陳文捷

(京滬高速鐵路濟(jì)南高速站工程建設(shè)指揮部，濟(jì)南 250117)

京滬高速鐵路濟(jì)南西站站房深基礎(chǔ)施工的信息化監(jiān)測

陳文捷

(京滬高速鐵路濟(jì)南高速站工程建設(shè)指揮部，濟(jì)南 250117)

濟(jì)南西站站房基礎(chǔ)施工屬于超大深基礎(chǔ)施工，整個(gè)基坑面積42 000 m2，挖深最深到18 m，基坑采用多重支護(hù)體系，且基坑緊鄰正線路基，基坑降水勢必要影響到路基沉降。如何保證深基坑的安全以及正線路基在深基坑施工期間的穩(wěn)定是一大課題。采用先進(jìn)的信息化監(jiān)測技術(shù)，對(duì)深基坑及路基進(jìn)行全方位、全過程監(jiān)測，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果判斷是否采取措施以保證基坑和路基穩(wěn)定。實(shí)施結(jié)果非常理想，整個(gè)基礎(chǔ)施工過程除基坑周邊地表沉降局部接近報(bào)警之外，其余觀測部位均保持穩(wěn)定。證明了基坑施工方案的合理，同時(shí)證明采用信息化監(jiān)測手段對(duì)保證深基坑的施工安全非常有效。

深基坑;信息化監(jiān)測;降水和支護(hù);路基沉降;監(jiān)測

1 概述

京滬高速鐵路濟(jì)南西站站房工程于2009年6月開工，總建筑面積 10萬 m2，地下部分建筑面積32 500 m2，其中主站房部分含地下1層，高架部分含地下2層(通廊部分和預(yù)留地鐵1號(hào)線)，整個(gè)基坑面積42 000 m2，地鐵1號(hào)線埋深到地下18 m，基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)工程量占到整個(gè)站房的40%。到2010年5月底完成地鐵1號(hào)線主體結(jié)構(gòu)的施工，2010年7月底完成地下通廊主體結(jié)構(gòu)的施工。

2 施工難點(diǎn)分析

由于增加的市政預(yù)留地鐵1號(hào)線的結(jié)構(gòu)橫穿整個(gè)主站房和地下通廊下方且要同步施工，致使該部位施工是整個(gè)站房范圍內(nèi)難度最大的。

(1)結(jié)構(gòu)埋深深，因各部位埋深不同，需設(shè)置多級(jí)基坑，且降水深度大:站房及地鐵1號(hào)線基坑分2級(jí)，站房為Ⅰ級(jí)基坑，地鐵1號(hào)線為Ⅱ級(jí)基坑。其中主站房Ⅰ級(jí)基坑開挖深度為10.8 m，采用兩級(jí)放坡，需降水到高程－12 m左右;地下通廊Ⅰ級(jí)基坑在承臺(tái)下最大開挖深度為8.87 m，筏板下開挖深度為4.1 m，地鐵1號(hào)線基坑為Ⅱ級(jí)基坑，開挖深度為自然地坪下17.7 m，自Ⅰ級(jí)基坑下10.4 m，需降水到高程－19 m左右。

(2)采用多種基坑防護(hù)方式:Ⅰ級(jí)基坑護(hù)壁采用放坡開挖，坡率1∶1，放坡坡體采用C20網(wǎng)噴混凝土面層處理形式。地鐵1號(hào)線Ⅱ級(jí)基坑內(nèi)設(shè)計(jì)采用18 m長的鉆孔灌注樁(懸臂長度超過10 m)結(jié)合高壓旋噴樁雙層止水帷幕護(hù)壁，同時(shí)設(shè)置2道內(nèi)支撐體系，第1道采用鋼筋混凝土支撐，第2道采用鋼管支撐(其中由于在正線橋南北兩端臨近正線路基高填預(yù)壓土，該部位的第2道支撐為鋼筋混凝土支撐)，中部設(shè)鋼立柱。

