奚光宇

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

北京地鐵四號(hào)線中關(guān)村站位于中關(guān)村大街與北四環(huán)路十字交叉路口南側(cè)，中關(guān)村大街下方，呈南北走向。車站為地下兩層三跨島式站臺(tái)車站，車站中心里程K21+391.898，全長(zhǎng)179.9 m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬22.5 m，高14.65 m，頂板埋深2.3～2.7 m，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層。車站共設(shè)兩個(gè)風(fēng)道和四個(gè)出入口，車站主體結(jié)構(gòu)采用蓋挖逆作法施工，1號(hào)風(fēng)道及2、3號(hào)出入口采用明挖法施工，2號(hào)風(fēng)道及1、4號(hào)出入口采用暗挖法施工。各明挖基坑中以1號(hào)風(fēng)道結(jié)構(gòu)跨度最大，開挖深度最深，距高層建筑物海龍大廈最近而作為重點(diǎn)監(jiān)控，本文以1號(hào)風(fēng)道明挖法施工基坑的監(jiān)控量測(cè)為例，對(duì)地鐵明挖法施工的監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行了全面介紹。

中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道基坑開挖的深度為13.4 m，周邊的高大建筑物主要是海龍大廈。海龍大廈與1號(hào)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的最近距離為16.2 m(圖1中關(guān)村站平面圖)。

根據(jù)《北京地鐵四號(hào)線工程中關(guān)村站巖土工程勘察報(bào)告》提供地質(zhì)情況，中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道穿越地層從上到下為:人工堆積層、第四紀(jì)全新世沖洪積層和第四紀(jì)晚更新世沖洪積層。

2 監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目

根據(jù)中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道的結(jié)構(gòu)埋深、地質(zhì)及地面建筑物、管線情況和施工方法，布設(shè)了較密集、合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全面的地表沉降、樁頂位移、樁體變形、建筑物沉降等監(jiān)測(cè)，以保證在施工時(shí)及時(shí)反饋數(shù)據(jù)，確?；娱_挖和周邊建筑物的安全。

圖1 中關(guān)村站平面(單位:m)

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見表1。明挖基坑施工監(jiān)控量測(cè)的頻率與基坑開挖深度、施工狀況等有關(guān)。

表1 明挖基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

基坑開挖期間監(jiān)測(cè)頻率見表2，基坑開挖完成后監(jiān)測(cè)頻率見表3。

表2 基坑開挖期間監(jiān)測(cè)頻率

表3 基坑開挖完成監(jiān)測(cè)頻率

2.2 監(jiān)控量測(cè)管理控制標(biāo)準(zhǔn)(見表4)

表4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值

3 施工監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

3.1 地表沉降點(diǎn)、樁頂位移點(diǎn)、樁頂變形點(diǎn)的布設(shè)

地表沉降點(diǎn)、樁頂位移點(diǎn)、樁頂變形點(diǎn)和支撐軸力點(diǎn)的布設(shè)是根據(jù)基坑斷面、基坑周邊的建筑物和降水效果綜合考慮的。中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道的地表沉降點(diǎn)、樁頂位移點(diǎn)、樁頂變形點(diǎn)的布設(shè)見圖2。

3.2 建筑物變形觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道基坑開挖和降水時(shí)，為了保證周邊建筑物的安全，因此對(duì)建筑物進(jìn)行變形觀測(cè)。經(jīng)過對(duì)建筑物的形狀分析，針對(duì)1號(hào)風(fēng)道開挖在海龍大廈樓頂?shù)慕巧喜贾?個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

4 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)

4.1 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置的原則

1)根據(jù)本工程設(shè)計(jì)要求、施工特點(diǎn)及周邊環(huán)境等綜合因素確定監(jiān)測(cè)對(duì)象。

2)所有觀測(cè)點(diǎn)必須預(yù)先埋設(shè)穩(wěn)固，初始值在確認(rèn)點(diǎn)位已穩(wěn)定后采集兩次穩(wěn)定值使用。

