田兆平

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

1 概述

近些年隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速崛起，城市化發(fā)展也在不斷提速，同時(shí)城市人口也隨之增加。為了緩解城市壓力，提高居民生活質(zhì)量，大力發(fā)展地下空間工程是城市發(fā)展的新方向。但這些基坑大多處于城市的中心或者靠近城市中心的位置，這些基坑所處的周圍環(huán)境十分復(fù)雜，甚至還有地下水等復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，那么工程基坑開(kāi)挖就有可能對(duì)基坑周邊土體和構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。一般情況下只要支護(hù)得當(dāng)、施工過(guò)程規(guī)范合理，就能減小基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)深基坑工程做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，也取得了豐碩的研究成果。李國(guó)寶[1]運(yùn)用修正劍橋模型對(duì)深基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近復(fù)雜周邊環(huán)境變形的影響進(jìn)行了數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)比研究；薛劍林等[2-3]對(duì)軟土深基坑周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究；施有志、李秀芳、林樹(shù)枝[4]以廈門軌道交通1號(hào)線為依托，對(duì)城市中心地帶深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊高架橋墩、市政管線的影響進(jìn)行了實(shí)測(cè)分析；宮鶴、熊智彪、宋世豪等[5]研究了復(fù)雜周邊環(huán)境深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析；陽(yáng)吉寶、陳建蘭、謝芝蕾等[6]通過(guò)多種分坑施工法模擬研究，得到了控制深基坑周邊環(huán)境變形的最優(yōu)施工方法；牟建華[7]對(duì)建筑基坑周邊環(huán)境巡視監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了研究分析，建立一套基坑風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別預(yù)警處理機(jī)制；孫超、許成杰[8]運(yùn)用Midas GTS/NX軟件與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析的方式，研究了基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的變化規(guī)律。

2 工程概況

2.1 工程概況

濟(jì)南黃河隧道位于濟(jì)南市天橋區(qū)濼口南路交叉口向南400 m，穿北繞城高架，于濼口浮橋處穿越黃河及北大堤，在鵲山水庫(kù)西南側(cè)順接G309國(guó)道。全長(zhǎng)約4 760 m，包括穿黃河隧道3 850 m、接線道路910 m及相關(guān)的附屬工程。

南岸明挖段隧道位于濟(jì)濼路北段，自南向北依次為汽修廠站、軌道交通與市政道路合建段、南岸大盾構(gòu)接收井，距離黃河南岸大堤約340 m，現(xiàn)狀主要為市政道路。工程范圍包含交通疏解及管線改移。

2.2 設(shè)計(jì)概況

南岸汽修廠站起止里程DK0-000.900～DK000+298.400，公路隧道起點(diǎn)里程為EK000+270.000，在地鐵隧道右DK000+388.401處中止，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻和灌注樁，圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻單元槽段共153幅，其中23幅異型槽段，130幅標(biāo)準(zhǔn)槽段。汽修廠站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 m地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)形式，地下連續(xù)墻采用“H”型鋼接頭防水，連接處外側(cè)設(shè)置3根高壓旋噴樁接縫止水。車站上方隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)形式，樁間采用高壓旋噴樁擺噴+掛網(wǎng)噴射混凝土擋土。

車站上方隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)形式，樁間采用高壓旋噴樁擺噴+掛網(wǎng)噴射混凝土擋土。

2.3 工程及水文地質(zhì)條件

1)工程地質(zhì)條件。

勘探深度范圍地層共分15層，主要為第四系全新統(tǒng)沖積、沖洪積粉質(zhì)黏土、粉土、砂層及中生代燕山期晚期侵入巖輝長(zhǎng)巖，表層局部為人工填土。南岸現(xiàn)狀主要為路面及兩側(cè)人行道，下部堆填碎磚塊、灰渣及灰土墊層，局部欠壓密，厚度0.5 m～4.8 m。

“霍尼韋爾擁有世界領(lǐng)先的管理經(jīng)驗(yàn)，也是業(yè)內(nèi)一流的實(shí)戰(zhàn)專家，是該項(xiàng)目理想的合作伙伴。此次合作將幫助我們更好地實(shí)現(xiàn)打造創(chuàng)新型的精細(xì)化工旗艦企業(yè)的夢(mèng)想?！敝谢瘓F(tuán)化工事業(yè)部副總裁王軍表示，“同時(shí)也將推動(dòng)中國(guó)精細(xì)化工領(lǐng)域技術(shù)和商業(yè)模式的創(chuàng)新?！?/p>

