楊　勃，李曉偉（.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，陜西　渭南　74000，.中鐵一局集團(tuán)第五工程公司，工程師，陜西　西安　70043）

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監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在地鐵深基坑開挖施工中的應(yīng)用

楊勃1，李曉偉2
（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，陜西渭南714000，2.中鐵一局集團(tuán)第五工程公司，工程師，陜西西安710043）

摘要：本文介紹了合肥地鐵一號(hào)線徽州大道站深基坑施工工程開挖概況，結(jié)合該深基坑施工鋼支撐的支撐方案，分析了深基坑鋼支撐控制的有效方法，尤其是對(duì)鋼支撐變形監(jiān)控進(jìn)行深入研究，為類型工程提供有效的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：深基坑；鋼支撐；監(jiān)控量測(cè)

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.006

目前地鐵站場(chǎng)施工中，由于基坑深度過大，基礎(chǔ)失穩(wěn)破壞極易發(fā)生。所以在深基礎(chǔ)施工過程中，對(duì)基坑的變形控制很有必要，為此結(jié)合合肥地鐵一號(hào)線徽州大道站深基坑施工鋼支撐的支撐方案，來分析深基坑鋼支撐控制的有效方法，尤其是鋼支撐變形監(jiān)控進(jìn)行深入研究，為類型工程提供有效的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1　工程概況

1.1車站主體結(jié)構(gòu)湖南路站車站總長189.6 m，主體為地下兩層島式車站，其中地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，標(biāo)準(zhǔn)段處結(jié)構(gòu)外包尺寸為20.90 m×13.25 m。標(biāo)準(zhǔn)段基坑深17.499 m，本站共設(shè)4個(gè)出入口和2組風(fēng)亭，均為單層結(jié)構(gòu)。見圖1所示。

圖1湖南路站基礎(chǔ)鋼支撐圖

1.2周圍環(huán)境條件湖南路位于規(guī)劃道路范圍內(nèi)的丙子村房屋拆遷還有少量未完成，有少量民用電線桿。拆遷后為一片空地，施工場(chǎng)地比較開闊。湖南路大道站場(chǎng)地現(xiàn)狀主要為荒地、魚塘，地形較平坦，施工場(chǎng)地比較開闊，周邊環(huán)境相對(duì)簡單。湖南路站～濱湖車輛段出入段線明挖區(qū)間為一片開闊的農(nóng)田，局部有少量房屋，且均已完成拆遷?；罩荽蟮勒居杏晁?、污水管，污水向北排放，雨、污水管在施工期間橫跨主體工程，采用貝雷梁懸吊處理（具體施工方案參見本方案內(nèi)的排水方案）。

1.3工程地質(zhì)條件本工程場(chǎng)地內(nèi)的土層劃分為人工堆積層、第四紀(jì)沉積層、白堊紀(jì)基巖三大層。填土的成分復(fù)雜，力學(xué)性質(zhì)差異很大，土體的自穩(wěn)能力差，沉積層自穩(wěn)性較好。根據(jù)地質(zhì)情況，本區(qū)域特殊巖土主要包括填土、膨脹土、淤泥和風(fēng)化巖，對(duì)工程的影響詳述如下：

填土：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)填土厚度約為0.3～1.7 m，填土以雜填土層為主，為松散土層，堆積時(shí)間短，力學(xué)性質(zhì)差異大，穩(wěn)定性差，會(huì)對(duì)基坑支護(hù)產(chǎn)生不利影響，需重點(diǎn)考慮填土層內(nèi)土釘墻成孔質(zhì)量，采用跟管鉆進(jìn)工藝成孔。

膨脹土：粘土層具有弱膨脹潛勢(shì)，膨脹土具有顯著的吸水和失水收縮的變形性能，同時(shí)膨脹土還具有脹縮變形的可逆性，在吸水膨脹、失水收縮后，有再吸水再膨脹、再失水再收縮的特性，在膨脹力及其反復(fù)脹縮變形條件下，易造成基坑邊坡失穩(wěn)和建筑物結(jié)構(gòu)開裂。在基坑施工過程中，由于施工揭露，邊坡土質(zhì)含水量發(fā)生變化，造成膨脹土變形加劇，容易在基坑邊坡部位形成淺層滑坡，從而造成基坑邊坡垮塌，因此基坑施工過程中應(yīng)采取盡早封閉措施，防止基地和邊坡土體遭受長時(shí)間暴曬、風(fēng)干、寖水等。

