楊 磊

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地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)與分析

楊 磊

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隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市軌道交通向三維空間發(fā)展也已成為我國(guó)各大城市的主流發(fā)展趨勢(shì)。而在地鐵的建設(shè)中，不可避免的要產(chǎn)生地鐵車站這一基坑工程。由于地鐵車站一般都修建在商業(yè)文化中心以及人口和周圍建筑較密集的地區(qū)，受施工場(chǎng)地的限制，地鐵車站基坑的施工不能采取常規(guī)放坡開(kāi)挖的方法。因此，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工以及監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究尤其重要?；诖耍疚墓P者將結(jié)合工程實(shí)際，著重分析探討地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

地鐵車站；基坑圍護(hù)；監(jiān)測(cè)

1、地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)原則

1.1 系統(tǒng)性原則

1）與所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，并形成有效四維空間，測(cè)試的數(shù)據(jù)相互能進(jìn)行校核；2）運(yùn)用、發(fā)揮系統(tǒng)功效對(duì)基坑進(jìn)行全方位、立體監(jiān)測(cè)，確保所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)；3）在施工工程中進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；4）利用系統(tǒng)功效減少監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，節(jié)約成本。

1.2 可靠性原則

1）采用的監(jiān)測(cè)手段是成熟或基本成熟的方法；2）監(jiān)測(cè)中使用的監(jiān)測(cè)儀器、測(cè)試元件均通過(guò)計(jì)量標(biāo)定且在有效期內(nèi)；3）對(duì)布設(shè)的測(cè)點(diǎn)制定有效的保護(hù)措施；4）有可靠的備用方案，對(duì)重要的控制點(diǎn)要有備用點(diǎn)，一經(jīng)損壞能夠及時(shí)恢復(fù)。

1.3 與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合原則

1）對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的；2）對(duì)方案專家評(píng)審會(huì)上提出的問(wèn)題有針對(duì)性地布置監(jiān)測(cè)工作，以作為反演分析的依據(jù)；3）依據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算情況，確定結(jié)構(gòu)的報(bào)警值；4）依據(jù)業(yè)主、設(shè)計(jì)單位提出的具體要求調(diào)整監(jiān)測(cè)布點(diǎn)。

1.4 關(guān)鍵部位優(yōu)先、兼顧全面的原則

1）對(duì)結(jié)構(gòu)中相當(dāng)敏感的區(qū)域，合理加密測(cè)點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；2）對(duì)勘察工程中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)變化起伏較大的位置，施工過(guò)程中有異常的部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，加密點(diǎn)位，加強(qiáng)頻率；3）除關(guān)鍵部位優(yōu)先布設(shè)測(cè)點(diǎn)外，在系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上均勻布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

1.5 與施工相結(jié)合原則

1）結(jié)合施工實(shí)際工況確定測(cè)試方法、監(jiān)測(cè)元件的種類、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)措施；2）結(jié)合施工實(shí)際工況調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置，準(zhǔn)確反饋基坑變化情況盡量減少對(duì)施工質(zhì)量的影響；3）結(jié)合施工工況實(shí)際確定監(jiān)測(cè)頻率。

1.6 經(jīng)濟(jì)合理原則

1）監(jiān)測(cè)方法的選擇，在安全、可靠的前提下結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)盡可能采用直觀、簡(jiǎn)明、有效的方法；2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，在確保全面、安全的前提下，合理利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間聯(lián)系，減少測(cè)點(diǎn)數(shù)量，提高工作效率，降低成本。

2、地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2.1 工程概述

武漢市軌道交通4號(hào)線二期工程從黃金口站至首義路站，線路全長(zhǎng)16.857km，其中高架線3.2km，敞開(kāi)段0.15km，地下線13.507km，有地下車站11座，高架站2座，設(shè)黃金口停車場(chǎng)1處和王家灣主變電站1座。

2.2 地面控制網(wǎng)的布設(shè)

控制點(diǎn)布設(shè)的具體要求為：結(jié)合沿線地形和平面高程控制網(wǎng)點(diǎn)（業(yè)主提供）情況，要求所選控制點(diǎn)覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)，離被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)站數(shù)一般須控制在2站之內(nèi)。

2.3 地下監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)布設(shè)