(3)第Ⅰ級(jí)基坑通廊基坑南北兩側(cè)和主站房基坑西側(cè)為濟(jì)南西站車場，已施工路基，其中正線處還有4 m高高填預(yù)壓土，路基距離通廊基坑南北上口開挖線約7 m，距離主站房西側(cè)基坑開挖線約9 m，因此，不僅正線處高填預(yù)壓土?xí)蠓仍黾訉?duì)該部位基坑邊坡的側(cè)壓力，而且站房基坑開挖和基坑降水勢必還要對(duì)該部分路基的沉降造成影響。另外，Ⅱ級(jí)基坑(地鐵1號(hào)線)處于第Ⅰ級(jí)基坑中部，周邊為通廊和主站房C段，還需考慮坑壁位移的不利影響?；悠矫骊P(guān)系見圖1。

圖1 基坑平面關(guān)系(單位:m)

多級(jí)基坑和不同形式邊坡支護(hù)的設(shè)置、邊坡附近存在的高填土、Ⅱ級(jí)基坑深降水等因素，給深基坑施工的安全和已施工完路基的穩(wěn)定帶來了很多不確定因素，施工過程中保證基坑支護(hù)的安全及周邊土體的穩(wěn)定是濟(jì)南西站站房深基坑施工的首要問題。除了要編制詳細(xì)、安全可靠的土方開挖、邊坡支護(hù)、基坑內(nèi)支撐體系及降水方案以外，本工程采用了信息化綜合監(jiān)測方法，對(duì)基坑及周邊進(jìn)行全方位、全過程監(jiān)測，為基礎(chǔ)施工提供周邊環(huán)境、基坑本身的沉降及水平位移等多項(xiàng)變形參數(shù)，及時(shí)掌握周邊環(huán)境的位移、沉降等多項(xiàng)變形規(guī)律，并在監(jiān)測過程中的變形總量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，立即通知施工方和監(jiān)理以便采取有效措施，控制變形量的發(fā)展，真正做到信息化施工，確保周邊環(huán)境安全和基礎(chǔ)工程的順利完成。

3 工程實(shí)施過程中監(jiān)測內(nèi)容、范圍和方法

經(jīng)研究，將地鐵Ⅱ級(jí)基坑的內(nèi)支撐體系、基坑降水以及基坑周邊土體(含正線路基)作為監(jiān)測重點(diǎn)。整個(gè)監(jiān)控范圍分為基坑和周邊兩部分。

3.1 基坑部分

3.1.1 圍護(hù)樁頂?shù)某两岛退轿灰票O(jiān)測

本部分主要是監(jiān)測在Ⅱ級(jí)基坑開挖、結(jié)構(gòu)施工中圍護(hù)樁頂?shù)某两岛退轿灰?，為圍護(hù)樁體測斜控制孔口位移提供改正參數(shù)。實(shí)施過程中沿基坑周邊圍護(hù)樁頂布設(shè)38個(gè)觀測點(diǎn)，在鉆孔灌注樁頂圈梁澆筑時(shí)，同步埋設(shè)樁頂垂直及位移監(jiān)測點(diǎn)，并采用精密測量儀器測量沉降和位移。見圖2。

3.1.2 圍護(hù)樁體和坑外土體的位移監(jiān)測(樁體和土體測斜)

這是監(jiān)測的重點(diǎn)部分，主要是了解Ⅱ級(jí)基坑內(nèi)隨基坑開挖深度的增加，圍護(hù)樁體和坑外土體在不同深度的水平位移變化情況，從而了解圍護(hù)樁體和內(nèi)支撐體系的受力狀況。

測點(diǎn)的布置采用在支護(hù)樁和坑外土體內(nèi)埋設(shè)PVC測斜管。其中支護(hù)樁的測斜管隨樁體灌注埋設(shè)在樁體中，管長和灌注樁相當(dāng)，沿圍護(hù)樁體布設(shè)10個(gè)測斜孔;土體的測斜管采用成空埋設(shè)，埋深16 m，沿基坑外深層土體布設(shè)4個(gè)測斜孔。監(jiān)測時(shí)在測斜管內(nèi)使用帶有探頭的測斜儀進(jìn)行監(jiān)測記錄，由于它是假定孔頂為不動(dòng)點(diǎn)，故每次測量的數(shù)據(jù)為相對(duì)的，還需要通過同部位圍護(hù)樁頂?shù)乃轿灰浦颠M(jìn)行修正。測點(diǎn)布置見圖3。

