廣州地鐵某暗挖隧道段基坑監(jiān)測(cè)變形分析

陳 亮

1 工程概況及地質(zhì)條件

廣州市地鐵某暗挖段區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跨度大，圍巖級(jí)別主要為Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ，Ⅴ類，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。在施工過(guò)程中將不可避免地會(huì)對(duì)相鄰建筑物和周圍地面環(huán)境造成影響。根據(jù)有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，綜合分析本基坑支護(hù)工程的破壞后果、基坑和周邊環(huán)境，為保證結(jié)構(gòu)安全與圍巖的穩(wěn)定，確保地面建筑物及地下管線的正常使用和地面交通順暢，建立了專門組織機(jī)構(gòu)在施工的全過(guò)程進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作，并將其作為一道重要工序納入了施工組織設(shè)計(jì)中。

2 基坑監(jiān)測(cè)

由于地下工程地質(zhì)條件多變，地表以下分布大量的市政、電力和通信管線或管溝;如果管線處地層發(fā)生過(guò)量沉降，將會(huì)引起管線的破壞。只有掌握了第一手資料，才能為設(shè)計(jì)、施工安全提供依據(jù)。因此，及時(shí)掌握開挖支護(hù)期間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及掌握施工期間對(duì)周圍環(huán)境的影響非常重要，必須進(jìn)行全面的監(jiān)控量測(cè)。

2.1 監(jiān)測(cè)目的

1)掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，利用量測(cè)結(jié)果修改設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工;

2)預(yù)見事故和險(xiǎn)情，以便及時(shí)采取措施，防患于未然;

3)積累資料，為以后的新奧法設(shè)計(jì)提供類比依據(jù);

4)為確定隧道安全提供可靠的信息;

5)量測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析處理與必要的計(jì)算和判斷后，進(jìn)行預(yù)測(cè)和反饋，保證施工安全和隧道穩(wěn)定。

2.2 主要監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

依據(jù)有關(guān)規(guī)范[4，5]并結(jié)合基坑特點(diǎn)確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下:

1)地表下沉及地表建筑物下沉及傾斜;

2)暗挖隧道拱頂下沉;

3)暗挖隧道凈空水平收斂;

4)鋼拱架鋼筋應(yīng)力;

5)爆破震動(dòng)效應(yīng)。

2.3 監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

控制標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于地表及建筑物沉降為30 mm;對(duì)于鋼筋混凝土及磚木結(jié)構(gòu)建筑物傾斜為3.0%;橫支撐軸力控制為4560 kN;拱頂下沉為45 mm;凈空收斂為30 mm;爆破垂直震動(dòng)速度，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)控制標(biāo)準(zhǔn)為2.5 cm/s，磚石結(jié)構(gòu)及地下管線1.5 cm/s，磚砌平房 0.8 cm/s～1.0 cm/s。

2.4 監(jiān)測(cè)實(shí)施方法

1)地表下沉。

地下工程開挖后，地層中的應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)延伸至地表，地表沉降可以反映隧道開挖過(guò)程中圍巖變形的全過(guò)程，尤其是對(duì)于城市淺埋地下工程，若在其地表有建筑物時(shí)就必須對(duì)地表沉降情況進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制。基點(diǎn)埋設(shè)在沉降影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，如圖1所示。

沉降點(diǎn)的布設(shè)每10 m為一個(gè)斷面;沉降值計(jì)算以地表監(jiān)測(cè)基點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)，該測(cè)點(diǎn)的沉降值:

其中，ΔH為測(cè)點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)的高程差;Δht為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)高程。

2)地表建筑物下沉及傾斜。

在地下工程的修建中，地中荷載的改變可引起地面不均勻下沉，將造成地面建筑物的傾斜。監(jiān)測(cè)時(shí)，建筑物墻體每10 m設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，沉降值的計(jì)算與地表的沉降計(jì)算相同。

傾斜計(jì)算如圖2所示。

其中，SH2為水平位移;θ為水平位移產(chǎn)生的傾斜角。

3)地下構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)。

在地下工程的修建中，地中荷載的改變可引起地下構(gòu)筑物不均勻下沉?；c(diǎn)的埋設(shè)同地表下沉，并按地表建筑物沉降及傾斜計(jì)算方法計(jì)算。

圖1 基點(diǎn)埋設(shè)示意圖

圖2 建筑物傾斜值計(jì)算圖

4)拱頂下沉。

拱頂下沉量測(cè)值是反映隧道安全和穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)，是圍巖和支護(hù)系統(tǒng)力學(xué)形態(tài)變化的最直接、最明顯的反映，易于實(shí)現(xiàn)量測(cè)信息的反饋。拱頂測(cè)點(diǎn)預(yù)埋件的埋設(shè)主要為基點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)，拱頂下沉量測(cè)和周邊收斂量測(cè)設(shè)同一斷面，每10 m為一個(gè)斷面，與水平收斂測(cè)點(diǎn)設(shè)在同一斷面上。

沉降值:

