李瑜玉，姚廣迎，李因旭，朱傳英，韓 宇

(華通建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,山東 泰安 271000)

0 引言

城市化進(jìn)程不斷加快的同時(shí),各大城市都在正向發(fā)展建設(shè),濟(jì)南作為新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換發(fā)展的先行區(qū),也在加緊發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)、推進(jìn)城市建設(shè),而黃河成為阻礙濟(jì)南南北同發(fā)展的攔路虎,建設(shè)穿黃隧道工程,打通黃河南北兩岸的發(fā)展通道,實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展成為其重要戰(zhàn)略布局。但是該隧道建設(shè)要經(jīng)過(guò)人員居住密集區(qū),周邊環(huán)境復(fù)雜多變,制定合理的施工方案、有針對(duì)性的保護(hù)措施,減少隧道建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的影響顯得尤為重要。

近些年,不少學(xué)者對(duì)相關(guān)課題進(jìn)行了深入研究。張婉吟、孫昌利、張挺[1]運(yùn)用模擬軟件分析了工程采用地連墻與環(huán)形內(nèi)支撐相結(jié)合方案對(duì)周邊環(huán)境的影響程度;黃磊[2]基于桐廬車(chē)站項(xiàng)目,使用FLAC3D探究了該工程開(kāi)挖對(duì)周邊建筑、管線、市政道路的影響規(guī)律;李敏[3]依托珠江某超深基坑對(duì)施工前后的基坑周邊環(huán)境開(kāi)展了監(jiān)測(cè)研究,得出了其變形規(guī)律,同時(shí)分析了地層突發(fā)沉降的原因;翟永勇、王嘉浩、鄔建華[4]分析了某超大基坑的影響因素,研究了整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程對(duì)周?chē)h(huán)境的影響;聶子云[5]基于某換乘車(chē)站對(duì)多重基坑施工影響周?chē)h(huán)境的狀況展開(kāi)了研究;于唯、陳歡歡、洪艷[6]以某電纜盾構(gòu)隧道為對(duì)象,研究了盾構(gòu)施工引起的周邊土體和建筑物變形規(guī)律;張俊[7]依托上海某項(xiàng)目,整理歸納了基坑位移和沉降的代表性數(shù)據(jù)成果,研究了周?chē)h(huán)境受各類(lèi)因素的影響程度,同時(shí)制定了相應(yīng)策略;孔令華、胡軍然、牛文宣等[8]研究了狹長(zhǎng)基坑不同內(nèi)撐施工階段對(duì)周邊老舊建筑的影響,并與模擬開(kāi)挖數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析;劉俊城、譚勇、宋享樺等[9]利用流固耦合模型研究了富水砂土條件下基坑出現(xiàn)滲水情況后,支護(hù)側(cè)墻與周邊環(huán)境的變形情況;魏云霞[10]建立了Plaxis 3D深基坑模型,依據(jù)此模型通過(guò)方案對(duì)比分析方式,對(duì)深基坑降水施工情形下的周邊環(huán)境影響程度開(kāi)展了研究分析;穆道貴、郭薇、徐世光等[11]通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)與模擬數(shù)據(jù),分析了采用樁錨支護(hù)方式下的基坑周邊環(huán)境變形特征,同時(shí)驗(yàn)證所建模型的準(zhǔn)確性。

本文結(jié)合濟(jì)南黃河濟(jì)洛路隧道項(xiàng)目,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程進(jìn)行監(jiān)測(cè),以實(shí)際工程變形數(shù)據(jù)為依據(jù)對(duì)超深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境影響進(jìn)行探討。

1 工程概況

1.1 工程位置

濟(jì)南市濟(jì)洛路穿黃隧道項(xiàng)目南起濟(jì)洛路與濼口南路交匯處往南400 m處,北至鵲山水庫(kù)與G309相接,中間下穿濟(jì)廣高速高架、黃河,隧道全長(zhǎng)4 700余米,其中明挖基坑段長(zhǎng)度為910 m,盾構(gòu)開(kāi)挖段長(zhǎng)度為3 850 m。本工程黃河以北部分主要以盾構(gòu)開(kāi)挖為主,而黃河以南部分則是以明挖基坑為主,從北向南依次是盾構(gòu)接收井、軌道交通與市政道路合建段以及汽修廠站段三大部分,而且南岸部分基本位于城區(qū)中,周邊建筑物、市政管線等錯(cuò)綜復(fù)雜(見(jiàn)圖1)。

1.2 設(shè)計(jì)概況

南岸大盾構(gòu)接收井(如圖2所示)與黃河大堤的距離僅有300多米,其北側(cè)是二環(huán)北路以及濟(jì)廣高速高架,該接收井主要是用于吊運(yùn)出盾構(gòu)機(jī),基坑采用明挖法施工,支護(hù)形式采用地連墻結(jié)構(gòu),地連墻最大深度將近60 m,墻幅厚度為1.2 m,共設(shè)置八道支撐體系,一、四、七、八層為鋼筋混凝土支撐,二、三、五、六層為鋼支撐,工程場(chǎng)地位于濟(jì)濼路北段二環(huán)北路南側(cè),距離黃河南岸大堤約340 m,此基坑工程呈矩形,東西長(zhǎng)49.4 m,南北長(zhǎng)30.2 m,最大開(kāi)挖深度為35.2 m。

