楊守興，商吉慶，張在云，楊 恒

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟南，250014）

城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展對修建地鐵技術(shù)提出了更高的要求。地鐵施工技術(shù)具有顯著的地域特征，與各地區(qū)地質(zhì)條件密切相關(guān)。由于地鐵修建位置交通較發(fā)達(dá)、人口較密集，受到場地的局限性，基坑無法采用傳統(tǒng)的分級放坡進(jìn)行開挖，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工問題變得非常突出[1～3]?；娱_挖過程中的實時監(jiān)測作為必不可少的一個環(huán)節(jié)，不同地區(qū)的深基坑變形規(guī)律的實測結(jié)果，已有大量的現(xiàn)場總結(jié)[4～9]，但關(guān)于青島地區(qū)的深大基坑的監(jiān)測結(jié)果總結(jié)還不完善。青島地鐵8號線紅島站共建段基坑采用樁+錨索、樁+鋼支撐的支護(hù)體系，基坑開挖過程中對樁頂水平位移、深層水平位移、基坑地表沉降、鋼支撐軸力、地下水位等進(jìn)行了監(jiān)測。測試結(jié)果表明：采用樁+錨索支撐與樁+鋼支撐的深層土體水平位移曲線不盡相同；冠梁頂部水平位移呈波浪形，位移發(fā)展趨勢可分為三個階段；鋼支撐的內(nèi)力隨時間的變化大致呈線性關(guān)系。監(jiān)測結(jié)果驗證了地鐵通廊支護(hù)體系的合理性與可靠性，豐富了青島地區(qū)類似工程的基坑監(jiān)測結(jié)果。

1 工程概況

青島地鐵8號、12號線下穿濟青高鐵紅島火車站房，該段地鐵車站結(jié)構(gòu)與高鐵站房共建稱為共建段。共建段呈“工”字型，地鐵區(qū)域為地下2層結(jié)構(gòu)、三柱四跨，寬45.4m；局部結(jié)構(gòu)七柱八跨，寬70m，長度為315.5m。

本工程地質(zhì)分區(qū)主要為濱海沼澤帶地區(qū)，地貌類型主要為濱海堆積淺灘，地形較為平坦。地表現(xiàn)狀為蝦池、養(yǎng)殖場、平地等，已經(jīng)高鐵施工已回填。明挖基坑場區(qū)內(nèi)地下水豐富，地下水位較高，易受潮汐水影響，因此要求基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)要有較好的止水效果及足夠的剛度。

基坑南側(cè)環(huán)境較為復(fù)雜，緊鄰青蘭高速公路，且施工便道狹長，車輛過往頻繁，為重點監(jiān)測對象。因此本文重點分析了共建段南側(cè)緊鄰高速路邊的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

根據(jù)地質(zhì)情況，地鐵基坑1～3段的支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐、4～17段鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式?；娱_挖深度為18m。維護(hù)樁徑采用直徑為1 000mm和800mm鉆孔樁，間距為1m，；樁頂設(shè)置1 100mm×1 000mm冠梁。開挖期間暴露的樁間土采用C25鋼筋網(wǎng)片+噴混凝土，鋼筋網(wǎng)片采用?8@150（雙向）?；颖O(jiān)測醒目及監(jiān)測點平面布置圖如圖1所示。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

本基安全等級為一級，依據(jù)設(shè)計要求及《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50479-2009），結(jié)合工程地質(zhì)勘查報告、施工方給出的開挖方案，制訂地鐵通廊共建段的監(jiān)測方案。緊鄰青蘭高速位置，地鐵基坑為監(jiān)測重點，各監(jiān)測項目及控制指標(biāo)見表1。

圖1 基坑各監(jiān)測點的平面布置圖

表1 監(jiān)測項目及控制指標(biāo)

