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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

        2016-03-26 08:34:51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
        鐵道運(yùn)營技術(shù) 2016年1期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)控量測(cè)深基坑

        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)。

        參考文獻(xiàn):

        〔1〕范斌,駱漢賓,周誠.武漢地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用〔J〕.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版). 2010 (01).

        〔2〕徐俊峰;風(fēng)險(xiǎn)工程監(jiān)控量測(cè)體系在北京地鐵8號(hào)線西小口站的應(yīng)用〔J〕.現(xiàn)代城市軌道交通. 2011(S1).

        〔3〕張?jiān)B;楊成斌;洞山隧道淺埋段施工中的監(jiān)控量測(cè)工作〔J〕.工程與建設(shè). 2013(06).

        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

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