在盾構(gòu)工作井內(nèi)設(shè)置2～3個(gè)井壁水準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)進(jìn)行地面和地下水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，地下水準(zhǔn)網(wǎng)隨盾構(gòu)的推進(jìn)而延伸，地面和地下控制網(wǎng)必須納入統(tǒng)一系統(tǒng)。

2.4 軸線地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)及斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

本工程中，先將整個(gè)盾構(gòu)的推進(jìn)軸線放于實(shí)地，根據(jù)軸線放樣地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)工程監(jiān)測(cè)技術(shù)大綱，本區(qū)間段屬于二，三級(jí)監(jiān)測(cè)等級(jí)，所以在軸線上布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，按正常區(qū)域5環(huán)（7.5m）布置1點(diǎn)，同時(shí)在軸線走向上每25環(huán)（37.5m）布置1條監(jiān)測(cè)斷面，在軸線左右兩側(cè)按近密遠(yuǎn)疏原則設(shè)點(diǎn)，斷面最遠(yuǎn)點(diǎn)距離與隧道埋深成45°角關(guān)系，每個(gè)斷面設(shè)7-13個(gè)測(cè)點(diǎn)。出、進(jìn)洞段在條件允許以及確有必要的情況下酌情布設(shè)深層沉降點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)地表樁），深度為3～5m左右。左線測(cè)點(diǎn)代號(hào)Z，右線測(cè)點(diǎn)代號(hào)Y，編號(hào)以所在環(huán)號(hào)表示，同一斷面各點(diǎn)從左至右順序編號(hào)。

出洞段（試推進(jìn)段）前100m為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。監(jiān)測(cè)區(qū)縱向長(zhǎng)100m（約67環(huán)）。沿隧道中心線每4.5m（3環(huán)）布置1個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沿隧道縱向設(shè)5排監(jiān)測(cè)斷面，分別在12環(huán)、24環(huán)、36環(huán)、48環(huán)、60環(huán)處布設(shè)斷面，主要監(jiān)測(cè)隧道中心及盾構(gòu)推進(jìn)中心區(qū)域的地表變形情況。

以上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)若遇到地表有結(jié)構(gòu)硬層覆蓋，則用取芯機(jī)鉆穿硬結(jié)構(gòu)層，再用長(zhǎng)約800mm的Ф16mm螺紋鋼插入結(jié)構(gòu)層下的土體中，并澆搗黃沙以固定鋼筋，避免監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的失真。具體形式如果1所示

圖1 地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝示意圖

2.5 建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了及時(shí)反映隧道推進(jìn)區(qū)上方建筑物變形情況，需在隧道埋深一倍范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物上設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在各建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)柱、墻角或承重墻的中間部位，盡量利用建（構(gòu)）筑物上原有的沉降觀測(cè)釘，如果沒(méi)有測(cè)量標(biāo)志，可在離墻角50cm處的墻面采用沖擊鉆鉆孔、埋入彎成“L”型的Φ10圓鋼筋、用混凝土澆注固定進(jìn)行安裝，或用射釘槍直接打入鋼釘于相應(yīng)部位.

2.6 管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

對(duì)盾構(gòu)埋深1倍范圍內(nèi)的市政管線進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距控制在15m～20m左右，埋設(shè)時(shí)對(duì)有閥門、窨井的管線可用測(cè)桿等設(shè)置直接觀測(cè)點(diǎn)；對(duì)某些重要管線應(yīng)布設(shè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用人工挖井，把管線暴露出一段，采用抱箍的形式布置直接點(diǎn)（見(jiàn)圖2）；或用小螺鉆鉆孔取土，鉆至管頂，用相應(yīng)長(zhǎng)度的鋼筋，一端垂直焊接在一塊小圓形鋼板上（尺寸稍小于套筒內(nèi)徑），然后用特制膠水把小鋼板粘貼在管頂，外加PVC套管保護(hù)，套筒外側(cè)回填粘土進(jìn)行布設(shè)（見(jiàn)圖3）。在沒(méi)有條件開(kāi)挖或小螺鉆鉆孔取土的部位，可在管線上方設(shè)間接監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但測(cè)點(diǎn)須穿過(guò)路面結(jié)構(gòu)層，以盡量獲取準(zhǔn)確的變形數(shù)據(jù)。

