地鐵車站明挖深基坑監(jiān)測(cè)分析研究

杜帥鋒

摘要：為確保地鐵深基坑開挖及地鐵施工安全，需要對(duì)基坑本身及周邊主要建筑物及地下管線進(jìn)行變形監(jiān)控。以某車站明挖基坑工程為背景，通過(guò)對(duì)基坑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容及周邊環(huán)境的分析，研究明挖基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律以及周邊環(huán)境的變形規(guī)律，保證基坑的順利開挖。

關(guān)鍵詞：地鐵；明挖基坑；監(jiān)測(cè)

0? ?引言

地鐵基坑的深度較大，基坑明挖不可避免的會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊土體的變形。當(dāng)變形過(guò)大時(shí)，會(huì)使地下管線遭到破壞。導(dǎo)致周邊建筑的沉降，嚴(yán)重的甚至?xí)鸸こ贪踩鹿省Ｒ虼耍瑢?duì)于地鐵明挖車站基坑變形的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是確保基坑安全施工的必不可少的手段。

常樂(lè)[1]總結(jié)常用的基坑監(jiān)測(cè)的手段及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，提出了變形監(jiān)測(cè)方法選擇的要點(diǎn)。李瀟[2]通過(guò)研究巖溶地區(qū)的基坑支護(hù)特點(diǎn)及變形規(guī)律，提出了針對(duì)于巖溶發(fā)育地區(qū)地鐵基坑工程監(jiān)測(cè)應(yīng)該注意的事項(xiàng)及重點(diǎn)。羅偉庭[3]通過(guò)留仙洞站的基坑監(jiān)測(cè)的研究，總結(jié)了深圳地區(qū)錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑變形規(guī)律。

本文以某地鐵車站深基坑為依托工程，通過(guò)研究其基坑開挖期間的支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物的變形規(guī)律，提出該地區(qū)粉質(zhì)黏土地層基坑施工的建議，為后續(xù)類似地質(zhì)條件下的基坑施工及監(jiān)測(cè)提供一定的經(jīng)驗(yàn)。

1? ?工程概況

1.1? ?工程基本情況

臨港站中心里程右DK31+170.914，起始里程右DK31+

022.414，終點(diǎn)里程右DK31+261.314，車站長(zhǎng)度為238.9m。頂板覆土約3.0～3.5m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度為20.7m，埋深約16.2m；端頭井外包寬25.9m，埋深約18.1m。車站兩端均接盾構(gòu)區(qū)間，小里程端為盾構(gòu)接收，大里程端為盾構(gòu)始發(fā)。臨港站車站總平面圖如圖1所示。基坑深度為15.6～17.7m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，基坑內(nèi)降水。

1.2? ?地質(zhì)概況

擬建車站位于黃河沖積平原地貌單元。地貌成因類型為沖洪積平原和沖積平原。地形較為平坦，擬建站址區(qū)域內(nèi)勘探點(diǎn)地面高程為20.74～22.24m。

鉆探深度范圍內(nèi)揭露第四系地層有1-1素填土、1-2雜填土、2-1粉質(zhì)黏土、2-3粉土、6-1粉質(zhì)黏土、7-1粉質(zhì)黏土、7-2粉土、9-1粉質(zhì)黏土、9-3粉土、10-1粉質(zhì)黏土、10-6粉土、13粉質(zhì)黏土含姜石、14-1粉質(zhì)黏土、16-1粉質(zhì)黏土。場(chǎng)地液化等級(jí)按輕微考慮。最大液化深度為2-3按粉土層底考慮。

1.3? ?水文條件

該工點(diǎn)位于徑流區(qū)，徑流由黃河流向小清河，地下水主要存在于粉土、粉砂等砂性土層中，地下水為地表潛水及孔隙水。地下水主要來(lái)源為以黃河為主的側(cè)向補(bǔ)給、降雨，以蒸發(fā)、地下水滲流以及人工取水為主要排泄方式。該分區(qū)勘察期間地下水位埋深為3.00～6.60m，由北向南沿地勢(shì)逐漸降低。常年最高地下水埋深可按地表考慮。