2.2 監(jiān)測頻率

基坑監(jiān)測應(yīng)貫穿基坑開挖至主體結(jié)構(gòu)施工的全過程，目的是了解基坑變形和緊鄰高速路邊環(huán)境的變化， 保證地鐵基坑及青蘭高速路邊環(huán)境的穩(wěn)定安全。各監(jiān)測項目的初始讀數(shù)應(yīng)在基坑開挖前測定3次，并取其平均值；土方開挖期間按1次/天的頻率監(jiān)測，待地鐵筏板混凝土澆筑完成后監(jiān)測頻率相應(yīng)減少。

遇到特殊情況，如監(jiān)測項目的累計值、變形速率過大或異常突發(fā)情況對基坑不利時，監(jiān)測頻率必須加密。

3 基坑的開挖施工過程

整個基坑主體結(jié)構(gòu)采用明挖順作法施工，遵循時空效應(yīng)理論，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及時掌握基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形清理并指導(dǎo)基坑的順利開挖。地鐵通廊共建段3～17段采用樁錨支護(hù)體系，分3層開挖，共3道錨索；1～3段采用樁+鋼支撐體系，開挖也分3層開挖。

4 監(jiān)測成果分析

整個基坑開挖由北向南開挖，地鐵第4～17段從2016年12月開挖至2017年6月底地鐵底板完成施工，第1～3段2017年5月開挖至12月底板完成。整個監(jiān)測過程持續(xù)時間長，監(jiān)測次數(shù)多，現(xiàn)將部分有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)做如下分析。

4.1 土體深層水平位移

對土體深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測，能夠準(zhǔn)確地反映基坑開挖期間圍護(hù)樁的變形情況，對基坑的動態(tài)開挖具有指導(dǎo)意義。測斜點CX-01-04-03位于基坑中部位置，此處圍護(hù)樁整體的剛度較小，具有代表性，該測點土體深層水平位曲線如圖2所示。由圖可知采用樁錨支護(hù)體系深部土體的位移呈“大肚”型，最終變形值為22.8mm，沒有超過預(yù)警值。深層土體的水平位移值隨著基坑的挖深，位移不斷增大，基坑開挖面以上的變形速率比開挖面以下的變形速率快。另外及時施作錨索，能夠有效抑制側(cè)向位移的發(fā)展速率，筏板的及時澆筑能夠增加樁體的側(cè)向剛度，同時增加土體的附加應(yīng)力，也能抑制樁體側(cè)向位移的發(fā)展速率。

所有患者術(shù)后72 h行顱腦增強MRI檢查腫瘤切除情況，根據(jù)Simpson分級標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Ⅰ級 58例，Ⅱ級13例，Ⅲ級9例。術(shù)后送病理檢查均診斷為腦膜瘤，Ⅰ級良性腦膜瘤59例，Ⅱ級非典型性腦膜瘤21例。術(shù)后即時發(fā)現(xiàn)，8例多飲多尿者中6例癥狀緩解，2例無明顯改善；5例并發(fā)一過性尿崩；4例嗅覺減退；4例顱內(nèi)感染；1例腦脊液漏；1例出現(xiàn)高熱、血糖升高等嚴(yán)重下丘腦反應(yīng)而死亡；1例大量出血形成腦疝而死亡。隨訪2～7.5年，平均(5.4±1.4)年，56例視力不同程度的改善，21例無明顯變化，3例視力減退。11例復(fù)發(fā)，復(fù)發(fā)率為13.8%，再次行手術(shù)治療。

圖2 CX-01-04-03 深層土體水平位移變化曲線

地鐵通廊共建段1～3段采用樁+鋼支撐體系，選取CX-10-03圍護(hù)樁深層位移測點為例，不同工況下的累計變形曲線如圖3所示。

圖3 CX-10-03深層土體水平位移變化曲線及數(shù)值曲線

由圖可知采用樁+鋼支撐維護(hù)體系的變形大致呈“葫蘆型”，隨著開挖深度的增加，樁體變形值不斷加大。在鋼支撐架設(shè)之前，樁身位移增長速率較快，隨著鋼支撐的架設(shè)完成，變形發(fā)展速率減緩。2017年8月初地鐵1～3段筏板澆筑完成，樁體的變形趨于穩(wěn)定，最終變形值為24mm，位于基坑深度12m處。整個監(jiān)測結(jié)果顯示，所有監(jiān)測點的土體深層水平位移均未達(dá)到報警值。