圖3 采用小螺鉆形式的監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝示意圖

2.7 隧道收斂、拱頂拱底沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（隧道頂部、底部）布置間距為5環(huán)設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，做到與地表軸線點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，盾構(gòu)始發(fā)與接收端、聯(lián)絡(luò)通道附近、施工出現(xiàn)異常、管片結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂地段應(yīng)加密布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。隧道收斂（兩腰位置）直線段斷面布置同上，曲線段適當(dāng)加密。（見(jiàn)圖4）

2.8 巖溶處理沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為了及時(shí)掌握鉆孔灌漿時(shí)對(duì)周圍地表的影響程度和范圍，在無(wú)建（構(gòu)）筑物及地下管線的區(qū)域，應(yīng)布置地表沉降剖面監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行垂直位移監(jiān)測(cè)。以鉆孔點(diǎn)中心為圓心，沿著相互垂直的兩條直徑，每個(gè)半徑上布設(shè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面3個(gè)點(diǎn)，間距為5m、10m及20m。軟土區(qū)，內(nèi)插長(zhǎng)約500mm的Ф16mm螺紋鋼長(zhǎng)鋼筋，回填黃沙固定。硬土區(qū)，若現(xiàn)場(chǎng)條件允許，同軟土區(qū)一樣內(nèi)插鋼筋，不允許的話，則布設(shè)不銹鋼釘作為間接點(diǎn)。

圖4 隧道常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖

監(jiān)測(cè)工作必須隨施工需要實(shí)行全程跟蹤，為確保施工安全，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)立足于隨時(shí)可獲得全面信息，監(jiān)測(cè)頻率必須根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的工況變化，實(shí)時(shí)反映推進(jìn)情況。確定原則如下：1）正常施工時(shí)期2次/天，如遇到沉降差異過(guò)大的情況，加大監(jiān)測(cè)頻率。2）施工后期沉降數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，1次/月。

3、地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)方法

3.1 沉降監(jiān)測(cè)

按國(guó)家二等水準(zhǔn)精度要求，進(jìn)行各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程測(cè)量，所有采用水準(zhǔn)測(cè)量的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（如建、構(gòu)筑物沉降、地表沉降、地下管線沉降等）皆納入監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)中，共同組成一閉（附）合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)。

監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組成。測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)在施工前埋設(shè)，經(jīng)觀測(cè)確定其已穩(wěn)定時(shí)方才投入使用。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為3次觀測(cè)值不超過(guò)2倍觀測(cè)點(diǎn)精度。基準(zhǔn)點(diǎn)不少于3個(gè)，并設(shè)在施工影響范圍外（4倍埋深）穩(wěn)定的位置處（下有較長(zhǎng)基樁）。監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)沿著隧道方向，每隔100-200m布設(shè)一點(diǎn)，應(yīng)在施工前布設(shè)，也可在施工期間根據(jù)實(shí)際的需要，進(jìn)行加密。工作基點(diǎn)盡量選擇布設(shè)在施工影響外（3倍埋深），相對(duì)穩(wěn)定的位置處，特殊情況可選在施工區(qū)域，但須加強(qiáng)與周邊基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)檢核，頻率應(yīng)為2周聯(lián)測(cè)1次，如監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，應(yīng)馬上聯(lián)測(cè)。監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期（1-2個(gè)月）全部聯(lián)測(cè)以檢驗(yàn)其穩(wěn)定性，并采用有效保護(hù)措施，保證其在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間的正常使用。。

選用LeiCaDNA03精密電子水準(zhǔn)儀（標(biāo)稱精度±0.3mm/km）及LeiCaNA2光學(xué)水準(zhǔn)儀（標(biāo)稱精度±0.5mm/km），配套條型碼尺進(jìn)行測(cè)量，外業(yè)觀測(cè)嚴(yán)格按規(guī)范要求的二等精密水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求執(zhí)行。為確保觀測(cè)精度，觀測(cè)措施制定如下。1）作業(yè)前編制作業(yè)計(jì)劃表，以確保外業(yè)觀測(cè)有序開(kāi)展。2）觀測(cè)前對(duì)電子水準(zhǔn)儀及配套因瓦尺進(jìn)行全面檢驗(yàn)。3）觀測(cè)方法：往測(cè)奇數(shù)站“后—前—前—后”，偶數(shù)站“前—后—后—前”；返測(cè)奇數(shù)站“前—后—后—前”，偶數(shù)站“后—前—前—后”。往測(cè)轉(zhuǎn)為返測(cè)時(shí)，兩根標(biāo)尺互換。4）測(cè)站視線長(zhǎng)、視距差、視線高要求見(jiàn)表1：