2? ?基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為了對(duì)可能發(fā)生的危及基坑安全、影響周邊建筑的因素進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，及時(shí)消除隱患，需要采取一定措施，降低事故發(fā)生的概率。基于此，在臨港站車站主體結(jié)構(gòu)施工期間，對(duì)自身結(jié)構(gòu)工程及沿線重要的地下、地面建（構(gòu)）筑物、地面道路等實(shí)施變形、內(nèi)力等方面的監(jiān)測(cè)[4-5]。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括：明挖基坑墻頂水平位移、明挖基坑墻頂豎向位移、明挖基坑墻體深層水平位移、明挖基坑周邊地表沉降、混凝土支撐軸力、鋼支撐軸力、地下水位、周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)等。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的控制值如表1所示。

3? ?監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)基坑的重要性等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)滿足下列要求：

3.1? ?支護(hù)樁頂部水平位移

位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿基坑四周均勻布置，基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)，測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)在10～20m。且沿基坑每條輪廓線的中間位置、折角位置、基坑深度變化位置、緊鄰風(fēng)險(xiǎn)源等重要位置、地質(zhì)條件特別復(fù)雜的位置，均應(yīng)增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.2? ?支護(hù)樁體水平位移

樁體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿基坑四周圍護(hù)樁（墻）均勻布置，基坑監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)，分布間距宜為20～40m。在基坑各輪廓線中間位置、轉(zhuǎn)角位置及其他典型位置的圍護(hù)樁（墻）應(yīng)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。

3.3? ?支撐軸力

對(duì)自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)的基坑應(yīng)當(dāng)對(duì)支撐的軸向力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。應(yīng)當(dāng)基坑各輪廓線中間、轉(zhuǎn)角位置、基坑深度變化位置、支護(hù)形式變化位置以及關(guān)鍵支撐布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。豎向每道支撐均應(yīng)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沿輪廓線每隔40m布置1組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩端斜撐各布置2組，監(jiān)測(cè)點(diǎn)與連續(xù)樁體水平位移監(jiān)測(cè)宜處于同一監(jiān)測(cè)位置。

當(dāng)使用軸力計(jì)監(jiān)控時(shí)，軸力計(jì)應(yīng)放置在支撐一端。當(dāng)使用鋼筋計(jì)或者應(yīng)變計(jì)時(shí)，應(yīng)布置在支撐長(zhǎng)度的1/2～1/3范圍內(nèi)。支撐較長(zhǎng)時(shí)，也可布置在1/4位置，但應(yīng)避開支撐節(jié)點(diǎn)。

3.4? ?地表沉降

沿基坑輪廓線設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，至少2排，相鄰兩排監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離為3～8m，首排監(jiān)測(cè)點(diǎn)離基坑邊宜小于2m，每排沉降點(diǎn)距離為10～20m。應(yīng)考慮基坑范圍、深度和周邊風(fēng)險(xiǎn)情況，選擇典型位置設(shè)置垂直于基坑輪廓線的監(jiān)測(cè)斷面，每組沉降點(diǎn)數(shù)量不宜少于5個(gè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)斷面的布置位置，應(yīng)在有條件的情況下與其他環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用。

3.5? ?地下管線豎向變形及相鄰管節(jié)沉降

地下管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)形式和布設(shè)位置，應(yīng)根據(jù)地下管線的重要性、修建年代以及與工程的空間位置關(guān)系等綜合確定。地下管線位于強(qiáng)烈影響區(qū)時(shí)，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距宜為15～30m。位于顯著影響區(qū)時(shí)，布設(shè)間距宜為30～45m。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜布設(shè)在地下管線的節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)、位移變化敏感或預(yù)測(cè)變形較大的部位。在地下管線鄰近基坑或隧道時(shí)，宜采用位移桿法在管體上布設(shè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)管線變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。距離基坑或隧道較遠(yuǎn)且無(wú)法布設(shè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，可在地表或土層中布設(shè)間接監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)管線變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4? ?監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.1? ?樁體水平位移

