大連地鐵109標(biāo)段施工監(jiān)測(cè)研究

吳會(huì)軍，白海峰，王忠昶

(大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

0 引言

地鐵作為一種快速地下交通工具，在21世紀(jì)初得到了蓬勃發(fā)展，但也出現(xiàn)了一些技術(shù)問題和安全隱患，比如城市地下工程引起的地表沉降可能危及周邊建筑物，地下管線安全的問題，隧道塌方隱患，明挖基坑的坡頂沉降和水平位移是否會(huì)引起滑坡等，如何解決這些問題是地鐵施工關(guān)鍵［1-5］.大連地鐵開建一年多來，已經(jīng)發(fā)生了多次塌方事故，造成了人民生命財(cái)產(chǎn)的損失，并引起了較壞的社會(huì)影響.而監(jiān)控量測(cè)是施工中重要的組成部分，是地鐵施工中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，是監(jiān)測(cè)圍巖和邊坡支護(hù)穩(wěn)定性的重要手段和判斷設(shè)計(jì)、施工是否正確合理的主要依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)地鐵信息化施工的基礎(chǔ)［6-7］.地鐵施工方法又分為明挖法施工、暗挖法施工、蓋挖法施工，而監(jiān)控量測(cè)作為必要的手段存在于各個(gè)施工過程［8-9］.明挖法施工過程中，為了防止邊坡滑坡塌方，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，分析施工動(dòng)態(tài)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工的暢通，保證施工的順利進(jìn)行，為解決地下工程施工中的技術(shù)問題提供了必要的數(shù)據(jù)支持，并可以指導(dǎo)施工的順利進(jìn)行，保障施工安全［10-11］.

1 工程背景概況

大連地鐵1號(hào)線一期工程第109合同段包括東海公園站及站后區(qū)間、東海新區(qū)站、東海公園站－東海新區(qū)站區(qū)間.東海公園站在大連東港地區(qū)規(guī)劃三橫路與二十縱路交叉口下.設(shè)計(jì)范圍包括自車站起點(diǎn)里程CK0+329.210至車站終點(diǎn)里程CK0+480.010，總長(zhǎng) 150.8 m.車站中心里程為CK0+404.611.本站為地下單層側(cè)式站，總建筑面積9697.3 m2.車站共設(shè)4出入口.

東海公園站為地下一層結(jié)構(gòu)，站臺(tái)寬度為3.55 m.站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度中心處軌面高程－2.460 m，底板頂面高程－3.070 m.車站主體結(jié)構(gòu)尺寸為:車站主體長(zhǎng)度158.8 m，主體寬度48.7 m.車站中心處規(guī)劃地面標(biāo)高為6.390 m.本車站長(zhǎng)150.8 m，區(qū)間全長(zhǎng)329.210 m，基坑開挖深度約為11.50 m.基坑安全等級(jí)為二級(jí)，由于本站及站后區(qū)間場(chǎng)地開闊且地下無管線，具備放坡條件，故本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇1∶1.2放坡開挖外加旋噴樁止水帷幕.混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C25，配筋取鋼筋直徑為φ8mm，面積為150mm×150mm.

2 施工監(jiān)測(cè)方案

在深刻理解本工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)和重點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以“精準(zhǔn)量測(cè)，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)”為目標(biāo)方針，按照“技術(shù)領(lǐng)先、監(jiān)控指導(dǎo)、動(dòng)態(tài)施工、組織合理、措施得力”的指導(dǎo)思想，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定先進(jìn)的監(jiān)控量測(cè)儀器和安全可靠的量測(cè)技術(shù)方案，配備高素質(zhì)的監(jiān)控量測(cè)隊(duì)伍，保質(zhì)保量地及時(shí)反饋監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，確保施工過程中主體結(jié)構(gòu)與地面相關(guān)建筑設(shè)施的絕對(duì)安全和正常使用.根據(jù)大連市地鐵一期109合同段地下工程埋深、地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)類型、施工方法、工程規(guī)模、工程的重要程度以及周邊環(huán)境條件等因素，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容和方法介紹如下.