1.3 水文地質(zhì)條件

南岸大盾構(gòu)接收井基坑場(chǎng)地為黃河一級(jí)階地,開(kāi)挖土層共為15層,主要包括雜填土、沖填土、素填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、粉砂、細(xì)砂、鈣質(zhì)結(jié)核、輝長(zhǎng)巖等,不良地質(zhì)則以雜填土、膨脹土、殘積土和風(fēng)化巖石為主;工程區(qū)補(bǔ)水來(lái)源主要依靠黃河水、小清河水以及降雨,地下水在-1.60 m～-1.02 m范圍內(nèi),徑流、蒸發(fā)和人類(lèi)開(kāi)采是其主要排泄方式。

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案

2.1 現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境

在基坑主要影響范圍區(qū)內(nèi),東側(cè)為2棟2層磚混結(jié)構(gòu)商鋪,以及多棟民房建筑,而距離基坑最近處僅有7.02 m;西側(cè)為1棟3層磚混結(jié)構(gòu)飯店和1棟2層幕墻結(jié)構(gòu)辦公樓,以及多棟2層民房建筑,最近處距離基坑11.1 m。同時(shí)在基坑主要影響區(qū)內(nèi)還有2條污水管、2條給水管和1條燃?xì)夤?。其中距離基坑最近的一條給水管線間距僅有1.6 m。為確?；邮┕み^(guò)程周邊環(huán)境安全,根據(jù)監(jiān)測(cè)方案要求對(duì)基坑周邊環(huán)境布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),建筑物共計(jì)布設(shè)64個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、管線共計(jì)布設(shè)30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、地表沉降點(diǎn)共計(jì)布設(shè)48個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置及影響區(qū)域劃分圖如圖3所示。

2.2 周邊建筑物沉降點(diǎn)布置與埋設(shè)

1)建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè):a.為了確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性,建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)工作應(yīng)當(dāng)在基坑進(jìn)行開(kāi)挖工作之前進(jìn)行埋設(shè),同時(shí)在開(kāi)挖前采集建筑物沉降初始值。b.依據(jù)接收井監(jiān)測(cè)方案要求,在建筑物可能發(fā)生較大沉降的四角處、層高變化處等布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),使用沖擊鉆在墻體上打孔,并將孔內(nèi)浮塵清理干凈,然后灌入環(huán)氧樹(shù)脂膠,最后插入L型沉降標(biāo)(見(jiàn)圖4)。

2)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè):a.使用鉆機(jī)在預(yù)定位置鉆出φ150 mm、深度1 m的孔,并對(duì)孔底進(jìn)行夯實(shí);b.在孔內(nèi)放入不小于φ20、長(zhǎng)度1 m的鋼筋,孔底部灌入強(qiáng)度不小于C20、高度20 cm左右的混凝土;c.在混凝土初凝后,將準(zhǔn)備好的砂子填入孔內(nèi),頂部確保鋼筋頂高于砂面;d.為防止監(jiān)測(cè)點(diǎn)破壞,在監(jiān)測(cè)孔上端安裝了φ140 mm的保護(hù)蓋。地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)模擬圖及現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)圖見(jiàn)圖5。

3)管線沉降點(diǎn)布設(shè)。

2.3 監(jiān)測(cè)方法

沉降量按以下公式進(jìn)行計(jì)算:

ΔH=Hn-H0。

其中,ΔH為監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量,mm;H0為監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始高程,mm;Hn為實(shí)測(cè)高程,mm。

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各期高程值,獲取了各期階段沉降總量、過(guò)程變形率、累積變形量等信息。

3 監(jiān)測(cè)頻率

依據(jù)濟(jì)南市濟(jì)洛路穿黃隧道施工盾構(gòu)接收井的設(shè)計(jì)圖紙和盾構(gòu)接收井監(jiān)測(cè)方案,所制定的基坑實(shí)施階段的監(jiān)測(cè)頻率及要求見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)頻率一覽表

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 建筑沉降數(shù)據(jù)分析

為研究基坑施工開(kāi)挖過(guò)程對(duì)周邊建筑物所產(chǎn)生的影響程度,本次選取距離基坑最近的兩棟建筑進(jìn)行研究。分為基坑?xùn)|側(cè)2層磚混結(jié)構(gòu)的商鋪,以及基坑西側(cè)1棟3層磚混結(jié)構(gòu)的鄉(xiāng)里鄉(xiāng)親飯店。由于整個(gè)基坑施工監(jiān)測(cè)周期太長(zhǎng),選取部分代表性開(kāi)挖節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)開(kāi)展分析,此次研究共選取10處監(jiān)測(cè)點(diǎn),2層商鋪監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)布設(shè)4處監(jiān)測(cè)點(diǎn),其監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為JGC20-JGC23,鄉(xiāng)里鄉(xiāng)親飯店監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)布設(shè)6處監(jiān)測(cè)點(diǎn),其監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為JGC01,JGC02,JGC05,JGC06,JGC07,JGC08,圖6,圖7分別為兩棟建筑在基坑不同開(kāi)挖節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析情況。