圖2 圍護(hù)樁頂測點(diǎn)布置

3.1.3 Ⅱ級(jí)基坑支撐軸力監(jiān)測

由于Ⅱ級(jí)基坑圍護(hù)支撐體系處于動(dòng)態(tài)平衡之中，隨著基坑施工工況的變化隨時(shí)建立新的平衡，通過監(jiān)測Ⅱ級(jí)基坑2道內(nèi)支撐的軸力，可及時(shí)了解支撐受力及其變化情況，準(zhǔn)確判斷基坑圍護(hù)支撐體系穩(wěn)定情況和安全性，以指導(dǎo)基坑的施工程序和方法，確保基坑施工安全。

測點(diǎn)布置采用預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計(jì)的方法，即混凝土支撐施工時(shí)，在綁扎鋼筋過程中同步將鋼筋應(yīng)力計(jì)焊接在支撐主筋上(鋼支撐則直接將鋼筋應(yīng)力計(jì)焊在鋼結(jié)構(gòu)上)，并引出導(dǎo)線，開挖前7 d測試其初始值。每次監(jiān)測時(shí)將導(dǎo)線和頻率接收儀連接，用來接收各個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)的頻率。實(shí)施過程中在第1道支撐上布設(shè)17個(gè)測點(diǎn)，在第2道支撐上布設(shè)16個(gè)測點(diǎn)。

3.1.4 基坑外水位監(jiān)測

水位監(jiān)測是通過測量Ⅰ級(jí)基坑外地下水位在基坑降水和基坑開挖過程中的變化情況，了解基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏、基坑外水土向坑內(nèi)流失，是判斷基坑周邊環(huán)境安全性的主要依據(jù)之一。

圖3 圍護(hù)樁體和坑外土體測點(diǎn)布置

實(shí)施過程中沿Ⅰ級(jí)基坑外布設(shè)10個(gè)地下水位監(jiān)測孔，Ⅱ級(jí)基坑外布設(shè)6個(gè)水位監(jiān)測孔。在地鐵護(hù)壁的鉆孔灌注樁灌注完成后，用水位監(jiān)測孔鉆機(jī)成孔，孔內(nèi)埋設(shè)PVC透水管，將水位管插入孔內(nèi)至設(shè)計(jì)深度，利用鋼尺水位儀測試管內(nèi)的水位深度。根據(jù)基坑的深度，確定通廊基坑周邊的6個(gè)水位監(jiān)測孔深為10 m，主站房基坑周邊的4個(gè)水位監(jiān)測孔深為13 m，Ⅱ級(jí)基坑周邊的6個(gè)水位監(jiān)測孔深為20 m。降水完成且在土方開挖前2 d測試其初始值。

3.2 周邊環(huán)境部分

基坑周邊地表沉降以及路基沉降和水平位移觀測，主要是要監(jiān)測Ⅰ級(jí)基坑周圍土體穩(wěn)定以及基坑降水引起的正線路基沉降情況。

在Ⅰ級(jí)基坑外側(cè)沿基坑每隔30 m左右設(shè)置1組沉降剖面，每組設(shè)5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(沿垂直于基坑方向每5 m布設(shè)一點(diǎn)，即監(jiān)測范圍為坑外20 m)。同時(shí)，環(huán)繞正線路基的三面，每隔20 m左右增設(shè)1處監(jiān)測點(diǎn)。本工程共計(jì)設(shè)置路基沉降觀測點(diǎn)16個(gè)，周邊地表沉降觀測點(diǎn)55個(gè)。

監(jiān)測方法是利用站房的水準(zhǔn)控制網(wǎng)點(diǎn)，按照國家二級(jí)水準(zhǔn)要求，聯(lián)測各地表沉降監(jiān)測點(diǎn)，做閉合水準(zhǔn)路線。計(jì)算各點(diǎn)高程、本次沉降量以及累計(jì)沉降量。

4 監(jiān)測實(shí)施要點(diǎn)

(1)嚴(yán)格按照監(jiān)測程序?qū)嵤┍O(jiān)測及數(shù)據(jù)收集和分析。監(jiān)測采取日?qǐng)?bào)制，即檢測員每天進(jìn)行觀測并編制日?qǐng)?bào)表，再由監(jiān)測工程師分析監(jiān)測數(shù)據(jù)并在當(dāng)天形成正式監(jiān)測日?qǐng)?bào)告。監(jiān)測日?qǐng)?bào)告第二天早晨報(bào)監(jiān)理單位，每周形成周報(bào)告報(bào)建設(shè)指揮部。指揮部在認(rèn)為必要時(shí)組織進(jìn)行階段性觀測總結(jié)評(píng)估(實(shí)施過程中指揮部在Ⅱ級(jí)基坑土方完成以及地鐵側(cè)墻結(jié)構(gòu)完成后組織了2次總結(jié)評(píng)估)。

