè)點(diǎn)632處、樁頂位移兼沉降測(cè)點(diǎn)807處、立柱沉降測(cè)點(diǎn)104處、地下管線沉降測(cè)點(diǎn)1244處、地下水位測(cè)點(diǎn)149處、建筑物沉降測(cè)點(diǎn)655處。采用同樣的分析統(tǒng)計(jì)方法，可以得出周邊地表隆沉量在-20mm～+10mm占比95%，地表沉降值與基坑深度比值最大為0.29%H、最小為0.03%H、平均為0.15%H；深層水平位移變形量在0mm～+30mm占比97%，深層水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.41%H、最小為0.02%H、平均為0.16%H；樁頂水平位移變形量在-20mm～+20mm占比94%，樁頂水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.07%H、最小為0.01%H、平均為0.04%H；樁頂豎向位移量在-10mm～+20mm占比94%，樁頂豎向位移值與基坑深度比值最大為0.07%H、最小為0.01%H、平均為0.05%H；周邊建（構(gòu)）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比92%，建（構(gòu)）筑物沉降變形值與基坑深度比值最大為0.10%H、最小為0.01%H、平均為0.06%H；地下管線隆沉量在-20mm～+10mm占比92%，地下管線隆沉值與基坑深度比值最大為0.12%H、最小為0.01%H、平均為0.07%H。

(2)采用“地連墻+首道砼支撐+內(nèi)鋼支撐”的土巖結(jié)合基坑共收集5個(gè)站點(diǎn)，納入統(tǒng)計(jì)分析的地表測(cè)點(diǎn)331處、深層水平位移測(cè)點(diǎn)111處、墻頂位移兼沉降測(cè)點(diǎn)150處、立柱沉降測(cè)點(diǎn)35處、地下管線沉降測(cè)點(diǎn)253處、地下水位測(cè)點(diǎn)35處、建筑物沉降測(cè)點(diǎn)79處。采用同樣的分析統(tǒng)計(jì)方法，可以得出周邊地表隆沉量在-40mm～+10mm占比87%，地表沉降值與基坑深度比值最大為0.25%H、最小為0.05%H、平均為0.21%H；深層水平位移變形量在0mm～+40mm占比82%，深層水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.41%H、最小為0.03%H、平均為0.22%H；墻頂水平位移變形量在-10mm～+10mm占比94%，墻頂水平位移變形值與基坑深度比值最大為0.09%H、最小為0.02%H、平均為0.06%H；墻頂豎向位移量在-20mm～+20mm占比100%，墻頂豎向位移值與基坑深度比值最大為0.08%H、最小為0.02%H、平均為0.06%H；周邊建（構(gòu)）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比100%，建（構(gòu)）筑物沉降變形值與基坑深度比值最大為0.11%H、最小為0.03%H、平均為0.07%H；地下管線隆沉量在-30mm～+10mm占比88%，地下管線隆沉值與基坑深度比值最大為0.19%H、最小為0.04%H、平均為0.13%H。

3 結(jié)論與建議

(1)從量級(jí)上來講，基于徐州市地鐵建設(shè)管理模式下的深基坑主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目絕對(duì)控制值由土質(zhì)基坑、土巖結(jié)合基坑和巖石基坑依次減小，且土質(zhì)基坑工程是安全控制的重點(diǎn)，為兼顧施工安全性和經(jīng)濟(jì)型，建議土質(zhì)基坑監(jiān)測(cè)控制值可適當(dāng)比規(guī)范規(guī)定值大一些，土巖結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)控制值可沿用規(guī)范規(guī)定值，巖石基坑監(jiān)測(cè)控制值宜比規(guī)范規(guī)定值小一些。

(2)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值同時(shí)包含絕對(duì)值、相對(duì)值和變形速率三部分進(jìn)行約束，使用時(shí)可進(jìn)一步劃分監(jiān)測(cè)預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警控制。

(3)基坑變形量與當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)管理、施工水平、支護(hù)結(jié)構(gòu)型式和水文地質(zhì)條件密切相關(guān)，變形控制取值大小對(duì)工程投資、施工措施、監(jiān)測(cè)工作量影響非常大，考慮工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性，建議各地收集以往已建成基坑工程資料，制定更貼合本地、更科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)。