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析,本工程地質(zhì)條件下周邊建筑物會(huì)隨著深基坑的開(kāi)挖工作進(jìn)展發(fā)生沉降,建筑物的沉降量總體趨勢(shì)是跟隨開(kāi)挖深度的加深而逐漸的加大,基坑開(kāi)挖前期沉降變化速率較快,這主要是由于原始土體狀態(tài)受到擾動(dòng),原始土體平衡狀態(tài)被打破;隨著基坑深度的加深,沉降量基本處于增加狀態(tài),速率會(huì)逐漸變緩,基坑開(kāi)挖工作完成后,沉降量基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn),建筑物遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的沉降量明顯要低于距離基坑較近一側(cè)的沉降量;另外,建筑物邊角處的沉降變化量也比其他部位的變化量要高。

4.2 地表沉降數(shù)據(jù)分析

由于基坑周邊所布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)過(guò)多,數(shù)據(jù)分析量過(guò)大,本次分析選取西側(cè)一個(gè)斷面和北側(cè)一個(gè)斷面作為研究對(duì)象,其編號(hào)分別為DBC06和DBC08,監(jiān)測(cè)點(diǎn)DBC06的布設(shè)間距從靠近基坑側(cè)起分別為2 m,3 m,5 m,8 m,8 m,10 m,監(jiān)測(cè)點(diǎn)DBC08由于受到場(chǎng)地條件限制,其布設(shè)間距從靠近基坑側(cè)起分別為2 m,3 m,3 m,4 m,兩處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化規(guī)律如圖8,圖9所示。

對(duì)以上兩組數(shù)據(jù)分析,可以最為直觀的看出,地表沉降隨著開(kāi)挖進(jìn)程的開(kāi)展其變化曲線呈現(xiàn)為“湯匙”形和下凹形。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn),隨著基坑深度的增加,地表的沉降量也在漸漸增加,DBC06在距離基坑5 m位置處發(fā)生沉降量最大,同樣DBC08在距離基坑5 m位置處的沉降量最大,距離基坑位置越遠(yuǎn),其沉降變化量越小。當(dāng)基坑底板澆筑工作結(jié)束后,其地表沉降量值增長(zhǎng)速度放緩、趨于平穩(wěn)。

4.3 管線沉降數(shù)據(jù)分析

由于工程位置位于居民區(qū)主要道路,周邊布設(shè)有較多管線,為防止基坑施工對(duì)周邊管線引起過(guò)大位移,從而造成管線發(fā)生損壞,對(duì)此次基坑開(kāi)挖施工對(duì)周邊管線產(chǎn)生的影響開(kāi)展分析,選取主要影響區(qū)內(nèi)5條主要市政管線的部分代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析研究,選取的監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為WSC4,WSC9,GSC4,GSC9,RQC2,RQC4六個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析情況如圖10所示。

從圖10可以清晰、直觀地看出,隨著基坑開(kāi)挖施工工作的不斷進(jìn)行,周邊管線會(huì)出現(xiàn)不同程度的豎向沉降情況,總體上的變形走勢(shì)表現(xiàn)為沉降值跟隨開(kāi)挖深度不斷增大,開(kāi)挖前期變化速率較大,后期變化趨勢(shì)逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)。這主要是由于開(kāi)挖工作開(kāi)展以后,致使原有土層的平衡狀態(tài)被打破,土體發(fā)生了擾動(dòng)現(xiàn)象,而后期因?yàn)橹蔚募茉O(shè)、底板及側(cè)墻的施工,對(duì)基坑起到了很好地支撐保護(hù)作用,同時(shí)穩(wěn)定了周邊土體狀態(tài),使得其處于新的平衡狀態(tài)。

5 結(jié)論

依托于濟(jì)南穿黃濟(jì)洛路隧道項(xiàng)目,對(duì)超深基坑開(kāi)挖對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響展開(kāi)了探究,具體得出了以下研究成果:

1)基坑開(kāi)挖施工會(huì)對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生不同程度的沉降影響,總體上呈正比狀態(tài),即建筑物沉降量會(huì)隨基坑深度的增加而變大,同時(shí)距離較遠(yuǎn)一側(cè)沉降值要比較近一側(cè)的變形小。

2)基坑周邊土體穩(wěn)定性會(huì)受到基坑開(kāi)挖的影響,距離基坑5 m處位置的沉降變化值最大,地表沉降與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距的關(guān)系曲線呈“湯匙”形和下凹形。

3)當(dāng)基坑進(jìn)入底板澆筑階段后,其對(duì)周邊建筑物的影響會(huì)變小,對(duì)周邊土體的擾動(dòng)減弱,周邊環(huán)境總體上趨于穩(wěn)定。

4)基坑周邊管線由于受到基坑開(kāi)挖施工的影響,其沉降值伴隨著開(kāi)挖深度的加深而處于不斷增加狀態(tài)。