(2)監(jiān)測過程中如果有監(jiān)測結(jié)果超過預(yù)先設(shè)定的的報(bào)警值，現(xiàn)場監(jiān)測工程師要立即向指揮部、監(jiān)理方發(fā)出書面通報(bào)，以提請(qǐng)各單位注意。出現(xiàn)嚴(yán)重偏離的，指揮部要立即組織各方進(jìn)行研究，根據(jù)事先編制的各種不利情況應(yīng)急預(yù)案采取相應(yīng)措施，消除安全隱患。例如，如發(fā)現(xiàn)圍護(hù)樁和土體測斜異常，則考慮采取坑體周圍卸載或增加內(nèi)支撐數(shù)量;如發(fā)現(xiàn)支撐軸力超標(biāo)則采用增加臨時(shí)支撐的措施;如發(fā)現(xiàn)因基坑降水使路基產(chǎn)生異常沉降，則立即在基坑周邊的預(yù)留回灌井中進(jìn)行地下水回灌，以阻止路基繼續(xù)下沉。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)測人員資格審查制度，測量儀器的“三檢”制度(正式監(jiān)測前全面檢查、重要部位監(jiān)測設(shè)備每天檢查、一般監(jiān)測設(shè)備定期檢查)，以及同一觀測部位人員和監(jiān)測設(shè)備的固定制度，以保證監(jiān)測精度。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

濟(jì)南西站站房基礎(chǔ)施工的信息化監(jiān)測自2009年9月21日基礎(chǔ)土方工程開始，至2010年6月11日地鐵1號(hào)線結(jié)構(gòu)施工完成監(jiān)測結(jié)束，通過對(duì)各監(jiān)測部位實(shí)施的不間斷監(jiān)測的數(shù)據(jù)收集及分析，做到了實(shí)時(shí)掌握深基坑施工過程中基坑開挖和施工降水對(duì)基坑圍護(hù)體系和基坑周邊環(huán)境影響的各種變形信息。主要監(jiān)測結(jié)果及分析如下。

(1)基坑周邊地表及路基:通過對(duì)整個(gè)監(jiān)測過程中的數(shù)據(jù)分析，站房基礎(chǔ)施工期間對(duì)基坑周邊地表以及路基沉降影響最大，部分監(jiān)測點(diǎn)接近報(bào)警值(19.7 mm，報(bào)警值20 mm)，其他監(jiān)測部位未發(fā)生異常，表明基坑范圍內(nèi)的邊坡支護(hù)體系和Ⅱ級(jí)基坑內(nèi)支撐體系一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)由于基坑降水引起的路基沉降已經(jīng)基本控制在允許范圍之內(nèi)。同時(shí)，通過分析整個(gè)監(jiān)測過程數(shù)據(jù)，可以掌握基坑以及周邊環(huán)境的變形規(guī)律，比如:土方開挖和施工降水初期，基坑周邊地表變形較為緩慢，自2009年11月20日開始Ⅱ級(jí)基坑的降水開始，基坑周邊地表變形開始加速，到2010年5月10日左右，也就是施工降水到設(shè)計(jì)高程后4個(gè)月左右，基坑周邊地表變形基本完成，6月份以后隨著施工降水開始部分停止，部分觀測點(diǎn)的地表已經(jīng)出現(xiàn)回升。

(2)Ⅱ級(jí)基坑:這是基坑監(jiān)測的重點(diǎn)，因此在該部位設(shè)置了圍護(hù)樁體和坑外土體的位移(樁體和土體測斜)以及內(nèi)支撐軸力3個(gè)觀測項(xiàng)目。監(jiān)測結(jié)果顯示:第1道支撐的軸力最大累計(jì)變化量為3 135.3 kN(設(shè)置報(bào)警值為4 679 kN)，第2道支撐的軸力最大累計(jì)變化量為2 323.7 kN(設(shè)置報(bào)警值為6 794 kN)，坑外土體位移最大累計(jì)變化量20.34 mm(設(shè)定報(bào)警值30 mm)，圍護(hù)樁體位移最大累計(jì)變化量20.33 mm(設(shè)定報(bào)警值30 mm)。各觀測指標(biāo)變化均在允許范圍之內(nèi)。

