成都砂卵地層大型地鐵基坑施工穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

徐少平

(中鐵十三局集團(tuán)有限公司 第五工程公司，成都 610041)

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)高速發(fā)展，高層建筑地下室、地鐵以及城市地下空間的開發(fā)利用使得與深基礎(chǔ)相關(guān)的大基坑的開挖和支護(hù)技術(shù)快速發(fā)展，深基坑開挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和研究日益重要［1-3］。然而，地鐵車站基坑工程往往會(huì)因地質(zhì)條件的改變，基坑本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及周邊建筑物距離較近，使得其開挖施工方案、作業(yè)順序、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性分析尤顯重要。

本文針對(duì)成都將軍衙門地鐵車站大型基坑開挖過程的強(qiáng)度與穩(wěn)定問題，即基坑變形和土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用等問題，運(yùn)用基坑理論、土力學(xué)理論、分析技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行研究，為基坑開挖邊坡穩(wěn)定與結(jié)構(gòu)安全提供可靠依據(jù)和有力保證。

1 砂卵地層大型地鐵車站基坑

成都將軍衙門地鐵車站為地下二層島式站臺(tái)車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層。車站位于小南街與少城路交叉路口以東，人民公園內(nèi)。車站基坑地處川西平原岷江水系Ⅰ級(jí)階地，為侵蝕～堆積地貌，站區(qū)地形有起伏，地面高程501.86～504.65 m，基坑工程地處砂卵石地層。車站總長138 m，基坑最大開挖深度19.2 m。擬建車站東側(cè)、南側(cè)為人民公園，西端為小南街，北側(cè)是少城路。少城路寬度為28 m，小南街寬度為28 m，兩條路交通繁華，車流量很大。車站周邊道路地下管線主要有雨污水、給水、電力、電信及煤氣等5類管線。

車站主體結(jié)構(gòu)長達(dá)138 m，故縱向采用“先支撐后開挖”的原則分層開挖［4］，從上往下每層采用挖掘機(jī)自西向東開挖?；觾?nèi)土方分6步按臺(tái)階式整體后退式挖土，每層開挖深度為4～5 m，剩余少量土方無法用挖掘機(jī)開挖時(shí)則采用吊車吊土運(yùn)至基坑外，土方全部挖完后，用吊車將挖掘機(jī)吊出。

結(jié)合車站的地質(zhì)與周邊實(shí)際條件，采用支撐和土釘墻掛網(wǎng)噴射混凝土的聯(lián)合圍護(hù)方案進(jìn)行施工［5］。車站主體及附屬結(jié)構(gòu)基坑支撐體系采用直徑 φ600 mm(壁厚12 mm)的鋼支撐進(jìn)行支撐，主體結(jié)構(gòu)角部采用鋼筋混凝土角撐支撐。

2 監(jiān)測(cè)方案

依據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法［6-7］，為能更好地確?；臃€(wěn)定，在基坑開挖過程中對(duì)地表沉降、地表水平位移、錨桿(索)軸力、基坑圍圍建筑物變形等進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)。

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)儀器等見表1。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.2 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)及監(jiān)測(cè)方法

2.2.1 地表沉降監(jiān)測(cè)

1)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)與布置 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)以5點(diǎn)為一組，每組測(cè)點(diǎn)均垂直于車站方向，與基坑兩邊對(duì)稱布置。測(cè)點(diǎn)分別距圍護(hù)結(jié)構(gòu) 2.5 m，5 m，8 m，12 m，17 m，對(duì)于不同剖面位置均需設(shè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)設(shè)于自然路面下，每個(gè)測(cè)點(diǎn)均用φ12 mm圓鋼，圓鋼長0.6 m，埋地深度為0.5 m，四周用混凝土圍護(hù)，其上用2 cm厚鋼蓖子保護(hù)。測(cè)點(diǎn)埋設(shè)如圖1所示。

2)監(jiān)測(cè)方法 結(jié)合將軍衙門站實(shí)際情況，高程控制網(wǎng)按二級(jí)變形測(cè)量等級(jí)布設(shè)。水準(zhǔn)基點(diǎn)布設(shè)在遠(yuǎn)離車站的地表，采用混凝土基本標(biāo)石。工作基點(diǎn)布設(shè)在距基坑40 m以外的建筑物上，采用在建筑物上埋設(shè)混凝土標(biāo)石。工作基點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)間設(shè)聯(lián)系點(diǎn)標(biāo)識(shí)，用于工作基點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)的檢測(cè)，共同構(gòu)成復(fù)合水準(zhǔn)路線。工作基點(diǎn)埋設(shè)完成15 d后，按二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求進(jìn)行工作基點(diǎn)的高程引測(cè)，引測(cè)時(shí)采用往返觀測(cè)。水準(zhǔn)基點(diǎn)每一個(gè)月檢測(cè)一次，工作基點(diǎn)每隔半個(gè)月或當(dāng)懷疑工作基點(diǎn)變動(dòng)時(shí)與水準(zhǔn)基點(diǎn)聯(lián)測(cè)一次，以檢測(cè)工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。

