李瑞杰

(中鐵二十局集團(tuán) 第四工程有限公司，山東 青島 266061)

1 工程概況

地鐵二號線大學(xué)站位于中山路與中華街交叉口，地處中山路上，基坑為地下兩層，寬度不一，其中車站西段(A區(qū))寬36 m，長54 m;東段(C區(qū))寬30.85 m，長43 m;中段(B區(qū))寬 21.1 m，長 85 m;車站全長182.90 m。工程所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡單，未見斷層;但地層復(fù)雜，厚度變化比較大，地面呈東低西高之勢。地下水主要為地表潛水和基巖裂隙水兩大類;而地表潛水主要賦存于第四系人工填土和沖、殘積層中的粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)黏土的孔隙中，站區(qū)巖石富水性差，基巖裂隙水貧乏，地下水位為1.6～2.5 m，主要補(bǔ)給為大氣降水和生產(chǎn)用水。本車站采用明挖順筑法施工，基坑支護(hù)主要采用人工挖孔樁加預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)形式，另外在基坑四角及變截面處安設(shè)四道φ600 mm、壁厚12 mm的鋼管內(nèi)支撐。

2 基坑變形機(jī)理

2.1 基坑周圍地層移動

1)坑底土體隆起

坑底隆起是垂直方向卸荷而改變坑底土體原始應(yīng)力狀態(tài)的反應(yīng)。在開挖深度不大時，坑底土體在卸荷后發(fā)生垂直的彈性隆起;隨著開挖深度的增加，基坑內(nèi)外的土面高差不斷增大，當(dāng)開挖到一定深度時，基坑內(nèi)外土面高差所形成的加載和地面各種超載的作用，就會使維護(hù)墻外側(cè)土體產(chǎn)生向基坑內(nèi)移動，使基坑坑底產(chǎn)生向上的塑性隆起，同時在基坑周圍產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，并引起地面沉降。

2)圍護(hù)墻位移

圍護(hù)墻墻體變形是由水平方向改變基坑外圍土體的原始應(yīng)力狀態(tài)而引起的地層移動。事實上基坑開挖從一開始，圍護(hù)墻便開始受力變形了。由于總是開挖在前支撐在后，所以圍護(hù)墻在開挖過程中安裝每道支撐前已經(jīng)發(fā)生了一定的先期變形。實踐證明，挖到設(shè)計坑底高程時，墻體最大位移發(fā)生在坑底面下1～2 m處。圍護(hù)墻位移使墻體主動壓力區(qū)和被動壓力區(qū)的土體發(fā)生位移，從而產(chǎn)生塑性區(qū)及坑底局部塑性區(qū)［1-3］。墻體變形不僅使墻外側(cè)發(fā)生地層損失而引起地面沉降，而且使墻外側(cè)的塑性區(qū)擴(kuò)大，從而增加了墻外土體向坑內(nèi)的位移和相應(yīng)的坑內(nèi)隆起。

2.2 周圍地層移動的相關(guān)因素

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特征

墻體的剛度、支撐水平與垂直向的間距、墻體厚度及插入深度、支撐預(yù)應(yīng)力的大小及施加的及時程度、安裝支撐的施工方法和質(zhì)量等這些支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特征參數(shù)都是影響地層位移的重要因素。

2)基坑開挖的分段、土坡坡度及開挖程序

長條形深基坑按限定長度L分段開挖時，可利用基坑的空間作用，以提高基坑隆起的安全系數(shù)，減少周圍地層的移動。

3)基坑內(nèi)土體性能的改善

在基坑內(nèi)外進(jìn)行地基加固以提高土的強(qiáng)度和剛性，對治理基坑周圍地層位移問題無疑是一個很好的方法。

4)開挖施工周期和基坑暴露時間的影響。

5)水、地面超載、振動荷載及圍護(hù)墻接縫不良的影響。

3 地鐵深基坑工程監(jiān)測

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂位移監(jiān)測

針對地鐵二號線大學(xué)站深基坑支護(hù)方式，其挖孔樁頂?shù)奈灰朴媒?jīng)緯儀和全站儀進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測原理是應(yīng)用水平角全圓方向觀測法，測出各點的水平角度，然后計算出各點的水平位移[4]。由于本車站所在區(qū)域地層復(fù)雜，厚度變化較大，所以在現(xiàn)場建立永久性測站，不動基準(zhǔn)點設(shè)在便于觀測且不受施工影響的場地內(nèi)，基準(zhǔn)點做成深埋式;基坑開挖期間，每隔2 d監(jiān)測一次，當(dāng)位移速率達(dá)到8 mm/d時，每天監(jiān)測2次。