其中，Ui為第i次高差;Ui－1為第i－1次測(cè)得與基點(diǎn)的高差;ΔU為第i次測(cè)得的沉降值。

5)隧道凈空收斂。

隧道開挖后，周邊點(diǎn)的位移是圍巖和支護(hù)力學(xué)形態(tài)變化的最直接、最明顯的反映，凈空的變化(收縮和擴(kuò)張)是圍巖變形最明顯的體現(xiàn)。點(diǎn)的布設(shè)每斷面設(shè)兩條水平測(cè)線，每10 m為一個(gè)斷面，與拱頂下沉測(cè)點(diǎn)和水平收斂測(cè)點(diǎn)設(shè)在同一斷面上，收斂預(yù)埋件形狀如圖3所示。

收斂值:

其中，Un為第n次量測(cè)的凈空變形值;Rn為第n次量測(cè)時(shí)的觀測(cè)值;Rn－1為第n－1次量測(cè)時(shí)的觀測(cè)值。

圖3 收斂計(jì)預(yù)埋件示意圖

6)地下管線沉降控制基準(zhǔn)。

在地下工程的修建中，地中荷載的改變可引起地面不均勻下沉。不均勻下沉將造成地下管線的沉降;現(xiàn)場(chǎng)存在電力隧道、給水管、雨(污)水管、煤氣管、電信電纜等。監(jiān)測(cè)工作管線點(diǎn)采用模擬點(diǎn)并以管線閥門井、窖井等的井口地面結(jié)構(gòu)直接點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和地表沉降測(cè)點(diǎn)同時(shí)布設(shè)，并且在同一個(gè)斷面上，有特殊的管線，另行布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

7)鋼拱架鋼筋應(yīng)力。

為了解施工過(guò)程中鋼拱架的結(jié)構(gòu)內(nèi)力情況，每環(huán)鋼架布設(shè)20個(gè)～28個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別沿鋼架的外邊緣各內(nèi)邊緣成對(duì)布設(shè)。每次所測(cè)得的頻率根據(jù)鋼筋軸力計(jì)的頻率，即軸力標(biāo)定曲線來(lái)直接換算出相應(yīng)的軸力位。

8)爆破震動(dòng)測(cè)試。

通過(guò)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)，可修改爆破設(shè)計(jì)，控制超、欠挖，同時(shí)了解鉆爆法施工對(duì)地表建筑物的振動(dòng)影響情況。地面振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)與地表沉降測(cè)點(diǎn)類似，盡量沿隧道軸線布置;建筑物振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)與其沉降測(cè)點(diǎn)類似，埋于墻角處。最后通過(guò)CRAS系統(tǒng)軟件包進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，輸出地震動(dòng)波形，計(jì)算出爆破震動(dòng)速度。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

1)對(duì)地表下沉，首先繪制時(shí)間位移曲線散點(diǎn)圖和距離位移曲線散點(diǎn)圖。如圖4所示，正常曲線表示位移的變化隨時(shí)間和距掌子面距離向前推進(jìn)而漸趨穩(wěn)定，說(shuō)明圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，支護(hù)系統(tǒng)是有效、可靠的;反常曲線中出現(xiàn)了反彎點(diǎn)，說(shuō)明位移出現(xiàn)反常的急驟增長(zhǎng)現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)立即采取相應(yīng)的工程措施。

2)地表建筑物下沉、傾斜及地下構(gòu)筑物如果超限，則應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，選擇改良受影響設(shè)施周圍的土層，同時(shí)采取措施盡可能控制隧道開挖引起的地表下沉值。

3)如果拱頂下沉超限，隧道凈空收斂值過(guò)大時(shí)，可改良拱頂巖體或土體的穩(wěn)定性，改善開挖方法或改變鑿巖爆破參數(shù)及一次鑿巖爆破的規(guī)模，以減小開挖或爆破對(duì)拱頂圍巖的擾動(dòng)，加強(qiáng)支護(hù)。

4)鋼拱架鋼筋應(yīng)力需根據(jù)軸力值繪制鋼筋應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線，以及鋼筋應(yīng)力隨開挖距離的變化曲線圖。形成鋼拱架鋼筋應(yīng)力分布狀態(tài)圖。

圖4 時(shí)間位移曲線圖和距離位移曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程中及時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)采取措施控制險(xiǎn)情，突出了基坑工程信息化施工的必要性與重要性。在基坑施工過(guò)程中，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工程地質(zhì)條件及選擇的支護(hù)形式、建筑物的安全等級(jí)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)和嚴(yán)格控制。在施工中通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及時(shí)反饋信息，在準(zhǔn)確分析的基礎(chǔ)上，修改調(diào)整施工方案，提出對(duì)策，使施工始終處于安全可控狀態(tài)。

[1]DBJ FF15-20-97，建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GJB 02-98，廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程[S].

[4]JGJ 8-97，建筑變形測(cè)量規(guī)程[S].

[5]GB 50026-93，工程測(cè)量規(guī)范[S].

[6]李玉磊.寶天曼隧道施工監(jiān)控量測(cè)分析研究[J].山西建筑，2010，36(21):313-314.