劉 杰 張昌明 呂志國(guó) 張彥棟

(中建六局軌道交通公司 天津 300451)

引言

軌道交通近年來發(fā)展迅速，地鐵作為大中型城市地下的主要交通設(shè)施，具有速度快、載量大、占用空間固定、難以發(fā)生擁堵等優(yōu)勢(shì)。地鐵通過電力作為牽引，貫徹落實(shí)了我國(guó)的環(huán)保理念，其地位不言而喻。而作為地下工程，基坑作為主要的施工對(duì)象，對(duì)于地鐵出入段的基坑監(jiān)測(cè)、布點(diǎn)等就成為了重中之重。各種新興技術(shù)、方案優(yōu)化、布點(diǎn)優(yōu)化也隨之涌現(xiàn)。其中郝雨琦等[1]利用全站儀、收斂計(jì)、水準(zhǔn)儀等儀器，并結(jié)合了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)監(jiān)測(cè)深基坑的三維變形，保證了施工質(zhì)量與施工安全問題。黃昊[2]對(duì)于深基坑監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置以及優(yōu)化方法展開研究，以深基坑監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，分析難點(diǎn)、要點(diǎn)、重點(diǎn)，結(jié)合周圍環(huán)境，對(duì)測(cè)點(diǎn)的布置進(jìn)行優(yōu)化，并提出相關(guān)建議。魏長(zhǎng)壽[3]利用自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)，通過對(duì)地鐵出入段線工程，實(shí)現(xiàn)了利用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)基坑的目的，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)以高效、精準(zhǔn)、可靠等諸多優(yōu)勢(shì)在基坑監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)良好。趙斌[4]通過建立研究區(qū)三維數(shù)值模型，對(duì)地鐵周圍建筑物的剛度、位移進(jìn)行分析，綜合處理后，確認(rèn)地基為混合支護(hù)形式，結(jié)果表明，混合支護(hù)形式可有效控制周圍建筑物的沉降、水平位移。胡琦兄[5]針對(duì)深基坑支護(hù)施工技術(shù)的主要特點(diǎn)，分析了項(xiàng)目在施工過程中的管理策略，這對(duì)施工流程、安全、質(zhì)量具有重要意義。蘇志華等[6]結(jié)合實(shí)際工程案例對(duì)復(fù)雜條件下的基坑支護(hù)形式和組合方法的施工技術(shù)進(jìn)行了概述，介紹了施工工藝流程，為復(fù)雜條件下的多種支護(hù)形式的應(yīng)用提供了參考。劉占博等[7-8]通過三維有限元方法，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)比三種結(jié)構(gòu)的分析，基于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工與監(jiān)測(cè)對(duì)地下單體構(gòu)筑物與深基坑支護(hù)一體化結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析與展望。

隨著基坑項(xiàng)目的不斷擴(kuò)張和環(huán)境的影響，監(jiān)測(cè)技術(shù)也會(huì)出現(xiàn)一些問題，郭躍文[9]就基坑檢測(cè)技術(shù)在深基坑中的相關(guān)問題進(jìn)行了總結(jié)，以各類基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目為基礎(chǔ)，分析了各類技術(shù)的特點(diǎn)以及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)和價(jià)值，并對(duì)基坑檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。梁耀平[10]結(jié)合實(shí)際工程案例，從施工單位、人員、方針策略等角度進(jìn)行分析，對(duì)深基坑支護(hù)施工要點(diǎn)進(jìn)行討論，為提高深基坑支護(hù)質(zhì)量提供了一定的參考。

本文以天津地鐵7號(hào)線大寺出入段工程為例，由于工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，對(duì)復(fù)雜基坑支護(hù)形式進(jìn)行部分優(yōu)化，將部分SMW工法樁優(yōu)化為拉森鋼板樁，達(dá)到了節(jié)約施工工期以及建設(shè)成本的目的。為了研究支護(hù)形式的優(yōu)化對(duì)基坑監(jiān)測(cè)的影響，通過本工程的基坑沉降、基坑水平位移、軸力監(jiān)測(cè)等分析該基坑優(yōu)化能否滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的要求。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地及周邊環(huán)境

本工程為天津地鐵7號(hào)線出入段，從賽達(dá)路站站內(nèi)正線逆向引出，接入大寺出入段線。特殊路基段場(chǎng)地周圍基本為河流、魚塘及耕地，無大型建筑物。道路右側(cè)為中引河(水深約2m，河寬約15m，坡式護(hù)岸)，道路左側(cè)為綠化帶及魚塘。場(chǎng)地為海積—沖積濱海平原，地形較平坦，地勢(shì)開闊，地面高程一般為1.81～3.15m。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘探資料，場(chǎng)地范圍內(nèi)地層自上而下主要為：填土、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土及砂土。根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB50307-2012)[11]，判定為復(fù)雜場(chǎng)地。具體土層厚度及物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.3 基坑概況及支護(hù)優(yōu)化

