張曉軍

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

地鐵車站基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析研究

張曉軍

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

以寧波市某車站為例,研究了地連墻內(nèi)測(cè)斜,和基坑周邊主要影響區(qū)內(nèi)的地表沉降以及管線沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分析其變化和發(fā)展規(guī)律,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)對(duì)于基坑主要影響區(qū)2H的推算,無支撐暴露時(shí)間是控制變形的關(guān)鍵因素,并根據(jù)數(shù)據(jù)提出了施工階段控制變形情況的一點(diǎn)措施。

地鐵;監(jiān)測(cè);地連墻;管線沉降

寧波地區(qū)屬典型的軟土地區(qū),廣泛分布厚層狀軟土,為了準(zhǔn)確地反映基坑工程的各種變化,在理論分析指導(dǎo)下有計(jì)劃地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是十分必要的[1],是保證工程順利完成的必需條件。為了確保施工期間周邊建筑物和管線的安全,城市軌道交通基坑工程開挖均須對(duì)工程區(qū)域地表、周邊建(構(gòu))筑物與地下管線以及工程本身進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)[2],為此本項(xiàng)目對(duì)該車站基坑變形和受力進(jìn)行了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。

1 工程概況

1.1 車站概況

該車站總長(zhǎng)484.6 m,設(shè)2個(gè)風(fēng)亭和6個(gè)出入口,車站采用明挖順做法施工。車站標(biāo)準(zhǔn)段主體段結(jié)構(gòu)寬度19.7～21.0 m,現(xiàn)狀地面標(biāo)高約為2.7～3.16 m,頂板標(biāo)高為-0.754～0.216 m,頂板覆土2.5～3.4 m,開挖深度為16.2～17.12 m,采用地下單柱雙跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),局部為雙柱三跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；端頭井范圍寬度為23.8 m,開挖深度為17.8～18.7 m,采用地下二層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐體系,地下連續(xù)墻與內(nèi)側(cè)墻為復(fù)合墻亭位于車站東南側(cè)。車站衛(wèi)星圖見圖1。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本車站地質(zhì)土層從上至下依次為：①1層雜填土(平均厚度2.15 m)，①2層黏土(軟塑,平均厚度0.98 m )，①3層淤泥質(zhì)黏土(流塑,平均厚度1.96 m)，②1層黏土(軟塑，平均厚度0.87 m)，②2b層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(流塑,平均厚度6.20 m)，③2層粉質(zhì)黏土(流塑,平均厚度4.27 m)，④1層淤泥質(zhì)黏土(流塑,平均厚度6.33 m)，④2層黏土(流塑，平均厚度8.15 m)，⑤1層粉質(zhì)黏土(可塑,平均厚度2.02 m)，⑥2層粉質(zhì)黏土(軟塑,平均厚度5.87 m)，⑥3層粉質(zhì)黏土(可塑,平均厚度5.77 m)。本車站底板基本位于③2粉質(zhì)黏土層，地下墻墻趾插入⑥2層粉質(zhì)黏土層中。

圖1 車站衛(wèi)星圖

2 監(jiān)測(cè)成果分析

本文中以標(biāo)一單元、標(biāo)六單元和標(biāo)九單元(包括封堵墻)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為代表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析研究。標(biāo)一單元位于基坑南側(cè)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段的第一個(gè)單元,在整個(gè)開挖過程中,南端頭井的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定；標(biāo)六單元位于基坑中部，標(biāo)九單元位于基坑北側(cè),包含了臨時(shí)封堵墻,代表基坑變形的幾個(gè)明顯區(qū)域。因此選擇這三個(gè)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)分析具有代表性。