對地鐵1～3段采用Midas/GTS建立三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型，模擬實際的施工工況。由圖3可知，數(shù)值模擬值的計算變形曲線和實測的變形曲線相吻合。

4.2 地表沉降

基坑南段的施工較北段的施工滯后，南側(cè)緊鄰高速公路路基旁有一施工便道，出入大型機械設(shè)備較多，此處為重點監(jiān)測對象。取南側(cè)緊鄰高速路邊的3個具有代表性的監(jiān)測點進(jìn)行分析，沉降曲線如圖4所示。

圖4 地表沉降

由圖可知地表最大沉降量在DBC03-07處，為22.4mm，均為超出規(guī)范要求的0.15%H=27mm。原因在于施工前，施工方采用注漿加固的方法對緊鄰高速公路的施工便道進(jìn)行了注漿加固，在施工過程中嚴(yán)禁在此處堆載，并對高速公路路基邊坡采用掛網(wǎng)噴射混凝土處理。但是在施工過程中，南側(cè)基坑支撐的架設(shè)相對滯后，導(dǎo)致路面的沉降在持續(xù)增加，直到第180天左右筏板澆筑完成滯后，地表的沉降才趨于平穩(wěn)。

4.3 樁頂沉降

圖5為基坑北側(cè)圍護(hù)樁樁頂測點QC05-11、QC05-09、QC05-07、QC05-05、QC05-03 在基坑開挖過程中的沉降的曲線。

圖5 樁頂沉降

2016年11月中旬獲得圍護(hù)樁頂沉降的初始值，隨著每層土體的開挖沉降有逐漸增大的趨勢，但變化率均不大。2017年5月初筏板澆筑完畢，增大土體的附加應(yīng)力，并對圍護(hù)樁體側(cè)向變形有一定的約束作用。隨著地鐵負(fù)二層、負(fù)一層的主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢，上部荷載不斷增加，基底下被動區(qū)土體受到限制并使土體產(chǎn)生少量的壓縮，圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生少許沉降，最終趨于穩(wěn)定。由圖5可知圍護(hù)樁頂最大沉降發(fā)生在QC05-07測點，最大沉降值為14mm，沒有超出規(guī)范要求的警戒值。

4.4 冠梁頂部水平位移

基坑冠梁頂部的水平位移也能很好反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，因此冠梁頂部水平位移也是本次監(jiān)測工作的重點?，F(xiàn)對地鐵北側(cè)的冠梁頂部水平位移監(jiān)測點QW05-05、QW05-07、QW05-09的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，冠梁頂部水平位移隨時間的變化曲線如圖6所示（朝向基坑為正）。

圖6 樁頂水平位移曲線

由圖可知在基坑施工過程中，冠梁頂部水平位移隨時間的變化關(guān)系大致呈波浪上升的趨勢。采用ORIGN9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合，擬合結(jié)果及擬合參數(shù)見公式1，且擬合效果良好。冠梁頂部的水平位移可分為3個階段：位移加速增長階段、位移減速增長階段、位移增長穩(wěn)定階段。原因在于土方開挖是一個卸荷的過程，基坑開挖的前期，冠梁頂部的水平位移加速增長，而隨著各道錨索的施工減緩了水平位移增大速率。2017年6月地鐵筏板澆筑完畢形成剛度后，冠梁頂部水平位移逐漸趨于穩(wěn)定，QW05-05、QW05-07、QW05-09監(jiān)測點水平位移的最大值分別為24.6mm、21.7mm、18.7mm（朝向基坑內(nèi)側(cè)），均未超出報警值。