天津地鐵7號(hào)線大寺出入段線基坑深度由淺入深，出入段線從賽達(dá)路站站內(nèi)正線逆向引出，接入大寺出入段線，設(shè)計(jì)終點(diǎn)里程為右LIDK1+696.613，全長(zhǎng)1696.613m。地下段采用明挖法，區(qū)間長(zhǎng)734.918m，U型槽段長(zhǎng)216.000m，路基段長(zhǎng)548.609m，出入段線設(shè)置公路橋一處。根據(jù)深度不同基坑支護(hù)形式設(shè)計(jì)為地下連續(xù)墻支護(hù)、SMW工法樁支護(hù)、拉森鋼板樁支護(hù)、放坡設(shè)計(jì)以及內(nèi)支撐支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)形式，出入段線整體分三期施工，其中第一部分深度為15～18m,支護(hù)形式采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)，第二部分深度為11～15m,支護(hù)形式采用SMW工法樁支護(hù)和內(nèi)支撐支護(hù)，第三部分基坑采用拉森鋼板樁支護(hù)以及放坡設(shè)計(jì)。內(nèi)支撐分為鋼支撐與混凝土支撐，其中鋼支撐預(yù)加100～500kN/m的軸向應(yīng)力，混凝土支撐不施加預(yù)應(yīng)軸力，并設(shè)置15個(gè)軸力測(cè)量感應(yīng)器。

三道鋼支撐的直徑與中心標(biāo)高略有區(qū)別。由于基坑深度變化較大，基坑長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)于部分地區(qū)的支護(hù)形式根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)形式的改變做出一定優(yōu)化，其中，第二、三部分基坑連接部位由于土質(zhì)較好，地質(zhì)條件滿足，將原有的SMW工法樁改為200m拉森鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，以此來減少施工成本(圖1)。

圖1 深層土方開挖以及深基坑支護(hù)形式圖

2 基坑監(jiān)測(cè)

2.1 基坑測(cè)點(diǎn)種類及數(shù)量

本工程由于支護(hù)形式種類多樣，基坑深度變化較大，對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)來說，監(jiān)測(cè)種類多種多樣，監(jiān)測(cè)形式也會(huì)隨之變化?；用恳婚_挖段(25m左右)至少確保有一組墻體變形的監(jiān)測(cè)點(diǎn)(共41個(gè))，每?jī)蓚€(gè)開挖段有一組支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)(共15組，每組2～3個(gè))，基坑周圍地表沉降，每2～3個(gè)開挖段布設(shè)1個(gè)測(cè)量斷面。每測(cè)量斷面在垂直基坑方向2倍挖深范圍內(nèi)布設(shè)5～8個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)(共112個(gè))。其中地表沉降觀測(cè)點(diǎn)見圖2所示。

圖2 地表沉降觀測(cè)點(diǎn)圖

2.2 基坑測(cè)點(diǎn)布置及標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)點(diǎn)布置對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)種類有著不同的意義，根據(jù)基坑的深度變化，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置也會(huì)有不同的變化。地表沉降共112個(gè)，同時(shí)對(duì)于基坑的水平位移設(shè)置了圍護(hù)墻墻體變形(測(cè)斜)41個(gè)以及支撐軸力檢測(cè)15組。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求并結(jié)合《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB50911 -2013)[12]，制定如下監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)，各個(gè)監(jiān)測(cè)種類以及檢測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 基坑測(cè)點(diǎn)控制表

3 監(jiān)測(cè)分析

由于本工程對(duì)于基坑支護(hù)的部分形式進(jìn)行優(yōu)化，基坑深度變化多樣，對(duì)于基坑測(cè)點(diǎn)的布置工作則需要具備一定的專業(yè)性和復(fù)雜性，針對(duì)基坑支護(hù)優(yōu)化段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)儀器為： 軸力監(jiān)測(cè)—振弦式頻率儀608-A，沉降監(jiān)測(cè)—電子水準(zhǔn)儀天寶DiNi03，水平監(jiān)測(cè)—測(cè)斜儀CX-80 1D，監(jiān)測(cè)結(jié)果取基坑開挖結(jié)束后一個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)值為例，進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，探究基坑支護(hù)優(yōu)化對(duì)于監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。

3.1 沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

沉降監(jiān)測(cè)以地表沉降為例，地表沉降共112個(gè)測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)選取優(yōu)化段20個(gè)，設(shè)計(jì)段20個(gè))，每個(gè)測(cè)點(diǎn)選取基坑開挖結(jié)束后月初與月末的最大沉降量監(jiān)測(cè)值，繪制結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 設(shè)計(jì)段各點(diǎn)沉降量圖

