濟(jì)南黃河隧道北岸始發(fā)井基坑變形監(jiān)測(cè)分析

王超

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，南京 210000）

1 引言

基坑是構(gòu)建地下空間工程的基礎(chǔ)工程，它關(guān)系到整個(gè)建筑工程的質(zhì)量與安全[1-2]。然而，在基坑施工與服役期間，受基坑內(nèi)外的土體變形、支護(hù)位移等因素的影響，基坑將發(fā)生變形，危害工程安全[3-4]。實(shí)時(shí)、全面且精準(zhǔn)的基坑變形監(jiān)測(cè)可幫助施工方及時(shí)了解基坑的變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，保障工程安全[5]。

2 工程概況

濟(jì)南黃河隧道北岸始發(fā)井基坑含盾構(gòu)始發(fā)井與公鐵合建部分，周邊無(wú)密集建筑物，無(wú)管線。基坑寬度為34.14～50.0 m，長(zhǎng)度為152.2 m，最大開(kāi)挖深度約31.2 m。主體頂板覆土厚度約3.0 m，底板埋深為26.2～31.0 m。

工程場(chǎng)地位于沖積平原，局部微地貌單元系黃河河床，原始地形較平坦。根據(jù)鉆探揭露，地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積、沖洪積粉質(zhì)黏土、粉土、砂層及中生代燕山期晚期侵入巖輝長(zhǎng)巖，表層局部為人工填土。工作井附近地下水埋深約1.10～1.70 m。地下水類型為第四系松散覆蓋層的孔隙潛水。工程的地質(zhì)剖面如圖1 所示。

圖1 地質(zhì)剖面示意圖

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

北岸始發(fā)井基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，其厚度為1.2 m，深度為47.0～51.5 m，順作法施工。地下連續(xù)墻及鉆孔灌注樁采用水下C35 鋼筋混凝土，在基坑開(kāi)挖的范圍內(nèi)，共設(shè)5～7 道支撐（混凝土支撐和鋼支撐組合使用）。

4 監(jiān)測(cè)方案

本文針對(duì)濟(jì)南黃河隧道工程北岸工作井基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)做了相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)工作量見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)工作量

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本文對(duì)2018 年09 月03 日至2019 年06 月25 日基坑開(kāi)挖與前期服役階段的工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在上述階段內(nèi)，基坑施工的主要內(nèi)容與時(shí)間節(jié)點(diǎn)如表2 所示。

表2 基坑施工步驟與時(shí)間節(jié)點(diǎn)

限于篇幅，本節(jié)重點(diǎn)分析基坑開(kāi)挖過(guò)程中，支護(hù)樁（墻）的頂水平位移、深層水平位移和混凝土支撐軸力3 項(xiàng)參數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)果如下。

5.1 支護(hù)樁（墻）頂水平位移變化規(guī)律

墻頂水平位移的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是沿基坑中部、陽(yáng)角處布置，共有25 個(gè)測(cè)點(diǎn)。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQS01、ZQS22 分別位于東側(cè)墻體和西側(cè)墻體中部，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZSQ23～ZSQ25 位于南側(cè)墻體并均勻分布。以上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，分析墻頂水平位移的變化規(guī)律。所得結(jié)果如圖2 所示。

圖2 支護(hù)樁（墻）頂水平位移變化曲線

由圖2 可知，基坑開(kāi)挖施工將引起支護(hù)樁（墻）體的變形，一旦開(kāi)挖深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，這種變形將開(kāi)始逐步趨于穩(wěn)定?；幽蟼?cè)墻體的頂水平位移量普遍大于東側(cè)與西側(cè)墻體的頂水平位移量。另外，南側(cè)墻體頂靠近西部區(qū)域的水平位移量與靠近中部和東部區(qū)域的水平位移量相比較明顯要小。

5.2 支護(hù)樁（墻）深層水平位移變化規(guī)律

在本次監(jiān)測(cè)期間內(nèi)，支護(hù)樁（墻）深層水平位移變化顯著。本文共選取東側(cè)、西側(cè)和南側(cè)墻體中部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX01、CX22和CX24 進(jìn)行分析，所得結(jié)果依次如圖3、圖4 和圖5 所示。隨著基坑開(kāi)挖施工的進(jìn)行，墻體側(cè)向位移量的變化顯著。其中，基坑的東側(cè)與西側(cè)墻體主要表現(xiàn)為整體向基坑外側(cè)移動(dòng)（累計(jì)變化量為負(fù)值），兩側(cè)墻體的最大深層水平位移均在埋深約25 m 處。另外，基坑?xùn)|側(cè)墻體的深層水平位移量明顯小于西側(cè)墻體的深層水平位移量。

圖3 支護(hù)樁（墻）深層水平位移變化曲線（東側(cè)CX01）

圖4 支護(hù)樁（墻）深層水平位移變化曲線（西側(cè)CX22）

圖5 支護(hù)樁（墻）深層水平位移變化曲線（南側(cè)CX24）

不同的是，基坑南側(cè)墻體整體表現(xiàn)出向基坑內(nèi)側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)（累計(jì)變化量為正值），最大深層水平位移在埋深約20 m處。且南側(cè)墻體的深層水平位移量普遍大于東、西兩側(cè)墻體的深層水平位移量。

綜上，支護(hù)樁（墻）的深層水平位移大小與支撐系統(tǒng)剛度、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、實(shí)際地質(zhì)狀況、開(kāi)挖深度和地面超載等多種因素相關(guān)。了解支護(hù)樁（墻）的深層水平位移變化規(guī)律對(duì)判定基坑支護(hù)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和施工工藝的合理性是相當(dāng)重要的。

5.3 混凝土支撐軸力變化規(guī)律

混凝土支撐軸力的監(jiān)測(cè)借助于鋼筋計(jì)，通過(guò)連桿電焊的方式將鋼筋計(jì)與受力主筋連接。限于篇幅，本文以其中7 組監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析混凝土支撐軸力的變化規(guī)律，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6 所示。

圖6 混凝土支撐軸力變化曲線

基坑開(kāi)挖施工時(shí)，挖一挖停一停，這種循環(huán)作業(yè)方式使得土壓力值會(huì)隨之反復(fù)，支撐軸力會(huì)相應(yīng)不斷調(diào)整，而混凝土支撐所分擔(dān)的土壓力也將不停變化。在2018 年10 月25 日至2019 年01 月25 日期間混凝土支撐軸力明顯增大，表明基坑產(chǎn)生變形。但大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的支撐軸力在基坑開(kāi)挖作業(yè)的中后期和服役期間，基本是在支撐軸力設(shè)計(jì)值的范圍內(nèi)浮動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

基坑變形監(jiān)測(cè)對(duì)于控制基坑變形具有重要的指導(dǎo)價(jià)值，有助于維護(hù)基坑工程和其他建筑工程的安全狀態(tài)。本文以濟(jì)南黃河隧道北岸始發(fā)井基坑為工程背景，分析了其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到以下兩點(diǎn)結(jié)論。

1）基坑的南側(cè)墻體基本向基坑內(nèi)側(cè)移動(dòng)，最大深層水平位移量在埋深約20 m 處；東、西兩側(cè)墻體整體向基坑外側(cè)移動(dòng)，最大深層水平位移均在埋深約25 m 處。

2）基坑南側(cè)墻體的頂水平位移量和深層水平位移量較基坑?xùn)|、西兩側(cè)墻體的頂水平位移量和深層水平位移量要大。