2)水文地質(zhì)條件。

南岸明挖施工區(qū)域?yàn)辄S河Ⅰ級(jí)階地，地下水埋藏深度1.4 m～1.5 m，高程為22.56 m～23.12 m。地下水類型為第四系松散覆蓋層的孔隙潛水。地下水補(bǔ)給主要靠黃河水入滲、降水補(bǔ)給、排泄和蒸發(fā)及居民生活排污水為主。地下水徑流方向?yàn)橛膳R河向背河區(qū)滲透。

3 基坑周邊環(huán)境

山東黃河醫(yī)院位于汽修廠站基坑西側(cè)，建筑物地上有6層，部分是7層結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深標(biāo)高約18.8 m，距離車站主體基坑13.77 m，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)。

根據(jù)黃河醫(yī)院建筑情況，主體建筑主要是監(jiān)測(cè)臨近基坑的急診大樓，根據(jù)建筑物的特點(diǎn)，布置5組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖1所示，在樓層上部、底部點(diǎn)位布置反光片點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

中凱石油加油站位于汽修廠站基坑的東側(cè)位置，加油站的儲(chǔ)油罐位于基坑40 m左右，而且屬于加油站的重地，不允許進(jìn)入院內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以我們選擇了加油站外圍距離基坑較近，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的位置作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)已經(jīng)可以完全預(yù)測(cè)加油站沉降，足以判斷加油站內(nèi)的安全性。根據(jù)建筑物的特點(diǎn)，布置5組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖2所示，然后在房屋的上部點(diǎn)位布置反光片進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)與保護(hù)

4.1 豎向位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)

豎向位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)應(yīng)和工程高程系統(tǒng)保持一致，應(yīng)當(dāng)與之形成閉合、附合或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)該確保3個(gè)以上，如果基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)的工程距離較長(zhǎng)，造成監(jiān)測(cè)工作不便捷，可以布設(shè)工作基點(diǎn)。

基準(zhǔn)控制網(wǎng)是由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)所構(gòu)成的，豎向位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)則是由基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和變形觀測(cè)點(diǎn)所構(gòu)成的。最常用的監(jiān)測(cè)路線采用閉合往返、附合或環(huán)線閉線路，而且每一次監(jiān)測(cè)都應(yīng)將工作基點(diǎn)監(jiān)測(cè)包括在內(nèi)。

4.2 豎向位移控制點(diǎn)布設(shè)及保護(hù)要求

豎向位移基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)該按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的設(shè)置在相應(yīng)的監(jiān)測(cè)影響范圍之外，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在影響區(qū)之外通視條件方便、地質(zhì)條件穩(wěn)定的地方，而工作基點(diǎn)應(yīng)在次要影響區(qū)之外。

布設(shè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的埋設(shè)方法：基準(zhǔn)點(diǎn)宜采用鉆機(jī)鉆孔，鉆孔深度應(yīng)鉆至穩(wěn)定土層為止，然后將鋼管放入鉆孔內(nèi)，孔底用混凝土將其封堵，厚度宜為36 cm，基點(diǎn)底靴的厚度設(shè)置為1 m；然后用磚塊砌筑壁厚24 cm、井深1 m、井底墊圈尺寸為37 cm×37 cm的保護(hù)井壁；井蓋大多采用直徑為80 cm的鋼材；井口標(biāo)高與地面標(biāo)高宜保持一致；基準(zhǔn)點(diǎn)外管直徑為φ75 mm，內(nèi)管直徑為φ30 mm，基準(zhǔn)點(diǎn)頂部應(yīng)與井蓋保持30 cm的間距，井底墊圈與基準(zhǔn)點(diǎn)頂部的距離宜為70 cm。

4.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

4.3.1 地表沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)

地表沉降是反映基坑周邊土體變化情況的最直觀的監(jiān)測(cè)手段，也是基坑的基本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。測(cè)點(diǎn)按設(shè)計(jì)圖紙要求布設(shè)，布設(shè)方法：對(duì)水泥地面一般使用沖擊鉆鉆出直徑15 cm的鉆孔，然后放入長(zhǎng)度0.8 m～1 m,φ20～φ30的鋼筋，孔底澆筑混凝土固定，待凝固后用沙子回填，上部加蓋φ140 mm的保護(hù)蓋。

4.3.2 周邊建筑物沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)

建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)如下：

1)在基坑開(kāi)挖前應(yīng)將建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)完成，來(lái)確保施工過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)大多采用L型沉降標(biāo)，在建筑物的基礎(chǔ)或墻體上使用沖擊鉆在拐角處鉆孔，將環(huán)氧樹(shù)脂膠置入孔內(nèi)，然后L型沉降標(biāo)攜入孔中。

3)建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面間距為10 m，橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距15 m。

5 施工工況

根據(jù)基坑的相關(guān)設(shè)計(jì)要求、形狀尺寸以及基坑所采用的支護(hù)等，對(duì)基坑開(kāi)挖采用分層、分階段的形式。基坑的施工過(guò)程包括：1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工；2)基坑開(kāi)挖支護(hù)；3)主體結(jié)構(gòu)施工。依據(jù)相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，將汽修廠站深基坑開(kāi)挖分為5種工況，如表1所示。