淤泥：本站區(qū)域內(nèi)分布有水塘、魚塘，塘底普遍有淤泥分布，淤泥厚度為0.5～1.75 m，淤泥屬軟土，穩(wěn)定性較差；基坑開挖施工前先挖出淤泥。

基坑開挖穿越的地層分別為人工堆積層、第四紀(jì)沉積層、白堊紀(jì)基巖三大層，具體為①填土，②粘土、②粉質(zhì)粘土、③粘土、④粘土，⑥全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

1.4水文地質(zhì)情況地下水的類型，工程所處位置主要受上層滯水的影響。水位深度0.38～2.32 m，水位標(biāo)高12.30～18.04 m，含水層主要為粉質(zhì)粘土填土層，上層滯水主要受到大氣降水、管溝滲漏、綠化灌溉補(bǔ)給，主要以蒸發(fā)的方式排泄。隨季節(jié)大氣降水、綠化灌溉變化而變化，不具有明顯的多年連續(xù)升降趨勢(shì)。

2　鋼支撐施工

徽州大道站基坑標(biāo)準(zhǔn)段豎向設(shè)置三道鋼支撐，水平間距3.5 m，k 28+939.232～k 28+990.232豎向設(shè)置二道鋼支撐，水平間距3.5 m，小里程盾構(gòu)段設(shè)置四道撐，水平間距3.5 m，內(nèi)支撐采用ф 609，壁厚t= 16 mm的鋼管，第一道角撐為1 500 mm×1 500 mm× 300 mm的鋼筋混凝土撐，其余兩個(gè)為1 500 mm× 1 500m m×20 mm的三角形鋼板撐；腰梁采用2根50 C工字鋼，角撐豎向間距與鋼支撐相同，鋼管支撐采用2臺(tái)80 t履帶吊吊裝。

2.1鋼支撐施工流程基坑支護(hù)施工工藝見圖2所示。

圖2基坑支護(hù)施工工藝圖

2.2鋼腰梁及鋼支撐架設(shè)隨著基坑的開挖深度，逐層安裝縱向連系梁、鋼腰梁及鋼支撐（見圖3所示）。

圖3鋼腰梁斜撐節(jié)點(diǎn)平面圖

2.2.1鋼腰梁的安裝鋼腰梁的安裝順序根據(jù)開挖順序安裝，鋼腰梁結(jié)構(gòu)為2根50 C型工字鋼雙拼。三角支架用L 100×12角鋼加工，用膨脹螺栓固定于圍護(hù)樁內(nèi)，上端用可伸縮性的鋼筋與圍護(hù)樁內(nèi)的鋼筋或膨脹螺栓連接牢固。

2.2.2鋼支撐安裝鋼支撐架設(shè)必須先撐后挖，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力（見表1）；鋼腰梁安設(shè)完成后，在鋼腰梁上放出支撐中心位置，立即進(jìn)行支撐架設(shè)（見圖4）。

表1湖南路站鋼支撐預(yù)加力與軸力設(shè)計(jì)值

圖4鋼腰梁節(jié)點(diǎn)平面圖

3　基坑監(jiān)控量測(cè)

3.1施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容為確保施工期間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全，結(jié)合本工程地形地質(zhì)條件、支護(hù)類型、施工方法等特點(diǎn)，確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目基坑每一開挖段設(shè)一組墻體變形的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

1）建（構(gòu)）筑物沉降、傾斜監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)范圍取基坑邊緣兩側(cè)各2.0 H（H為基坑開挖深度）范圍。

2）地下管線僅對(duì)污水、雨水、上水、燃?xì)獾葎傂?、壓力管線進(jìn)行沉降及差異沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍取基坑邊緣兩側(cè)各2.0 H范圍。

3）道路及地表沉降監(jiān)測(cè)范圍取基坑邊緣兩側(cè)各2.0 H范圍。

4）車站基坑全部開挖面及支護(hù)體系。

對(duì)于其余監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率，尚應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選定。

3.2周圍管線監(jiān)測(cè)