2.1 巡視

開挖后對(duì)無支護(hù)圍巖的巡視內(nèi)容包括:

(1)圍巖類型及分布特征，節(jié)理裂隙發(fā)育程度以及幾何特征、節(jié)理的裂隙填充物性質(zhì)和狀態(tài)等;

(2)開挖工作面的圍巖是否穩(wěn)定，頂板有沒有剝落掉塊現(xiàn)象.

開挖后已支護(hù)段的目測(cè)內(nèi)容包括:

(1)有無錨桿被拉斷或墊板陷入圍巖內(nèi)部的情況發(fā)生;

(2)噴錨混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝落現(xiàn)象，特別注意觀察噴錨混凝土是否剪切破壞.

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

地面沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)在施工前在結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)地面沿隧道縱向中線位置間隔一定距離提前布設(shè)，以監(jiān)測(cè)工程開挖過程中地面沉降變化的全過程.當(dāng)沉降值或沉降變化速率超過規(guī)定允許值時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施，以確保工程施工及地面建筑物的安全.布點(diǎn)范圍為2.5～3.0倍的隧道直徑，測(cè)點(diǎn)間距2.0～5.0 m，測(cè)點(diǎn)布置要求如圖1所示，實(shí)際測(cè)點(diǎn)布置圖如圖2所示.測(cè)點(diǎn)橫斷面縱向布設(shè)間距一般與拱頂沉降測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，并結(jié)合工程埋深情況適當(dāng)增減.沉降觀測(cè)點(diǎn)采用沖擊鉆鉆深約0.6 m的孔，埋設(shè)0.5 m長(zhǎng)的φ16 mm鋼筋，鋼筋露出地面約10 mm，孔隙用水泥砂漿填充實(shí).

圖1 規(guī)范測(cè)點(diǎn)布置要求圖

圖2 實(shí)際測(cè)點(diǎn)布置圖

2.3 坡頂沉降監(jiān)測(cè)

沉降觀測(cè)必須有基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)位置應(yīng)在施工影響范圍之外，而且至少要有3個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)之間應(yīng)定期聯(lián)測(cè)，以保證基準(zhǔn)點(diǎn)不沉降，基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)方法可參照?qǐng)D1.每個(gè)沉降點(diǎn)變化速率不能超過1 mm/d，累計(jì)沉降量不能超過30 mm.電子水準(zhǔn)儀精度不低于0.3 mm/km.

坡頂沉降一般采用二等水準(zhǔn)路線測(cè)量，測(cè)量工作需要電子水準(zhǔn)儀一臺(tái)，三腳架一個(gè)，3 m長(zhǎng)銦鋼尺兩把，尺墊兩個(gè)，最少需要三個(gè)人才能進(jìn)行二等水準(zhǔn)測(cè)量，兩個(gè)人立尺，一個(gè)人測(cè)量和記錄.

調(diào)平水準(zhǔn)儀，輸入基準(zhǔn)點(diǎn)的高程.水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)的第一個(gè)銦鋼尺是立于水準(zhǔn)點(diǎn)上的，所以此時(shí)打開儀器電源開關(guān)，進(jìn)入程序，進(jìn)入二等水準(zhǔn)測(cè)量，再輸入基準(zhǔn)點(diǎn)的高程，然后就可以開始測(cè)量了.每一站的測(cè)量需要保證儀器距離兩把尺子的距離相差不超過0.5 m，并且距離不超過50 m，每一站測(cè)完后儀器都會(huì)有提示是否進(jìn)入下一站，進(jìn)入下一站之前記錄一下后視監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，在比較平緩的路線上進(jìn)行測(cè)量時(shí)距離可以稍微大一些但一定不能超過50 m，在坡度比較大的路線上測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量使儀器與兩把尺子的距離小一些，測(cè)完所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，還得反測(cè)回基準(zhǔn)點(diǎn)，因?yàn)槎人疁?zhǔn)路線是閉合水準(zhǔn)路線.