2)支護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測

地鐵大學(xué)站支護(hù)結(jié)構(gòu)沿基坑深度方向的傾斜用測斜儀監(jiān)測。具體方法是在挖孔樁身中埋設(shè)測斜管，測斜管底部插入樁底以下，使用測斜儀由底到頂逐段測量管的斜率，從而得到整個挖孔樁身的水平位移曲線?；娱_挖期間，每隔3 d監(jiān)測一次，位移速率較大且呈增長趨勢時，監(jiān)測頻率加密到了1次/d。

3)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測

本地鐵車站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測采用鋼弦式鋼筋計，其優(yōu)點是測試方便簡單、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等。鋼筋計比較合理的安裝位置是根據(jù)支護(hù)設(shè)計彎矩包絡(luò)圖確定的，布置間距為2.5 m;鋼筋計焊接采用對接焊且符合鋼筋焊接規(guī)范，在焊接過程中采用流水冷卻的方法。特別注意，在焊接鋼筋計和吊裝鋼筋籠時，應(yīng)避免造成鋼筋計較大的初始應(yīng)力，以免給監(jiān)測帶來不利的影響。

4)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測

地鐵車站在基坑四角及變截面處安設(shè)四道φ600 mm壁厚12 mm的鋼管內(nèi)支撐，在施加預(yù)應(yīng)力前，將鋼筋應(yīng)力計焊接在鋼管外壁。在基坑開挖期間，每隔3 d監(jiān)測一次，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形速率較大時，每隔2 d監(jiān)測一次。

5)預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力監(jiān)測

人工挖孔樁加預(yù)應(yīng)力錨桿為某市地鐵基坑的主要支護(hù)方式，這類錨桿采用的是多束鋼絞線。為了保證錨桿張拉達(dá)到設(shè)計的預(yù)應(yīng)力值，必須進(jìn)行超張拉，通過在錨頭位置安放錨固力傳感器，用鋼弦式測力計測定錨桿鎖定時的錨固力及開挖過程中的錨固力變化，從而確定錨桿是否處于正常的工作狀態(tài)及是否達(dá)到了極限破壞狀態(tài)[3]。

6)土及土體孔隙水壓力測試

挖孔樁樁側(cè)土壓力采用沿?fù)跬翗秱?cè)壁土體中埋設(shè)的土壓力傳感器進(jìn)行測試;而土體孔隙水壓力則采用振弦式孔隙水壓力計測試，用數(shù)字式鋼弦頻率接收儀測讀數(shù)據(jù)。

3.2 周邊環(huán)境的監(jiān)測

1)鄰近建筑物的沉降觀測

在地鐵深基坑開挖過程中，為了掌握鄰近建筑物的沉降情況，應(yīng)進(jìn)行沉降觀測[5]。在大學(xué)站鄰近的高層建筑的首層柱上設(shè)置測點，在開挖影響范圍外的幾個小型建筑樓房基柱上埋設(shè)基準(zhǔn)點?；鶞?zhǔn)點個數(shù)為3個，測點布置間距為16 m，采用水準(zhǔn)儀測高程以計算沉降參數(shù)。

2)鄰近道路和地下管線的沉降觀測

用精密水準(zhǔn)儀觀測，測點布置在道路截面變化及管道接頭處。

3)基坑邊坡土體的位移和沉降觀測

邊坡土體位移的監(jiān)測采用了測斜儀。具體做法是，首先在土體中埋設(shè)測斜管，然后在基坑開挖前先測2次作為起始讀數(shù)，當(dāng)然開挖過程的監(jiān)測頻率應(yīng)該與擋土樁施作保持一致;同時，對土體深層部分埋設(shè)分層沉降標(biāo)。通過對土體位移和沉降的監(jiān)測，可以及時掌握基坑邊坡的穩(wěn)定情況［2，5］。