表1 汽修廠站深基坑施工工況

6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

6.1 地表沉降數(shù)據(jù)分析

因測(cè)量數(shù)據(jù)十分龐大，本文僅選取臨近周邊建筑物附近的4個(gè)斷面12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由于現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)條件有限，本工程地表沉降點(diǎn)每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)間距為2 m，5 m，8 m。選取的監(jiān)測(cè)斷面編號(hào)分別為DBC25-1～25-3，DBC26-1～26-3，DBC36-1～36-3，DBC37-1～37-3。各斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖見(jiàn)圖3。

根據(jù)圖3可以看出，隨著基坑的開(kāi)挖，各斷面的地表沉降點(diǎn)的變化量均不斷增大，且增長(zhǎng)變化速率呈現(xiàn)為先急后緩的趨勢(shì)，從圖3還可發(fā)現(xiàn)每個(gè)斷面的2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)是變化量最大的點(diǎn)，產(chǎn)生這種情況的主要原因是2號(hào)點(diǎn)位于主要影響區(qū)內(nèi)，是地表沉降敏感區(qū)，因而產(chǎn)生的沉降量較大。選取的四組斷面沉降量最大值分別為-18.020 36 mm,-18.569 01 mm，-9.756 79 mm，-14.536 20 mm。

與此同時(shí)，本文還對(duì)選取的四組斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了另一種分析處理，研究了同一斷面的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在距離基坑不同距離條件下，其沉降變化量的變化形式如圖4所示。

根據(jù)圖4所示的四組斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)分析圖來(lái)看，隨著基坑逐漸開(kāi)挖，每個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)基本呈現(xiàn)為“V”型，同一斷面中的2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量是最大的。同時(shí)還可以看出，隨著基坑深度的增加，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本上是逐漸沉降的狀態(tài)，斷面DBC36和DBC37在工況三、四、五出現(xiàn)沉降波動(dòng)，可能是由于現(xiàn)場(chǎng)有材料堆積、大型吊裝設(shè)備作業(yè)等，對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。

6.2 周邊建筑物數(shù)據(jù)分析

汽修廠站基坑周邊主要對(duì)兩座建筑物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，分別是基坑?xùn)|側(cè)的中凱石油加油站和基坑西側(cè)的濟(jì)南黃河醫(yī)院。兩棟建筑物根據(jù)相關(guān)要求，分別布設(shè)了5組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中凱石油加油站布設(shè)的5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為JGC1～JGC5，濟(jì)南黃河醫(yī)院布設(shè)的5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為JGC6～JGC10，圖5，圖6是分別對(duì)中凱石油加油站和濟(jì)南黃河醫(yī)院的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析情況。

通過(guò)圖5，圖6可以看出，基坑周邊建筑物隨著基坑深度逐漸加深，其沉降量也隨著不斷變大，基本上所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)都發(fā)生了下沉現(xiàn)象，但是其變化速率基本平穩(wěn)，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)施工流程合理，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，支撐架設(shè)及時(shí)，土壓力釋放不多；基坑開(kāi)挖處于工況一和工況三階段時(shí)，變化速率稍快一些，主要由于基坑深度增加，土壓力釋放增大；同時(shí)靠近基坑一側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生的沉降量要比遠(yuǎn)離基坑的測(cè)點(diǎn)沉降量要大，中凱石油加油站沉降變化最大點(diǎn)是JGC4，其沉降值為-16.035 65 mm，濟(jì)南黃河醫(yī)院的沉降變化最大點(diǎn)是JGC8，其沉降值為-16.461 79 mm。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)濟(jì)南穿黃隧道工程汽修廠段基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響研究，對(duì)所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到以下結(jié)論：

1)周邊地表沉降隨著基坑的開(kāi)挖，其沉降變化量不斷增大，變化速率呈現(xiàn)為先急后緩的趨勢(shì)，同時(shí)最大沉降點(diǎn)出現(xiàn)在主要影響區(qū)內(nèi)的2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2)隨著基坑逐漸開(kāi)挖，周邊地表沉降每個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)基本呈現(xiàn)為“V”型，斷面DBC36和DBC37在工況三、四、五出現(xiàn)沉降波動(dòng)。3)基坑周邊建筑物隨著基坑深度逐漸加深，其沉降量也隨著不斷變大，但其變化速率基本平穩(wěn)，處于工況一和工況三階段時(shí)，變化速率稍快一些，同時(shí)靠近基坑一側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生的沉降量比遠(yuǎn)離基坑的測(cè)點(diǎn)沉降量要大。