測(cè)站觀測(cè)限差見(jiàn)下表2：

兩次觀測(cè)高差超限時(shí)重測(cè)，當(dāng)重測(cè)成果與原測(cè)成果比較其較差均沒(méi)超限時(shí)，取3次成果的平均值。

沉降監(jiān)測(cè)外業(yè)完成后，對(duì)外業(yè)記錄進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制各水準(zhǔn)環(huán)閉合差，各項(xiàng)參數(shù)合格后方可進(jìn)行內(nèi)業(yè)平差計(jì)算；內(nèi)業(yè)計(jì)算采用水準(zhǔn)平差軟件按間接平差法進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，高程成果取位至0.1mm。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程初始值在監(jiān)測(cè)工程前期兩次測(cè)定(兩次取平均)，某監(jiān)測(cè)點(diǎn)本次高程減前次高程的差值為本次沉降量，本次高程減初始高程的差值為累計(jì)沉降量。

表1 測(cè)站視線長(zhǎng)、視距差、視線高等要求

表2 測(cè)站觀測(cè)限差

圖5 拱頂沉降測(cè)量方法示意圖

3.2 水平位移監(jiān)測(cè)

選用TopConGPT-3002N全站儀（測(cè)角精度指標(biāo)為±2.0″，測(cè)距精度指標(biāo)為1mm+2ppm），采用軸線投影法（準(zhǔn)直線法）進(jìn)行觀測(cè)。在某條測(cè)線的兩端遠(yuǎn)處各選定一個(gè)較為穩(wěn)固的工作點(diǎn)A、B，經(jīng)緯儀架設(shè)于A點(diǎn)，定向B點(diǎn)，則A、B連線為一條基準(zhǔn)線；觀測(cè)時(shí)，在該條測(cè)線上的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置覘板，由經(jīng)緯儀在覘板上讀取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)至AB基準(zhǔn)線的垂距E，某監(jiān)測(cè)點(diǎn)本次E值與初始E值的差值即為該點(diǎn)累計(jì)位移量，各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始E值均為取兩次平均的值。另外，在施工影響區(qū)域外布置若干個(gè)場(chǎng)地基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀定期檢測(cè)各工作點(diǎn)的穩(wěn)定性，若發(fā)現(xiàn)工作點(diǎn)有所位移，則及時(shí)對(duì)其坐標(biāo)進(jìn)行修正，以提高水平位移觀測(cè)精度。

3.3 拱頂、拱底沉降測(cè)量

由于精密水準(zhǔn)尺長(zhǎng)度為2～3m，而隧道內(nèi)徑為5.4m，故拱頂沉降測(cè)量無(wú)法用水準(zhǔn)測(cè)量方法實(shí)施，本次采用水準(zhǔn)儀加5m鋁合金塔尺在該環(huán)正、倒尺觀測(cè)方法測(cè)量。計(jì)算公式為：

注：H為拱頂高程；H0為隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程；h1、h2為正、倒尺讀數(shù)。

（見(jiàn)圖5）

3.4 隧道收斂測(cè)量

管片襯砌凈空收斂測(cè)點(diǎn)布置在隧道拱腰處，主要使用全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離變化。用收斂量測(cè)結(jié)果判斷隧道的穩(wěn)定性。

3.5 裂縫監(jiān)測(cè)

裂縫寬度的監(jiān)測(cè)宜在裂縫兩側(cè)粘貼平行標(biāo)志，用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量；裂縫長(zhǎng)度的監(jiān)測(cè)宜采用直接量測(cè)法進(jìn)行觀測(cè)。裂縫寬度的量測(cè)精度不宜低于0.1mm，裂縫長(zhǎng)度的的量測(cè)精度不宜低于1mm。

總而言之，地鐵車站深坑基在施工中經(jīng)常會(huì)發(fā)生變形等問(wèn)題，如變形在地鐵施工事故中所占比例較大。導(dǎo)致深基坑變形的原因很多，如支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、支撐軸力發(fā)生變化、立柱變形、地下水位不合理等，都會(huì)對(duì)深基坑變形產(chǎn)生影響。因此，應(yīng)根據(jù)深基坑變形的特點(diǎn)，進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，確保工程的安全進(jìn)行和順利完工。

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