2.1 測(cè)斜數(shù)據(jù)分析

圖2 測(cè)斜原理示意圖

測(cè)斜儀工作原理是測(cè)頭以其導(dǎo)輪沿著測(cè)斜導(dǎo)管(PVC測(cè)斜管)的導(dǎo)槽沉降或提升,測(cè)頭的傳感器可以敏感地測(cè)到導(dǎo)管在每一個(gè)深度處的傾斜角度,輸出一個(gè)電壓信號(hào)在測(cè)讀儀面板上顯示出來。測(cè)斜原理示意圖見圖2。測(cè)頭測(cè)出的信號(hào)是以測(cè)斜導(dǎo)管導(dǎo)槽為方向基準(zhǔn)。在某一深度處,測(cè)頭上下導(dǎo)輪標(biāo)準(zhǔn)間距L上的傾斜角的函數(shù)。該信號(hào)可換算成水平位移,而測(cè)斜儀的測(cè)斜原理是基于測(cè)頭傳感器加速度計(jì)重力矢量g在測(cè)頭軸線垂直面上的分量大小,確定測(cè)頭軸線相對(duì)水平面的傾斜角的原理[3]。加速度計(jì)敏感軸在水平面內(nèi)時(shí),矢量g在敏感軸上的投影為零,加速度計(jì)輸出為零。當(dāng)加速度計(jì)敏感軸與水平面存在一傾角θ時(shí),加速度計(jì)輸出一個(gè)電壓信號(hào)：

Uout1=K0+K1gsinθ

(1)

為了消除K0的影響,可以將測(cè)頭掉轉(zhuǎn)180°,在該點(diǎn)進(jìn)行第二次測(cè)量,得：

Uout2=K0-K1gsinθ

(2)

將偏差K0消去,得差數(shù)：

Uout1-Uout2=2K1gsinθ

(3)

從圖2的測(cè)斜原理示意圖可以看出：

sinθ=Δi/L

(4)

則可得：

i=(Uout1-Uout2)×L/2×K1g

(5)

用測(cè)頭連續(xù)在任一深度I點(diǎn)上測(cè)試的總位移,即撓度為:

δ=∑ΔI

(6)

正常情況下用孔口為不動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行深層位移計(jì)算,用測(cè)斜孔口的連續(xù)墻頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移量來定期改正孔口的位移值后各點(diǎn)的水平位移量(mm)為：

δ=Δ孔口+∑ΔI

(7)

表1 測(cè)斜孔開挖至支撐的數(shù)據(jù)情況表

從表1中可以看出,測(cè)斜最大累積量都是隨著開挖深度的增加而增加,最大累積量位置在一段時(shí)間內(nèi)施工比較穩(wěn)定,總體方向隨著開挖深度,最大點(diǎn)位置在下移。

從開挖至底板的累積量來看,標(biāo)一段西側(cè)累積量較大,標(biāo)六段東西兩側(cè)累積量差異不大,標(biāo)九段基坑?xùn)|側(cè)累積量較大?；?xùn)|側(cè)為挖土作業(yè)區(qū)域,基坑西南側(cè)為鋼筋加工廠。車輛停放在基坑南北側(cè),中部只有挖土車輛荷載；基坑開挖變化量隨著基坑深度增加而增加。綜合數(shù)據(jù)來看,基坑周邊重載對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有較大影響；從最大累積量還可以看出,受“長(zhǎng)邊效應(yīng)”的影響,基坑變形最大點(diǎn)位于基坑中部；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化量隨著開挖深度增加。

從標(biāo)九段數(shù)據(jù)來看,封堵墻對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化有所緩解,封堵墻本身變形比兩側(cè)基坑變形較小。

圖3 標(biāo)六段測(cè)斜數(shù)據(jù)曲線圖

圖4 標(biāo)九段測(cè)斜數(shù)據(jù)變化圖

從圖3來看,基坑兩側(cè)變形數(shù)據(jù)趨勢(shì)基本一致,開挖到底板后,測(cè)斜數(shù)據(jù)變化同底板施工速度成反比。從圖4來看,封堵墻支撐效果要比鋼支撐的效果好。

2.2 地表沉降數(shù)據(jù)分析

從表2中可以看出,沉降最大點(diǎn)位于0.7～1H(H是基坑深度),地表點(diǎn)沉降量與測(cè)斜變化量基本接近。

表2 標(biāo)九段沉降主要影響區(qū)沉降數(shù)據(jù)表

圖5 標(biāo)九段沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化圖

從圖5中可以看出,基坑在開挖到底板時(shí)沉降速率最大,基坑西側(cè)比基坑?xùn)|側(cè)沉降量大?；游鞅眰?cè)有鋼支撐荷載。綜合測(cè)斜和地表沉降數(shù)據(jù)來看,周邊荷載對(duì)基坑本體和周邊環(huán)境變形均有影響。