圖21 號(hào)風(fēng)道測(cè)點(diǎn)布置(單位:mm)

3)地面沉降點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)考慮點(diǎn)位位置能反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化特征并有利于保護(hù)和不易受破壞的地方;

4)如果觀測(cè)點(diǎn)在施工中受破壞，應(yīng)盡快在原來(lái)位置或距原來(lái)較近位置補(bǔ)設(shè)測(cè)點(diǎn)，以保證該測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的連續(xù)性。

4.2 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)

4.2.1 地表沉降點(diǎn)

布點(diǎn)時(shí)點(diǎn)位盡量不布在回填土、綠化帶和管線周圍的地方，如果必須要埋點(diǎn)時(shí)，埋設(shè)時(shí)要選擇不易積水地方，人工開挖直徑500 mm、深800～1 000 mm的坑，用混凝土楔子夯實(shí)底部，并設(shè)400 mm×400 mm方磚底盤，插入φ20 mm圓鋼并用混凝土把坑回填密實(shí)(圖3)。

圖3 回填土、綠化帶地表沉降點(diǎn)埋設(shè)(單位:mm)

路面測(cè)點(diǎn)埋設(shè)采用φ103 mm電鉆在地面鉆孔，隨即打入作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鋼筋，使鋼筋與土體結(jié)為整體，可隨土體變化而變化(圖4)。

4.2.2 地表建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)

變形點(diǎn)采用彎鉤式，其直徑不小于18 mm，長(zhǎng)不小于250 mm。用電錘在建筑物的墻上打孔，然后將變形點(diǎn)打入孔洞內(nèi)并灌入高強(qiáng)度等級(jí)水泥，使變形點(diǎn)與建筑物成為一個(gè)整體。安好測(cè)點(diǎn)后，作好明顯標(biāo)志，并按順序編號(hào)(圖5)。

圖4 路面地表沉降點(diǎn)埋設(shè)(單位:mm)

圖5 地表建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)(單位:mm)

4.2.3 地下管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)

地下管線監(jiān)測(cè)是在管線所在覆蓋土的正上方挖孔至管線布置觀測(cè)點(diǎn)后引出地面，也可利用檢查井直接布在管線上，困難時(shí)在管線上方埋設(shè)地表樁間接監(jiān)測(cè)，按規(guī)定變形測(cè)量精度等級(jí)用精密水準(zhǔn)儀，銦鋼尺進(jìn)行量測(cè)。

4.2.4 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)

鋼筋應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中選擇受力有代表性的樁布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)在豎向位置布置在各土層分界面、結(jié)構(gòu)或配筋截面變化處。在平面位置上選擇長(zhǎng)短邊的中點(diǎn)。鋼筋應(yīng)力計(jì)焊接在樁體主筋上。埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)后要在后續(xù)工序中特別注意保護(hù)好應(yīng)力傳感腳線。

4.2.5 樁頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

樁頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于冠梁上。在灌注冠梁混凝土?xí)r預(yù)埋φ6 mm的膨脹螺栓，外露3～5 cm，經(jīng)檢查合格后施測(cè)取得初始值。

4.2.6 樁體變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)

測(cè)斜管應(yīng)在圍護(hù)樁施工時(shí)埋設(shè)在樁體內(nèi)，開挖前3～5 d重復(fù)測(cè)2～3次，判明測(cè)斜管處于穩(wěn)定狀態(tài)后，將其作為初始值，開始正式監(jiān)測(cè)工作。

先將測(cè)斜管裝上管底蓋，用螺絲或膠固定。測(cè)斜管與測(cè)斜管之間有接管連接，測(cè)斜管與接管之間必須用螺絲固定。測(cè)斜管采用綁扎法固定在鋼筋籠上與其一起沉入孔中，沉入時(shí)應(yīng)注意測(cè)斜管應(yīng)位于基坑內(nèi)側(cè)方向。由于混凝土的浮力作用以及振搗機(jī)械的影響，測(cè)斜管的綁扎定位一定要牢固可靠，以免混凝土澆筑時(shí)，使其發(fā)生上浮或側(cè)向移動(dòng)，影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測(cè)斜管高出冠梁15 cm，利用測(cè)斜儀測(cè)出樁體不同深度范圍的水平位移，從而可以得到樁體的變形情況。