樁（墻）體水平位移典型曲線如圖2所示。從圖2可以看出，基坑開挖開挖過(guò)程中，地連墻墻體隨開挖深度增加，逐步向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)生變形，墻體變形趨勢(shì)較穩(wěn)定，無(wú)異常突變情況出現(xiàn)。

主要變形位置發(fā)生在冠梁以下5～18m位置。截至車站封頂時(shí)，墻體水平位移累計(jì)最大變形值為+12.64mm（ZQT-14），最大變形位置為冠梁下6.0m。所有樁體水平位移累計(jì)變形量均在正常范圍內(nèi)，無(wú)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

4.2? ?樁頂水平位移

車站主體基坑樁（墻）頂水平位移時(shí)程曲線如圖3所示。從圖3可以看出，車站底板主要位于粉土4-2層和卵石5層，部分區(qū)域位于細(xì)砂-中砂5-2層和粉質(zhì)粘土4層，開挖過(guò)程中，土體較穩(wěn)定，基坑未出現(xiàn)明顯滲水，樁（墻）頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)，無(wú)異常情況出現(xiàn)。

施做基坑主體結(jié)構(gòu)過(guò)程中，樁（墻）頂水平位移變化平穩(wěn)，無(wú)異常情況。基坑頂板施做完成時(shí)，樁（墻）頂水平位移累計(jì)變形最大值測(cè)點(diǎn)為ZQS-22，累計(jì)變形值為+19.6mm（控制值30mm），所有樁（墻）頂水平位移測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量均在正常范圍內(nèi)，無(wú)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

4.3? ?管線沉降

管線豎向變形觀測(cè)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，基坑開挖過(guò)程中，基坑周邊地下管線沉降變化趨勢(shì)較平穩(wěn)，無(wú)異常突變情況，無(wú)變形速率預(yù)警。部分測(cè)點(diǎn)在基坑開挖過(guò)程中，因土方開挖卸載，出現(xiàn)一定隆起，隆起最大值為+8.3mm（SGXC-06-08測(cè)點(diǎn)）。

在車站主體結(jié)構(gòu)施做過(guò)程中，隆起測(cè)點(diǎn)變形出現(xiàn)一定下沉，RGXC-01-05測(cè)點(diǎn)最終累計(jì)沉降變形為-14.8mm。截至車站封頂時(shí)，車站主體基坑周邊大部分地下管線沉降累計(jì)變形較小，所有地下管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值均在正常范圍內(nèi)，無(wú)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

4.4? ?地表沉降

基坑周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形規(guī)律如圖5所示。從圖5可以看出，基坑開挖過(guò)程中，基坑周邊地表變化趨勢(shì)較平穩(wěn)，無(wú)異常突變情況，無(wú)變形速率預(yù)警。部分測(cè)點(diǎn)在基坑開挖過(guò)程中，因土方開挖卸載，出現(xiàn)一定隆起，隆起最大值為+6.4mm。

在車站主體結(jié)構(gòu)施做過(guò)程中，隆起測(cè)點(diǎn)變形出現(xiàn)一定下沉，最終累計(jì)沉降變形為-21.1mm。截至車站主體封頂，車站主體基坑周邊地表沉降累計(jì)變形較小，累計(jì)沉降最大值測(cè)點(diǎn)為DB-05-01，累計(jì)變形為-19.2mm（控制值30mm），所有地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值均在正常范圍內(nèi)，無(wú)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)明挖車站的監(jiān)測(cè)方法及方案進(jìn)行介紹，分析了粉質(zhì)黏土地層下明挖車站各項(xiàng)變形指標(biāo)的變形規(guī)律，從分析規(guī)律可以得到如下結(jié)論：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形最大值主要發(fā)生在基坑開挖階段，變形位置發(fā)生在冠梁下方5～18m位置。

地下連續(xù)墻+對(duì)撐的基坑方案，墻頂水平位移達(dá)到控制值的60%，說(shuō)明采用地墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全冗余度略大。

挖方的作用，會(huì)使坑外土體產(chǎn)生漏斗狀沉降變形，部分測(cè)點(diǎn)位置會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)性的隆起，但累計(jì)值均表現(xiàn)為沉降，且處于安全范圍內(nèi)。

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