式中s——冠梁頂部累計水平位移；

s0——冠梁頂部累計水平位移；

A,B——擬合參數(shù)；

t——時間。

4.5 支撐軸力

鋼支撐軸力的監(jiān)測選用軸力計進(jìn)行測試，量程應(yīng)選擇大于設(shè)計極限值的2倍。軸力計在安裝之前，必須進(jìn)行各項技術(shù)指標(biāo)及標(biāo)定系數(shù)的檢驗，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

由圖7可知，鋼支撐的軸力呈近似線性遞增，且三道直線的斜率均不相同。2017年5月中旬施加第一道鋼支撐后，隨著基坑內(nèi)土方的持續(xù)開挖，第一道的支撐軸力呈不斷增大的趨勢，但增長速率較平緩。2017年7月上旬，在第二道鋼支撐施工完成后，繼續(xù)開挖土方，第二道鋼支撐的軸力的斜率要比第一道支撐大，且第一道支撐軸力增長速度有所減緩，原因在于第二道支撐分擔(dān)一部分主動土壓力。同樣在施工完第三道鋼支撐的時候，第一、第二道鋼支撐的軸力增長速度放緩，甚至趨于平緩，而第三道鋼支撐軸力增長速度卻很大，直至地鐵筏板施工完畢之后，三道支撐的軸力才趨于平緩。監(jiān)測結(jié)果表明三道鋼支撐的內(nèi)力均為超過設(shè)計的80%（2 400kN）。

圖7 鋼支撐軸力與時間關(guān)系曲線

在支撐軸力測試過程中發(fā)現(xiàn)，溫度對支撐軸力測量的影響不可忽略，在軸力測試過程中盡量選在一天當(dāng)中氣溫較低時進(jìn)行，同一批次的支撐盡量在相同的時間或溫度條件下測量。

4.6 地下水位

對地鐵南北區(qū)段的地下水位監(jiān)測點DSW10-09和 DSW10-08（南側(cè)）、DSW-06和 DSW-07（北側(cè)）的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，地下水位隨時間變化曲線如圖8所示。

由圖8可知基坑南側(cè)水位累計下降量的最大值為0.25m，基坑北側(cè)為0.16m，均為超出報警值?；幽媳眱蓚?cè)地下水位的累計下降量均不大，原因在于地鐵規(guī)劃區(qū)域原為蝦池、魚塘，附近河流多，地下水位豐富，這對施工降排水造成了一定的困難。南側(cè)水位累計下降量降大，原因在于位于基坑南側(cè)設(shè)置了若干集水井，24h不間斷排水。當(dāng)施工到250天左右時，地鐵筏板均澆筑完成，且北側(cè)主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，底板的自防水及外防水作用減小了地下水的滲流，地下水趨于穩(wěn)定。

圖8 地下水位隨時間的變化曲線

5 結(jié) 論

本文通過青島地鐵8號線地鐵城市通廊共建段基坑監(jiān)測方案的實施和施工過程中的信息化監(jiān)測，對深層土體的水平位移、冠梁頂部水平位移、緊鄰高速公路地表沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂沉降、支撐軸力、地下水位監(jiān)測的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：①樁錨支撐體系、鋼支撐體系均能夠有效抑制維護(hù)樁體的變形；②采用樁錨支護(hù)體系的維護(hù)結(jié)構(gòu)，冠梁頂部水平位移可分為3個階段：位移加速增長階段、位移減速增長階段、位移穩(wěn)定階段；③鋼支撐的軸力與時間大致呈線性關(guān)系，3道支撐軸力增長的速率由上至下依次減??；④在測試鋼支撐軸力時，盡量避免陽光暴曬的時間段，測試鋼支撐軸力時應(yīng)選在同一時間段進(jìn)行；⑤筏板的及時施作不僅能有效抑制基坑樁體的位移，同時也能夠有效預(yù)防地下水的滲流。