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)較深，測(cè)斜管較長(zhǎng)，測(cè)斜管在安裝中應(yīng)注意導(dǎo)槽的方向，導(dǎo)槽方向必須與設(shè)計(jì)要求定準(zhǔn)的方向一致。同時(shí)要避免測(cè)斜管自身的軸向旋轉(zhuǎn)，以保證測(cè)出的數(shù)據(jù)真實(shí)反映在基坑邊緣垂直面內(nèi)的撓曲。在測(cè)斜管連接時(shí)，必須將上、下管段的滑槽相互對(duì)準(zhǔn)，使測(cè)斜儀的探頭能在管內(nèi)平滑運(yùn)行。測(cè)斜管埋設(shè)詳見圖6。

圖6 測(cè)斜管埋設(shè)示意

5 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)整理及成果分析

根據(jù)施工進(jìn)度和監(jiān)控量測(cè)的頻率進(jìn)行野外測(cè)量，并將野外記錄數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，打印測(cè)量成果表，并對(duì)沉降變化分析，繪制變化曲線圖。

監(jiān)測(cè)成果累積沉降值接近極限值時(shí)，則及時(shí)分析原因，以便及時(shí)采取補(bǔ)救措施。監(jiān)測(cè)工作全部結(jié)束后，要編寫沉降監(jiān)測(cè)竣工報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括變形觀測(cè)成果表，監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖，變形時(shí)態(tài)曲線圖和變形分析報(bào)告。

5.1 中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道地表沉降曲線(圖7)

圖7 中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道地表沉降曲線

中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道基坑開挖深度為13.4 m，從地表沉降曲線(圖7)可以看出:在2005年11月6日基坑開挖完成。在2005年10月6日基坑開挖完成3 m，一直到10月10日第一道鋼支撐架設(shè)完成，地表呈下降趨勢(shì)，沉降的最大速率為 0.245 mm/d<2 mm/d。從2005年10月10日至10月23日，基坑開挖深度達(dá)到7 m，并架設(shè)完成第二道鋼支撐，地表沉降的最大速率為0.194 mm/d<2 mm/d。從2005年10月23日至10月30日基坑開挖的過程中，地表呈回升趨勢(shì)，主要是對(duì)架設(shè)的鋼支撐施加軸力。從2005年10月30日至12月9日期間，1F7和1F11點(diǎn)變化比較大，從施工現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，1F7變化較大是當(dāng)時(shí)在管線改移時(shí)，施工單位沒有按要求進(jìn)行回填，沉降的最大速率為0.159 mm/d<2 mm/d;1F11變化較大是施工時(shí)在其周圍堆放鋼筋。從2005年12月9日結(jié)構(gòu)底板施工完成，沉降呈平穩(wěn)趨勢(shì)。由此分析應(yīng)注意:基坑開挖深度與鋼支撐架設(shè)要緊密;基坑開挖完成后盡早施工結(jié)構(gòu)底板;基坑周邊嚴(yán)禁堆載;基坑四周的原狀土是否被擾動(dòng)。

5.2 地表建筑物海龍大廈觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線(圖8)

從海龍大廈觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線(圖8)可以看出:在10月30日1號(hào)風(fēng)道基坑基本開挖完成，海龍大廈每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都有較小的變化。1號(hào)風(fēng)道在12月22日完成結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑之后觀測(cè)點(diǎn)沉降呈穩(wěn)定趨勢(shì)，而從10月30日至12月22日期間，觀測(cè)點(diǎn)的沉降有較小的波動(dòng)。