2.4 坡頂水平位移監(jiān)測(cè)

坡頂水平位移點(diǎn)和靠近邊坡的沉降點(diǎn)共用，鋼筋頂部刻劃十字絲以便于立棱鏡支架.每個(gè)坡頂變化點(diǎn)位移變化速率不能超過1 mm/d，累計(jì)沉降量不能超過30 mm.所用全站儀精度不低于2".

坡頂水平位移采用極坐標(biāo)法測(cè)量，測(cè)量工作需要電子全站儀一臺(tái)，三腳架一個(gè)，棱鏡一個(gè)，棱鏡支架一個(gè)，最少需要兩個(gè)人才能進(jìn)行極坐標(biāo)法測(cè)量，一個(gè)人立尺，一個(gè)人測(cè)量和記錄.全站儀對(duì)中，伸開架腿，讓三角架頂面大概與肩部齊平，然后進(jìn)行調(diào)平，把全站儀對(duì)準(zhǔn)后視點(diǎn)棱鏡的中心，坐標(biāo)測(cè)量需要注意的是，千萬不要碰到三角架，同時(shí)也要保證支架上圓水準(zhǔn)器的小氣泡居中且支架底下的尖端一定要立在水平位移點(diǎn)的十字絲上.測(cè)量的數(shù)據(jù)只需記錄N、E兩軸坐標(biāo)值就可以了.利用電子全站儀測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，之后計(jì)算所得變化的位移、變化速率等.

3 監(jiān)測(cè)實(shí)施及數(shù)據(jù)分析

對(duì)于需要監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目，如地面沉降、拱頂下沉等應(yīng)在每次監(jiān)控量測(cè)后及時(shí)按大連市地鐵監(jiān)控量測(cè)報(bào)表格式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并按要求上報(bào)給業(yè)主、第三方監(jiān)測(cè)和監(jiān)理單位，同時(shí)作為施工單位工程竣工資料存檔.監(jiān)測(cè)中所用儀器見圖3和圖4.部分測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)見表1和表2.由于開挖到底部沉降穩(wěn)定后改為兩天一測(cè)，故變形速率為本次變形量的1/2.

圖3 精密電子水準(zhǔn)儀

圖4 精密全站儀

表1 部分沉降測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

表2 部分水平位移觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

為預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)和最終變化值，判斷開挖后邊坡的穩(wěn)定性，可根據(jù)位移—時(shí)間關(guān)系曲線(散點(diǎn)圖)的形狀，采用以下一元非線性函數(shù)回歸，進(jìn)行變位趨勢(shì)擬合.

式中，u為位移值(mm);A、B為回歸系數(shù);T為量測(cè)時(shí)間.

擬合結(jié)果見圖5沉降回歸曲線.部分測(cè)點(diǎn)變形曲線圖見圖6所示.

圖5 沉降回歸曲線

圖6 部分觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線

4 結(jié)論

本文針對(duì)大連地鐵109標(biāo)段施工進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作.監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:

(1)明挖基坑坡頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)最大沉降點(diǎn)為DB-27-02點(diǎn)，對(duì)應(yīng)最大沉降值為9.2 mm，小于規(guī)范允許值30 mm;變形速率最大值為0.8 mm/d，也小于允許值1 mm/d;

(2)坡頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移為SP-10-01點(diǎn)，對(duì)應(yīng)最大水平位移值為17.8 mm，小于規(guī)范允許值30 mm;變形速率最大值為0.85 mm/d，也小于允許值1 mm/d;

(3)針對(duì)個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)預(yù)警情況進(jìn)行分析，排除了施工安全隱患，保證了施工安全順利進(jìn)行.

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