2.3 管線沉降直接點(diǎn)與間接點(diǎn)比較

如圖6所示,管線沉降點(diǎn)隨著基坑開挖深度的

圖6 給水管線直接點(diǎn)與間接點(diǎn)對(duì)比曲線圖

增加而增加,管線主要沉降值發(fā)生在基坑開挖期間,開挖完成后管線沉降數(shù)據(jù)開始穩(wěn)定。在開挖深度不大于10 m時(shí),直接點(diǎn)與間接點(diǎn)變化值相差不大；開挖深度大于10 m時(shí),直接點(diǎn)的沉降速度明顯增加；底板完成后,直接點(diǎn)最終沉降量比間接點(diǎn)大。

3 結(jié) 語

通過該項(xiàng)目,得出如下結(jié)論：

1)土方開挖期間,整體變形受到動(dòng)土初期和“長(zhǎng)邊效應(yīng)”的綜合影響,基坑中部的變形值會(huì)較大[4]。

2)利用地下連續(xù)墻測(cè)斜數(shù)據(jù),分析了在不同工況下的墻身位移變化規(guī)律及時(shí)程變化規(guī)律,水平位移沿深度變形曲線呈“大肚狀”,最大位移值除端頭井部位僅為1‰H外,其余標(biāo)準(zhǔn)段部位最大位移值為3‰～5‰H,對(duì)應(yīng)深度位于坑底以下1.5～3.0 m處,當(dāng)?shù)装鍧仓瓿珊?最大變形深度位置向上稍微移動(dòng)。

3)地表沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,地表沉降隨時(shí)間逐漸增大,沉降速率隨挖深的增大而逐漸增大,從基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置至1.4H處,為顯著沉降影響范圍；在1.4H以外,基坑沉降量變化緩慢且累計(jì)量小。根據(jù)沉降曲線的趨勢(shì),可預(yù)估基坑的主要影響范圍約為2.0H。

4)開挖深度接近清底時(shí),工序的合理安排會(huì)影響基坑的整體變形,清底時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大小。

5)直接點(diǎn)最終沉降量比間接點(diǎn)大；開挖期間,直接點(diǎn)的沉降速率比間接點(diǎn)大。

根據(jù)我們監(jiān)測(cè)過程中野外作業(yè)情況,施工現(xiàn)場(chǎng)需要注意以下3點(diǎn)。

①基坑周邊重載控制。在基坑開挖期間,運(yùn)土車輛、鋼支撐、鋼筋材料、吊機(jī)等需要予以控制,在開挖深度大于10 m時(shí),重載會(huì)對(duì)基坑變形造成較大影響。

②基坑滲水堵漏。基坑地連墻接縫會(huì)有滲水,施工方應(yīng)根據(jù)周邊水位變化情況以及水文地質(zhì)條件,跟蹤觀測(cè)施工與水位變化之間的聯(lián)系?；咏涌p有滲水時(shí)應(yīng)及時(shí)堵漏,周邊滲水也會(huì)導(dǎo)致附近地面點(diǎn)及管線點(diǎn)下降。

③施工工序合理安排。在土方開挖期間,支撐架設(shè)要與土方開挖協(xié)調(diào)工作,從而保證工作的連續(xù)性,減少無支撐暴露時(shí)間,控制基坑變形情況。

[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院. JGJ 120—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．

[2] 劉建航,侯學(xué)淵. 基坑工程手冊(cè)[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997．

[3] 全金誼,張興國(guó),王磊.高精度測(cè)量?jī)x器在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用：以濟(jì)南市大明湖路武岳廟歷史建筑保護(hù)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例[J].城市勘測(cè),2013(2):150-153．

[4] 安關(guān)峰,高峻岳.廣州地鐵公園前地下空間深基坑綜合支護(hù)監(jiān)測(cè)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007,29(6):872-879．

Treatment and Analytic Study of the Monitoring Data for Subway Station Foundation Pit

ZHANGXiaojun

2017-01-18

張曉軍(1978—)，男，陜西安康人，工程師，從事鐵路、公路、市政及其他工程施工工作。

U231;TU473

B

1008-3707(2017)02-0025-04