3.2.1監(jiān)測(cè)方法主要監(jiān)測(cè)基坑開挖引起的地表變形情況。按一級(jí)變形測(cè)量精度等級(jí)，用精密水準(zhǔn)儀、銦瓦尺與地面沉降監(jiān)測(cè)相同的方法進(jìn)行觀測(cè)、記錄數(shù)據(jù)處理。根據(jù)量測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，判斷基坑開挖對(duì)地表變形的影響。

3.2.2測(cè)點(diǎn)布置原則測(cè)點(diǎn)布設(shè)在基坑兩側(cè)10 m范圍以內(nèi)，采用地質(zhì)鉆孔機(jī)鉆孔成型后，放入PVC專用測(cè)管，及時(shí)做好孔口標(biāo)高的測(cè)量記錄，四周用粘土填實(shí)?？v向50～100 m一個(gè)量測(cè)斷面，一個(gè)斷面布置1個(gè)測(cè)孔。

3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及沉降監(jiān)測(cè)

3.3.1監(jiān)測(cè)方法圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)主要使用全站儀及配套棱鏡等進(jìn)行觀測(cè)。水平位移的觀測(cè)方法較多，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和工程要求靈活應(yīng)用。常用的測(cè)量方法有：視準(zhǔn)線法、小角度法、投點(diǎn)法、三角網(wǎng)法等。

3.3.2測(cè)點(diǎn)布置原則位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照20 m左右的間距布設(shè)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上端。基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)均為變形監(jiān)測(cè)的控制點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)一般距離施工場(chǎng)地較遠(yuǎn)，設(shè)在影響范圍以外，用于檢查和恢復(fù)工作的可靠性；工作基點(diǎn)埋設(shè)強(qiáng)制觀測(cè)墩，布設(shè)在基坑周圍較穩(wěn)定的4個(gè)角，直接在工作基點(diǎn)上架設(shè)儀器對(duì)水平變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

3.3.3量測(cè)頻率量測(cè)頻率見表2。

表2監(jiān)控項(xiàng)目安全、警戒、控制值、監(jiān)測(cè)頻率一覽表

3.3.4量測(cè)精度量測(cè)精度±1 mm。

對(duì)汾河流域節(jié)水灌溉發(fā)展水平的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，是正確認(rèn)識(shí)汾河流域節(jié)水灌溉發(fā)展水平、推動(dòng)本區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展的基礎(chǔ)，是制定區(qū)域節(jié)水政策、方案和措施的科學(xué)依據(jù)。近年來，節(jié)水灌溉發(fā)展水平綜合評(píng)價(jià)已經(jīng)由最初的定性描述分析或定量數(shù)據(jù)比較發(fā)展到定性與定量相結(jié)合[1]，由依靠主要指標(biāo)構(gòu)建簡單的評(píng)價(jià)體系發(fā)展到利用多指標(biāo)或多目標(biāo)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系。

3.3.5相應(yīng)措施當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及沉降超過預(yù)警值時(shí)，調(diào)整鋼支撐參數(shù)，或同時(shí)采用地層加固措施。確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.4鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)

圖5（A）軸力計(jì)實(shí)物圖

3.4.1監(jiān)測(cè)方法本工程主體明挖基坑開挖共設(shè)置了三道鋼支撐（小里程盾構(gòu)井端四道）。采用軸力計(jì)（亦稱反力計(jì)）進(jìn)行軸力測(cè)試。

3.4.2測(cè)點(diǎn)布置

1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜設(shè)置在支撐內(nèi)力較大或在整個(gè)支撐系統(tǒng)中能夠起關(guān)鍵作用的支撐上。每道支撐的內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)，點(diǎn)位布置與豎向保持一致。見圖5所示。

圖5（B）軸力計(jì)埋設(shè)斷面圖

2）鋼支撐的監(jiān)測(cè)截面根據(jù)測(cè)試儀器宜布置在支撐的端頭。

3）每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)截面內(nèi)傳感器的設(shè)置數(shù)量及布置滿足不同傳感器的要求。

4）量測(cè)頻率：按3.3.3的表2執(zhí)行。

5）量測(cè)精度：0.15%F.S。

6）相應(yīng)對(duì)策：根據(jù)量測(cè)結(jié)果分析鋼支撐的受力情況，確定是否調(diào)整鋼支撐的參數(shù)。

7）部分軸力監(jiān)測(cè)數(shù)值見表3。

表3湖南路站支撐軸力報(bào)告

4　監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

在信息化施工中，監(jiān)測(cè)后應(yīng)及時(shí)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，判斷其穩(wěn)定性，并及時(shí)反饋到施工中去指導(dǎo)施工。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》（TBJ108-92）的Ⅲ級(jí)管理制度作為監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)（見表4）。