4)地下水位的監(jiān)測

用電極傳感器進(jìn)行地下水位的監(jiān)測[5]。水位觀測孔鉆孔深度必須達(dá)到隔水層，鉆孔中安裝帶濾網(wǎng)的硬塑料管。在此地鐵車站基坑開挖中，每隔3 d進(jìn)行一次觀測。實踐證明，地下水位的變化對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大的影響。

5)裂縫的觀測

每天均進(jìn)行裂縫的觀測，重點放在支護(hù)樁、坑壁側(cè)面、鄰近地面、道路及建筑物等上。觀察中應(yīng)做到，一旦發(fā)生裂縫，應(yīng)在裂縫兩側(cè)作出標(biāo)記并定期測量裂縫寬度。

3.3 監(jiān)測方案實施

根據(jù)本地鐵車站基坑的實際情況，特別對擋土樁水平位移、支撐軸力、錨桿質(zhì)量和錨固力及樁頂水平位移等項目進(jìn)行監(jiān)測。地鐵二號線大學(xué)站深基坑開挖監(jiān)測進(jìn)度如表1。

3.4 結(jié)果分析

1)對挖孔樁及預(yù)應(yīng)力錨桿組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移進(jìn)行了分析，包括位移速率和累計位移量的計算，繪制了位移隨時間的變化曲線及位移隨深度的變化曲線，對引起位移速率增大的原因進(jìn)行了分析。

2)對沉降及其速率的分析，歸結(jié)到土體沉降則主要是由支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和地下水位降低導(dǎo)致土體固結(jié)引起的。同時，對鄰近建筑物和地下管線的沉降觀測結(jié)果與規(guī)范中的沉降值進(jìn)行比較，得知該支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

3)對支撐軸力和錨固力進(jìn)行分析，繪制了支撐力、錨固力隨時間變化的曲線，對變化較大的地方與設(shè)計值進(jìn)行比較，得出該支護(hù)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。

表1 大學(xué)站深基坑開挖監(jiān)測進(jìn)度

3.5 報警標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)對大學(xué)站基坑采集數(shù)據(jù)的分析，得出該基坑有下列情況之一應(yīng)進(jìn)行報警:

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移速率連續(xù)幾天急劇增大，當(dāng)位移達(dá)到5.0～10.0 mm/d且不趨于收斂時;

2)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移累計值超過設(shè)計容許值時;

3)樁的主鋼筋應(yīng)力、支撐軸力、錨桿錨固力等實測值超過設(shè)計容許值時;

4)鄰近地面及建筑物的沉降、管道設(shè)施的變形等超過設(shè)計容許值時[5];

5)肉眼巡視發(fā)現(xiàn)存在危險現(xiàn)象如裂縫，且其寬度或數(shù)量不斷擴(kuò)大時等。

4 結(jié)語

深基坑開挖過程信息化監(jiān)測已經(jīng)成為地鐵基坑工程施工的重要組成部分，通過科學(xué)合理的系統(tǒng)檢測工作，可以有效掌握基坑在開挖過程中所引起各種影響的嚴(yán)重程度及變化規(guī)律，推測其發(fā)展趨勢;同時，根據(jù)動態(tài)監(jiān)測反饋數(shù)據(jù)，為信息化施工提供科學(xué)的決策依據(jù)，在必要時可立即采取相應(yīng)措施，確保基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的安全。

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

[2] 高大釗.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[3] 崔玖江.隧道與地下工程修建技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2005.

[4] 中華人民共和國鐵道部.GB50299—1999 地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.

[5] 胡春林.高層建筑深基坑開挖施工期的監(jiān)測和險情預(yù)報［J］. 巖土力學(xué)，1996，17(2):63-69.

[6] 朱兵見，張維炎，潘國華，等.軟土地區(qū)基坑支護(hù)施工與監(jiān)測實例分析［J］.鐵道建筑，2008(9):71-74.

[7] 唐世強(qiáng).地鐵深基坑支護(hù)體系內(nèi)力及變形規(guī)律分析［J］.鐵道建筑，2008(11):35-39.