圖1 地表測(cè)點(diǎn)布置(單位:mm)

2.2.2 水平位移監(jiān)測(cè)及沉降監(jiān)測(cè)

1)測(cè)點(diǎn)埋設(shè) 沿線路方向在冠梁上每20 m設(shè)置測(cè)點(diǎn)，且測(cè)點(diǎn)宜布置在兩根支撐的跨中。冠梁上鉆φ16 mm測(cè)孔，埋設(shè)時(shí)將長20 cm，φ12 mm的鋼筋植入冠梁內(nèi)使鋼筋與冠梁結(jié)為整體，可隨冠梁變化而變，鋼筋頭超出冠梁1～2 cm。

2)監(jiān)測(cè)方法 基坑水平位移監(jiān)測(cè)采用軸線法也即視準(zhǔn)線法，在該線的兩端設(shè)置工作基點(diǎn) A、B。測(cè)量基點(diǎn)A、B設(shè)置在基坑一定距離的穩(wěn)定地段，對(duì)于有支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑角點(diǎn)的水平位移通常較小，這時(shí)可將基坑角點(diǎn)設(shè)為臨時(shí)基點(diǎn)C、D。在每個(gè)工況可以用臨時(shí)基點(diǎn)監(jiān)測(cè)，變換工況時(shí)用基點(diǎn) A、B測(cè)量臨時(shí)基點(diǎn)C、D的側(cè)向水平位移，再用此結(jié)果對(duì)各測(cè)點(diǎn)的側(cè)向水平位移值作校正。

2.2.3 鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)

1)測(cè)點(diǎn)埋設(shè) 鋼支撐軸力測(cè)點(diǎn)盡量與樁頂變形測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一斷面上，每層鋼支撐最少選取支撐總數(shù)的30%設(shè)置測(cè)點(diǎn)。

2)監(jiān)測(cè)方法 振弦式軸力計(jì)安裝前，在空載狀態(tài)下連接頻率接收儀與振弦式軸力計(jì)，測(cè)定初始穩(wěn)定的頻率。然后在鋼支撐的一端通過安裝架安裝軸力計(jì)。鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力前測(cè)讀出它的初始頻率，當(dāng)在鋼支撐上施加的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值后，開始正常測(cè)量。

2.3 監(jiān)測(cè)工作程序(見圖2)

圖2 監(jiān)測(cè)工作流程

2.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果

基坑水平位移監(jiān)測(cè)選擇有代表性的CX05號(hào)測(cè)點(diǎn)，該測(cè)點(diǎn)基坑內(nèi)側(cè)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果如下:從2008年10月10日開始到2009年2月13日結(jié)束，隨著開挖后時(shí)間的延續(xù)，在某個(gè)深度的水平位移由小逐漸增大。如在地面以下0.5 m土體，最初水平位移為0，開挖10 d后位移達(dá)3 mm，其變形速率為0.3 mm/d。再往后變形速率稍小，小于0.2 mm/d且越來越小，最大累加位移為7.44 mm。另外，在同一位置不同深度，其水平位移由大到小變化。如在開挖施工后第20 d，在0.5 m深位置位移為5.73 mm，在10 m深位置位移為4.42 mm，在17.5 m深位置位移為0.25 mm。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，基坑最大水平位移為7.44 mm，按確定的基坑開挖方案及圍護(hù)參數(shù)可以保證基坑穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)安全。

3 結(jié)論

1)按研究出的砂卵地層大型地鐵基坑開挖技術(shù)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以滿足成都將軍衙門車站基坑開挖施工的實(shí)際需要，現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果表明其基坑土體最大水平位移為7.44 mm，能夠保證基坑穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。

2)依據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法確定的砂卵地層大型地鐵基坑施工穩(wěn)定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)程序能夠得到較為準(zhǔn)確的基坑地表沉降、地表水平位移、錨桿(索)軸力、基底回彈、基坑內(nèi)外地下水位等數(shù)據(jù)，可以為全過程施工提供可靠依據(jù)。

［1］楊立軍.某基坑支護(hù)工程局部垮塌事故剖析［J］.山西建筑，2009(26):90-91.

［2］胡建華，謝石連，付奕.復(fù)雜環(huán)境下深大基坑工程設(shè)計(jì)與施工［J］.建筑施工，2009(5):424-426.

［3］高江.城市地鐵車站施工方法選擇研究［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2009(9):128-131.

［4］柯書梅.地鐵車站基坑工程設(shè)計(jì)與施工［J］.巖土工程界，2008(11):50-55.

［5］陳丹.深圳填海區(qū)地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(10):57-60.

［6］唐世強(qiáng).地鐵深基坑支護(hù)體系內(nèi)力及變形規(guī)律分析［J］.鐵道建筑，2008(11):35-39.

［7］夏才初，李永盛.地下工程測(cè)試?yán)碚撆c監(jiān)測(cè)技術(shù)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1999.