同時(shí)通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，內(nèi)支撐軸力最大處位于正線橋位置，這是由于該區(qū)域距離正線路基的高填預(yù)壓土較近的緣故，因此該區(qū)域設(shè)置了2道鋼筋混凝土支撐用以加強(qiáng);同時(shí)還觀察到，自二級(jí)基坑以下5～6 m范圍內(nèi)(即地表下14～15 m范圍內(nèi))支護(hù)樁以及土體的測斜變化最大，而支護(hù)方案設(shè)計(jì)在－14 m高程設(shè)置了Ⅱ級(jí)基坑第2道內(nèi)支撐(鋼管支撐)，以控制該區(qū)域支護(hù)樁以及土體測斜變化的發(fā)展。觀測結(jié)果和方案設(shè)計(jì)完全吻合，證明Ⅱ級(jí)基坑的支護(hù)方案非常合理。

(3)基坑外水位監(jiān)測:Ⅰ級(jí)基坑外側(cè)10個(gè)觀測點(diǎn)水位最大累計(jì)變化量－40 cm，Ⅱ級(jí)基坑外側(cè)6個(gè)觀測點(diǎn)水位最大累計(jì)變化量 －9 cm，均低于報(bào)警值(－100 cm)，Ⅰ級(jí)基坑護(hù)壁及Ⅱ級(jí)基坑維護(hù)未出現(xiàn)大量滲水現(xiàn)象，證明有效降水量穩(wěn)定，止水帷幕質(zhì)量可靠。

6 結(jié)論

通過施工單位(包括監(jiān)測單位)、監(jiān)理單位和指揮部的密切配合，本工程的基礎(chǔ)施工信息化監(jiān)測順利實(shí)施完成，整個(gè)過程監(jiān)測資料連續(xù)、準(zhǔn)確，整個(gè)深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境和基坑圍護(hù)的影響確保在可控范圍以內(nèi)，從而保證了基坑和既有路基的安全。同時(shí)可以得出結(jié)論:對(duì)于濟(jì)南西站這種大型公共建筑中較為復(fù)雜的深基坑施工，信息化監(jiān)測非常重要和可靠。本工程已取得的監(jiān)測成果資料，驗(yàn)證了其基坑支護(hù)和降水方案的合理性，對(duì)于以后同類工程具有借鑒和參考作用。

［1］雷 崇．杭州地鐵彭埠站基坑計(jì)算與監(jiān)測結(jié)果分析［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(5)．

［2］李正濤．管井井點(diǎn)降水在夾層地質(zhì)地鐵區(qū)間的應(yīng)用［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(7)．

［3］琚國金，漆泰岳，劉傳利．明挖地鐵車站深基坑施工監(jiān)測方案設(shè)計(jì)研究［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(8)．

IT-based Monitoring for Deep Foundation Construction of Ji'nan West Railway Station Building in Beijing－Shanghai High Speed Railway

Chen Wenjie

(Construction Headquaters of Ji'nan West Railway Station on Beijing－Shanghai High-speed Railway，Ji'nan 250117)

Ji'nan west railway station building foundation pit was super large and deep，with an area of 42 000 m2and the maximum depth of 18 m．The foundation pit adopted multiple support systems．Since the pit is close to the main line subgrade，foundation pit dewatering is bound to affect the subgrade settlement．How to ensure the safety of deep foundation pit and the stability of the main line during the deep foundation pit construction is a serious subject．This project adopted advanced IT-based monitoring technology with omnibearing and whole-process monitoring，according to real-time monitoring results to determine whether or not to take measures to ensure the stability of the foundation pit and the subgrade．Results of implemention were very ideal，during the construction process the whole foundation pit kept stable except for a portion of peripheral surface settlements closing to alarm．It has been proved that the foundation pit construction scheme is reasonable，and that IT-based monitoring is highly effective to guarantee construction safety．

Deep foundation pit;IT-based monitoring;Dewatering and support;Subgrade settlement;Monitoring

TU248.1

B

1004-2954(2011)12-0062-05

2011-10-20

陳文捷(1968—)，男，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，工學(xué)學(xué)士。