武漢某地鐵車站基坑工程第三方監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

曾 瑞，涂 超，肖永力

(湖北省神龍地質(zhì)工程勘察院，湖北武漢 430056)

地鐵第三方監(jiān)測(cè)是指在土建施工期間，業(yè)主委托獨(dú)立于承包商和監(jiān)理及設(shè)計(jì)代表外，且具有相應(yīng)資質(zhì)的監(jiān)測(cè)單位，依據(jù)相應(yīng)規(guī)程和條款對(duì)施工影響區(qū)域內(nèi)的基坑工程、建(構(gòu))筑物、道路、管線等周邊環(huán)境實(shí)施獨(dú)立、公正的安全性評(píng)價(jià)及參與環(huán)境破壞糾紛處理的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作［1］。本文結(jié)合武漢地鐵三號(hào)線車站監(jiān)測(cè)實(shí)施案例，對(duì)第三方監(jiān)測(cè)主要方法及內(nèi)容進(jìn)行了重點(diǎn)分析與探討，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)預(yù)警，提出支護(hù)改進(jìn)建議，按照信息化施工的要求服務(wù)于基坑施工，對(duì)指導(dǎo)基坑開(kāi)挖，防范事故具有重要的意義。

1 項(xiàng)目概況

1．1 車站概況

范湖站為武漢地鐵三號(hào)線第14座車站。車站位于馬場(chǎng)角路與青年路的交叉口處，沿馬場(chǎng)角路布置于地下，車站與2號(hào)線范湖站通過(guò)通道換乘。

圖1 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖Fig．1 Layout chart of monitoring site of foundation pit

范湖車站基坑其詳細(xì)工況如下［2］:站主體基坑長(zhǎng)266．4 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20．1 m，基坑標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度約25 m，層數(shù)為地下三層，單柱兩跨島式站臺(tái)車站。地下分站廳、設(shè)備、站臺(tái)三層，車站標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)外包尺寸為21．01 m ×20．10 m，頂部覆土約3．3 ～3．6 m。主體建筑面積16 443 m2，附屬建筑面積6 808 m2，總建筑面積23 251 m2。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻，并入巖以滿足抗浮要求，支護(hù)為混凝土支撐或鋼支;范湖站主體結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)第一道支撐采用800 m×800 mm鋼筋混凝土支撐;第2—6道支撐采用16 mm厚609鋼管支撐，附屬結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)采用兩道16 mm厚609鋼管支撐?；颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置如圖1。

1．2 工程地質(zhì)情況

范湖站場(chǎng)區(qū)地形平坦，原始地貌屬長(zhǎng)江沖積Ⅰ級(jí)階地，其地層巖性如下。

1．2．1 填土(Qml)層

(1)雜填土［地層代號(hào)(1-1)］:雜色，濕—飽和，高壓縮性，土質(zhì)松散，層厚0．40～7．1 m，普遍分布。

(2)淤泥(Ql)［地層代號(hào)(1-3)］:灰—灰黑色，飽和，流塑狀態(tài)，高壓縮性，其厚度0．6 ～2．3 m，埋深 0．8～4．5 m。

(9)細(xì)砂［地層代號(hào)(4-2)］:灰—青灰色，飽和，中—低壓縮性，厚度 6．2～31．7 m，埋深 21．0～32．6 m。

1．2．3 下伏基巖為白堊—下第三系東湖群(K-Edn)

(1)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖［地層代號(hào)(15a-1)］:蘭灰—褐紅色，其厚度1．5 ～7．5 m，埋深38．2 ～50．1 m。

(2)中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖［地層代號(hào)(15a-2)］:蘭灰—褐紅色，其揭露厚度4．0 ～14．0 m，埋深41．0 ～52．5 m。

1．3 水文地質(zhì)情況

1．3．1 地表水

場(chǎng)區(qū)地表水體不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)有河、溝、塘等地表水體分布。

1．3．2 地下水類型及地下水位

本標(biāo)段場(chǎng)區(qū)的地下水按賦存條件，可分為上部滯水、潛水、孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水。

1．4 工程環(huán)境

該站位于馬場(chǎng)角路與青年路的交叉路口，馬場(chǎng)角路路下，路口北側(cè)有惠苑假日酒店，馬場(chǎng)角路北側(cè)為在建葛洲壩國(guó)際廣場(chǎng)北區(qū)住宅小區(qū)，南側(cè)為葛洲壩國(guó)際廣場(chǎng)。地下管線沿馬場(chǎng)角路布置于路下。車站內(nèi)主要有電力、電信、自來(lái)水、排水等管線。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率

圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有:①水平位移監(jiān)測(cè);②豎向位移監(jiān)測(cè);③深層水平位移監(jiān)測(cè)(測(cè)斜);④結(jié)構(gòu)應(yīng)力軸力監(jiān)測(cè);⑤地下水水位監(jiān)測(cè)。

周邊環(huán)境主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有:①建筑物沉降;②建筑物傾斜;③建筑物水平位移;④地下管線沉降;⑤地下管線水平位移;⑥道路及地表沉降。

第三方監(jiān)測(cè)主要側(cè)重于整體控制，監(jiān)測(cè)頻率一般為三天一次。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理

現(xiàn)選取具有代表性的車站基坑西側(cè)端頭井處進(jìn)行重點(diǎn)方法分析。

3．1 深層水平位移分析

西端頭井的基本開(kāi)挖工況如表1:

表1 西端頭井開(kāi)挖工況表Table 1 Working condition of excavation of western end well

SID2孔位于基坑西側(cè)連續(xù)墻中部，該處挖深-28 m，設(shè)有六道支撐，其深層位移變形曲線如圖2。

由圖2可知:基坑挖深至7 m時(shí)，支護(hù)位移很小，基本未有明顯變化，表現(xiàn)為向坑外位移。當(dāng)開(kāi)挖至-22 m深時(shí)，支護(hù)發(fā)生顯著位移，開(kāi)挖面的位移量為19．3 mm。開(kāi)挖至底部時(shí)，位移量急劇增大，最大累計(jì)位移量為38．5 mm，凸肚現(xiàn)象明顯?？傮w而言，基坑支護(hù)的變形隨著開(kāi)挖深度的不同，其變形最大處也在逐步下移，變形基本表現(xiàn)在開(kāi)挖面以下2 m左右。而基坑頂端位移變化量則相對(duì)較小，這與最上部為一道混凝土且其支撐強(qiáng)度較大有密切的關(guān)系。開(kāi)挖至第六道支撐時(shí)，基坑支護(hù)的水平位移量最大44 mm，已超出了湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》［3］中關(guān)于支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移值(最大值)監(jiān)控報(bào)警值為30 mm的要求，基坑處于報(bào)警的狀態(tài)下。

圖2 SID2深層位移變形曲線圖Fig．2 Curve of displacement deformation of SID2 deep layer

3．2 支撐軸力分析

支撐軸力實(shí)際上是支撐對(duì)周圍土壓力的集中反應(yīng)，其數(shù)值和挖土順序、速度、深度密切相關(guān)。在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，鋼支撐軸力隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。鋼支撐在安裝初期由于預(yù)加應(yīng)力掉壓出現(xiàn)下降的情況，常常導(dǎo)致初期支撐軸力不太穩(wěn)定。隨著基坑的開(kāi)挖，上一道的支撐軸力有所減小，而開(kāi)挖面處的支撐軸力有所增加。開(kāi)挖處的主動(dòng)土壓力增大，卸載處的土壓力減小，從而圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)進(jìn)一步位移，鋼支撐的軸力也逐步增大(圖3)。

從圖3看出，越是位于基坑上部的支撐，其軸力較小，發(fā)展速度也較為均衡。而越是位于坑底的支撐，其軸力不但增加較明顯，同時(shí)其發(fā)展速度相對(duì)較快。

3．3 原因分析

分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形的原因:①開(kāi)挖過(guò)快，周邊土體應(yīng)力釋放過(guò)快;②原本在開(kāi)挖至支撐處就應(yīng)立即進(jìn)行鋼管的支撐，施工方常常支撐滯后;③支撐有效預(yù)加應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，掉壓現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生;④西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)3 m處正在進(jìn)行高壓旋噴樁施工，對(duì)位移的變化影響很大;⑤內(nèi)外降水高差過(guò)大等。