表4監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)表

Un的取值，也就是監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗(yàn)、監(jiān)測(cè)對(duì)象的有關(guān)規(guī)范及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及招標(biāo)文件“技術(shù)條件”的要求。

根據(jù)上述監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)，可選擇監(jiān)測(cè)頻率：一般在Ⅲ級(jí)管理階段監(jiān)測(cè)頻率可適當(dāng)放大一些；在Ⅱ級(jí)管理階段則應(yīng)注意加密監(jiān)測(cè)次數(shù)；在Ⅰ級(jí)管理階則應(yīng)密切關(guān)注，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率可達(dá)到1～2次/天或更多。

5　監(jiān)控量測(cè)信息反饋程序

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)處理，即時(shí)繪制位移—時(shí)間曲線散點(diǎn)圖，位移（u）—時(shí)間（t）關(guān)系曲線的時(shí)間橫坐標(biāo)下應(yīng)注明開挖工作面距離量測(cè)斷面的距離。將現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制成u—t時(shí)態(tài)曲線散點(diǎn)圖和空間關(guān)系曲線。

1）當(dāng)位移—時(shí)間關(guān)系趨于平緩時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律；

2）當(dāng)位移—時(shí)間關(guān)系曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，則表明地層和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)視地層動(dòng)態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)應(yīng)立即暫停開挖，采取停工加固并進(jìn)行支護(hù)處理；

3）根據(jù)位移—時(shí)間曲線的形態(tài)來判斷地層穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)；巖體變形曲線分三個(gè)區(qū)段，土體蠕變曲線見圖6。

圖6地層蠕變曲線圖

基本穩(wěn)定區(qū)段：主要標(biāo)志是變形速率不斷下降，即d 2 u/d 2 t＜0，為一次蠕變區(qū)，表示地層趨于穩(wěn)定，其支護(hù)結(jié)構(gòu)是安全的；

過渡區(qū)段：變形速率較長時(shí)間保持不變，即d 2 u/ d 2 t=0，為二次蠕變區(qū)，應(yīng)發(fā)出警告，及時(shí)調(diào)整施工程序，加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的剛度和強(qiáng)度；

破壞區(qū)段：變形速率逐漸增加，即d 2 u/d 2 t＞0，為三次蠕變區(qū)，曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，表示地層已達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即停工加固。地層穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)比較復(fù)雜，在評(píng)定地層穩(wěn)定程度時(shí)根據(jù)工程的具體情況，采用上述3種標(biāo)準(zhǔn)綜合分析法，反饋于設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用。監(jiān)控量測(cè)信息反饋程序見圖7所示。

圖7監(jiān)控量測(cè)信息反饋程序

6　研究結(jié)論

1）經(jīng)過嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)人員定期培訓(xùn)，設(shè)備定期進(jìn)行標(biāo)定，數(shù)據(jù)采集和分析，基坑開挖安全順利完成。

2）監(jiān)測(cè)過程中特別注意了溫度對(duì)數(shù)據(jù)的影響，所以在觀測(cè)時(shí)候每天的觀測(cè)時(shí)間是定時(shí)的，而且特別注意了氣溫的穩(wěn)定性。

3）監(jiān)測(cè)過程中特別注意了位移時(shí)間關(guān)系曲線的變化，選派專人觀測(cè)，專人繪制，及時(shí)報(bào)告和反饋，及時(shí)采取了正確的措施，保證基坑監(jiān)測(cè)的可靠性。

通過嚴(yán)密的監(jiān)控量測(cè)和鋼支撐體系的受力分析，項(xiàng)目技術(shù)人員能夠全面掌握側(cè)向土體的動(dòng)向，達(dá)到對(duì)施工時(shí)間的良好把控，為調(diào)整開挖方式選擇提供了重要參考，同時(shí)確保了支架安全穩(wěn)定，有力的保證了基坑開挖有序進(jìn)行。通過本次監(jiān)控量測(cè)達(dá)到了預(yù)期的良好效果，為施工正常保質(zhì)，保量，完成奠定了良好基礎(chǔ)。

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中圖分類號(hào)：TU94+1 U231.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-8686（2016）01-0018-06