圖8 海龍大廈觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線

5.3 樁頂位移

從中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道樁頂位移曲線(圖9)可以看出:1FW7、1FW45、1FW65、1FW81 和 1FW104 樁頂位移基本為正值，ZW8、1FW22和1FW93樁頂位移基本為負(fù)值。分析成因是 1FW7、1FW45、1FW65、1FW81和1FW104樁架設(shè)鋼支撐并施加軸力和樁頂設(shè)冠梁;ZW8、1FW22和1FW93樁沒有架設(shè)鋼支撐而只依靠冠梁支護(hù)。根據(jù)圖形分析的結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)加大監(jiān)測(cè)頻率，由于樁頂位移的管理值為12 mm，從1號(hào)風(fēng)道觀測(cè)的情況來(lái)看都是安全的。

圖9 中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道樁頂位移曲線

5.4 樁體變形測(cè)量與數(shù)據(jù)整理

將測(cè)斜儀置入測(cè)斜管內(nèi)，并使導(dǎo)向輪完全進(jìn)入導(dǎo)向槽內(nèi)。方向應(yīng)為導(dǎo)向輪的正向與被測(cè)位移座標(biāo)(+X)一致時(shí)測(cè)值為正，相反為負(fù)。之后根據(jù)電纜上標(biāo)明的記號(hào)，每基長(zhǎng)(測(cè)點(diǎn)間距)單位長(zhǎng)度測(cè)讀一次測(cè)斜管軸線相對(duì)鉛垂線的傾角。測(cè)斜儀測(cè)量時(shí)先將測(cè)斜儀放入管底，自下而上測(cè)量。

測(cè)斜儀在測(cè)斜管中是每基長(zhǎng)(測(cè)點(diǎn)間距)單位長(zhǎng)度測(cè)讀一次。方法:測(cè)斜儀運(yùn)動(dòng)到位后，停留3 s左右，當(dāng)讀數(shù)儀上的讀數(shù)穩(wěn)定后，按一下儀表面板上的存貯鍵或手持存貯按鈕，實(shí)時(shí)測(cè)量值將被存貯在讀數(shù)儀中。根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行整理，繪制樁體變形曲線見圖10。

圖10 中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道樁體變形曲線

圖10描述的是中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道基坑開挖完成時(shí)圍護(hù)樁樁體累計(jì)變形曲線。從圖10中可以看出:在樁體深度為4 m時(shí)，ZW8號(hào)樁累計(jì)變形較大，分析原因是在ZW8號(hào)樁只有鋼圍檁支撐，兩側(cè)是斜撐，且斜撐沒有施加軸力;在樁體深度為10 m時(shí)，1FW93號(hào)樁累計(jì)變形較大，分析原因是有滲水情況，且地層為粉質(zhì)黏土，而第三道鋼支撐沒有架設(shè)。由于樁體變形的管理值為18 mm，從1號(hào)風(fēng)道觀測(cè)的情況來(lái)看都是安全的。

6 結(jié)語(yǔ)

中關(guān)村站1號(hào)風(fēng)道明挖基坑施工，是在北京最繁華的中關(guān)村地區(qū)進(jìn)行地鐵施工，而且地下管線較多，因此對(duì)周邊建筑物和地表的安全要求極高。監(jiān)理部專門成立監(jiān)控量測(cè)小組。在監(jiān)理時(shí)加大了監(jiān)控的力度和頻率，正因?yàn)橛辛吮O(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而安全快速地完成了監(jiān)理任務(wù)，保證了四號(hào)線順利完工。

［1］北京城建設(shè)計(jì)總院有限責(zé)任公司.北京地鐵四號(hào)線工程施工圖設(shè)計(jì)中關(guān)村站附屬結(jié)構(gòu)［R］.北京:北京城建設(shè)計(jì)總院有限責(zé)任公司，2006.

［2］北京市地質(zhì)工程勘察院.北京地鐵四號(hào)線工程中關(guān)村站巖土工程勘察報(bào)告［R］.北京:北京市地質(zhì)工程勘察院，2003.

［3］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ120—99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［4］鄭曉，劉勝群.深基坑工程變形特性及有限元分析［J］.鐵道建筑，2008(5):89-90.