3．4 險(xiǎn)情處理措施

圖3 西端頭軸力累計(jì)變化曲線圖Fig．3 Accumulated change curve of axial force in west

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，第三方監(jiān)測(cè)單位立刻進(jìn)行了安全預(yù)警，并按照信息化施工的要求及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳，同時(shí)提出相關(guān)防范方法及措施。地鐵集團(tuán)在收到監(jiān)測(cè)報(bào)警后，及時(shí)召開(kāi)了各方緊急會(huì)議進(jìn)行分析，并采取以下措施:在第五道支撐與第六道支撐間增加一道直撐，暫停開(kāi)挖第六道支撐下土方;對(duì)第五道支撐以下進(jìn)行回填;停止高壓旋噴樁的施工;減少坑內(nèi)降水深度從而減小基坑內(nèi)外的水頭差;加密監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用信息化方法來(lái)指導(dǎo)后期的工程施工等。以上措施有效地控制了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步變形，基坑變形速度明顯減慢，其中增加的一道鋼支撐作用尤為明顯。圖3中的Z3為防止險(xiǎn)情發(fā)展，而在第五道支撐與第六道撐之間增加的一道直撐，有效地控制了長(zhǎng)邊的變形。對(duì)控制基坑的進(jìn)一步變形起到了積極的作用。經(jīng)過(guò)后期的觀測(cè)表明，以上綜合措施得力，針對(duì)性強(qiáng)，方法合理，有效地控制了基坑支護(hù)的變形。

11月下旬以后，隨著坑內(nèi)結(jié)構(gòu)施工加載增大被動(dòng)土壓力以及邊坡應(yīng)力釋放基本結(jié)束，基坑及周邊環(huán)境基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，位移量亦減小，整個(gè)基坑進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期。隨后變形逐步停止。

4 第三方監(jiān)測(cè)體會(huì)

在范湖車站基坑施工的過(guò)程中，由于車站基坑深度較深，施工單位也按相關(guān)規(guī)定委托施工監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中主要有以下體會(huì):

(1)由于第三方監(jiān)測(cè)均是在施工監(jiān)測(cè)埋設(shè)點(diǎn)位基礎(chǔ)上進(jìn)行的，點(diǎn)位埋設(shè)的質(zhì)量就格外重要。在范湖車站基坑監(jiān)測(cè)的過(guò)程中就存在部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)不夠及時(shí)，從而損失了部分變形量，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏小等現(xiàn)象，在以后的監(jiān)測(cè)工作中要加以注意。

(2)由于范湖車站的深層位移孔深度均在40 m以上，對(duì)測(cè)斜儀的性能要求較高。國(guó)產(chǎn)測(cè)斜儀由于精度所限，所測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)回波動(dòng)較為頻繁，對(duì)分析實(shí)際變形造成較大影響。對(duì)于重點(diǎn)基坑工作，建議應(yīng)采用精度較高、穩(wěn)定性較好的進(jìn)口測(cè)斜儀。

(3)軸力計(jì)的安裝正確與否對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)有至關(guān)重要的影響。在安裝過(guò)程中，與施工單位的配合格外重要。少量軸力計(jì)的安裝存在偏心問(wèn)題，使得所測(cè)支撐受力數(shù)據(jù)也相對(duì)較小，不能真實(shí)反映受力情況。

(4)在實(shí)際開(kāi)展工作中，通過(guò)施工監(jiān)測(cè)與第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相互校核，可以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，更好地服務(wù)基坑工程。同時(shí)，應(yīng)及時(shí)按照一定的周期進(jìn)行雙方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)，出現(xiàn)偏差應(yīng)查詢?cè)?，及時(shí)改正，以免造成后期累加變形數(shù)據(jù)差異過(guò)大，從而影響對(duì)監(jiān)測(cè)量的判斷。

(5)在出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變形過(guò)大或突變的情況下，要及時(shí)根據(jù)工程進(jìn)展情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)不確定的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行返測(cè)。當(dāng)數(shù)據(jù)超出相關(guān)規(guī)范要求時(shí)進(jìn)行安全預(yù)警，同時(shí)加密監(jiān)測(cè)頻率。并按照信息化施工的原則，與各方進(jìn)行及時(shí)溝通，以達(dá)到用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)武漢地鐵三號(hào)線范湖車站基坑第三方重點(diǎn)監(jiān)測(cè)及險(xiǎn)情的處理分析的實(shí)踐，有效地控制了險(xiǎn)情的進(jìn)一步發(fā)展，圓滿地完成了監(jiān)測(cè)任務(wù)。通過(guò)第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)提出預(yù)警供相關(guān)各方采取支護(hù)方案的調(diào)整與改進(jìn)，在控制經(jīng)濟(jì)成本的前提下，兼顧社會(huì)效益，也為同類地鐵基坑信息化施工提供了較為有意義的參考。

［1］ 陳書(shū)貴．淺談城市地鐵工程監(jiān)測(cè)管理模式［J］．鐵道勘察，2011(4):81-83．

［2］ 中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司．武漢市軌道交通3號(hào)線一期工程設(shè)計(jì)施工圖［R］．武漢:中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，2012．

［3］ 湖北省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳，湖北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局．基坑工程技術(shù)規(guī)程:DB42/T159—2012［S］．武漢:湖北省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2012．