圖4 優(yōu)化段各點(diǎn)沉降量圖

由圖3、圖4可知，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)段和優(yōu)化段在經(jīng)過一個(gè)月的施工后沉降總量均在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。其中：設(shè)計(jì)段沉降量最大值為9.75mm，平均沉降量為7.41mm，平均日沉降速率為0.25mm/d，單月沉降量最大值為3.23mm；優(yōu)化段沉降量最大值為10.92mm，平均沉降量為8.47mm，平均日沉降速率為0.28mm/d，單月沉降量最大值為2.51mm。這說明基坑支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化后，地表沉降量和地表沉降平均速率略有增加，但是單月沉降量最大值有所減小，原因可能是支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改善了支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的重量，從而減小了對(duì)地表的沉降量。綜上，優(yōu)化段沉降量與速率均在設(shè)計(jì)值范圍之內(nèi)，并且達(dá)到了良好效果。即基坑支護(hù)的改變對(duì)基坑豎向位移的改變量較小，滿足施工要求。

3.2 水平監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

水平監(jiān)測(cè)選取圍護(hù)墻墻體變形(測(cè)斜)為例，圍護(hù)墻墻體變形(測(cè)斜)共41個(gè)測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)選取優(yōu)化段10個(gè)最大值，設(shè)計(jì)段10個(gè)最大值)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)選取基坑開挖結(jié)束后月初與月末的最大水平位移量監(jiān)測(cè)數(shù)值，繪制結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 設(shè)計(jì)段各點(diǎn)水平位移圖

圖6 優(yōu)化段各點(diǎn)水平位移圖

由圖5、圖6可知，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)段和優(yōu)化段在經(jīng)過一個(gè)月的施工后水平位移總量均在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。其中：設(shè)計(jì)段單月最大水平位移差值為3.99mm，水平位移最大累計(jì)值為32.26mm，單日水平位移平均速率為0.08mm/d；優(yōu)化段單月最大水平位移差值為16.24mm，水平位移最大累計(jì)值為31.73mm，單日水平位移平均速率為0.28mm/d。說明基坑支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化過后，基坑水平位移整體達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。但是當(dāng)基坑支護(hù)發(fā)生改變后，基坑水平位移整體增加較多，單月增加量最大值達(dá)到了16.24mm，也側(cè)向表明了基坑支護(hù)形式的改變對(duì)于基坑水平位移的影響較大。

3.3 軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

支撐軸力監(jiān)測(cè)選取基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)段和優(yōu)化段的兩組軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，測(cè)點(diǎn)選取基坑開挖結(jié)束后月初與月末的軸力值，具體如表3所示。

表3 基坑鋼支撐軸力變化表

由表3可知，當(dāng)基坑支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化后，其軸力監(jiān)測(cè)報(bào)警值降低，表明基坑支護(hù)形式發(fā)生改變后，優(yōu)化后的鋼支撐報(bào)警值調(diào)整趨于嚴(yán)格。優(yōu)化段與設(shè)計(jì)段的軸力單月變化值各不相同，設(shè)計(jì)段軸力變化值相比于優(yōu)化段軸力變化值：第一層軸力變化幅度由4.3kN升至29.9kN；第二層軸力變化幅度由4.2kN升至30.5kN。由此可知，單月累計(jì)變化量最大為30.5kN，此時(shí)初始軸力值為591.6kN，假設(shè)軸力變化值在此后時(shí)間內(nèi)依舊保持30.5kN變化量累計(jì)增加，6個(gè)月后此軸力累計(jì)值為774.6kN，依舊未達(dá)到報(bào)警值。即在此部分工程竣工時(shí)，軸力值依舊滿足設(shè)計(jì)要求。所以雖然軸力變化有明顯的增大，但是依舊處于安全范圍(未達(dá)到設(shè)計(jì)報(bào)警值)。

4 結(jié)論

通過對(duì)天津地鐵7號(hào)線大寺出入段基坑支護(hù)的優(yōu)化以及監(jiān)測(cè)分析，對(duì)比設(shè)計(jì)段和優(yōu)化段基坑的水平位移量和沉降位移量，得出了以下幾點(diǎn)建議和結(jié)論：

(1)基坑支護(hù)的優(yōu)化可以大量節(jié)省施工時(shí)間以及工程成本，基坑支護(hù)優(yōu)化后的基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了比較理想的效果。

(2)基坑支護(hù)優(yōu)化后的沉降量改變不是很大，地表沉降量和地表沉降平均速率略有增加，但是單月沉降量最大值有所減小，效果良好。

(3)基坑支護(hù)優(yōu)化對(duì)于基坑整體的水平位移影響較大，增加了水平位移的總量以及單日水平位移速率。

(4)基坑支護(hù)形式改變對(duì)于鋼支撐的軸力變化影響較大，但是由于在工期范圍內(nèi)未達(dá)到報(bào)警值，處于安全范圍內(nèi)。