監(jiān)控量測(cè)對(duì)地鐵明挖深基坑施工的指導(dǎo)作用

地鐵明挖深基坑是我國(guó)迅速發(fā)展的領(lǐng)域，通常采用樁撐聯(lián)合支護(hù)[1]、垂直開(kāi)挖方式進(jìn)行，同時(shí)通過(guò)全程監(jiān)控量測(cè)和信息反饋實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及信息化施工管理[2]，但是由于地鐵工程施工任務(wù)重、時(shí)間緊，往往出現(xiàn)施工監(jiān)測(cè)重要程度認(rèn)識(shí)不夠、施工監(jiān)測(cè)組人員投入不足或監(jiān)測(cè)人員經(jīng)驗(yàn)匱乏而形同虛設(shè)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位破壞后未及時(shí)補(bǔ)設(shè)、施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足監(jiān)測(cè)作業(yè)條件等現(xiàn)象。

結(jié)合某地鐵車(chē)站明挖基坑施工中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及監(jiān)測(cè)日常管理，說(shuō)明監(jiān)測(cè)對(duì)地鐵明挖深基坑施工所起作用，希望引起地鐵建設(shè)管理者的重視。

1 工程概況

某地下雙層島式站臺(tái)地鐵車(chē)站南北設(shè)置，主體為一柱兩跨雙層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用?800 mm@1 400 mm鉆孔圍護(hù)樁和4道?609 mm內(nèi)支撐聯(lián)合支護(hù)、坑外降水方案。車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段埋深16.18 m，盾構(gòu)井埋深17.8 m，結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)169.8 m、寬18.5 m、高13.65 m，頂板覆土3.4 m，兩端連接盾構(gòu)區(qū)間。

原勘察資料顯示該站場(chǎng)區(qū)以粉質(zhì)粘土層為主，由于站位更改，勘察資料未及時(shí)更新，施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段仍按照原工程地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。場(chǎng)區(qū)實(shí)際地層從上至下依次為1.5 m厚雜填土、0.5 m厚粉質(zhì)粘土、15 m厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和2 m厚粉細(xì)砂，地下水豐富。

基坑?xùn)|側(cè)30 m處有一市政道路，周邊100 m范圍內(nèi)無(wú)市政管線、建（構(gòu)）筑物。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)施

監(jiān)測(cè)遵循系統(tǒng)性、可靠性、與設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合、關(guān)鍵部位優(yōu)先兼顧全局、與施工相結(jié)合以及經(jīng)濟(jì)合理等6項(xiàng)原則，建立以水平方向監(jiān)測(cè)為主、豎直方向?yàn)檩o監(jiān)測(cè)體系，制定樁體測(cè)斜、樁頂水平位移、鋼支撐軸力、地表沉降、樁頂沉降、地下水位監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)安全巡視共7項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，便于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互校核及關(guān)聯(lián)分析。

2.1 變形控制標(biāo)準(zhǔn)及管理

按照一級(jí)基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，利用累計(jì)變形量及變形速率“雙控“指標(biāo)衡量，見(jiàn)表1。

表1 變形控制標(biāo)準(zhǔn)

監(jiān)測(cè)日常管理制度參考TBJ 108—92《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》的Ⅲ級(jí)監(jiān)測(cè)管理并配合變形速率作為監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)，當(dāng)各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)位變形速率連續(xù)3 d超過(guò)變形速率控制值50%時(shí)同樣報(bào)警。

2.2 監(jiān)測(cè)頻率及調(diào)整

監(jiān)測(cè)頻率[3]應(yīng)密切配合施工進(jìn)度，隨施工進(jìn)度及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整。

1）當(dāng)基坑土方開(kāi)挖深度h≤5 m，3 d一次；當(dāng)5 m＜h≤10 m，2 d一次；當(dāng)10 m＜h≤15 m，1 d一次；當(dāng)h＞15 m，2次/d。

2）當(dāng)結(jié)構(gòu)底板澆筑完成后t≤7 d，2次/d；當(dāng)7 d＜t≤15 d，1次/d；當(dāng)15 d＜t≤30 d，3 d一次；，當(dāng)t＞30 d，7 d一次。

3）當(dāng)主體完工3個(gè)月且變形曲線已經(jīng)平緩，變形速率≤0.02 mm/d時(shí)，可以停止監(jiān)測(cè)。

4）上述監(jiān)測(cè)頻率為正常施工情況下的頻率，當(dāng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目“雙控“指標(biāo)接近或超過(guò)報(bào)警值時(shí)，自行加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及頻率[4]，當(dāng)出現(xiàn)工程事故或其他因素造成監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變化速率突然增大，啟動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)急搶險(xiǎn)措施，保證監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及監(jiān)測(cè)信息及時(shí)有效的反饋相關(guān)部門(mén)，為各部門(mén)作出正確決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)保障。

2.3 監(jiān)測(cè)作業(yè)實(shí)施方法

監(jiān)測(cè)網(wǎng)包括基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由于實(shí)際工程地質(zhì)與設(shè)計(jì)采用地質(zhì)相差較大，監(jiān)測(cè)方法必須可靠、成熟，采用新方法時(shí)必須用其他監(jiān)測(cè)方法給予校核，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠及連續(xù)。

根據(jù)類似工程監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，樁頂水平位移監(jiān)測(cè)最難保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠和連續(xù)，結(jié)合本工程施工場(chǎng)區(qū)狹小、機(jī)械設(shè)備來(lái)回作業(yè)、長(zhǎng)距離通視困難等特點(diǎn)，介紹一種可靠、成熟的樁頂水平位移監(jiān)測(cè)實(shí)施方法。

樁頂水平位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)同全線測(cè)量控制網(wǎng)一致，水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)（不少于3個(gè)）通過(guò)附和導(dǎo)線聯(lián)測(cè)GPS測(cè)量控制點(diǎn)將測(cè)量控制網(wǎng)引入監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，便于定期檢核、校正，而后將基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為以基坑軸線為X方向、垂直軸線為Y方向、坐標(biāo)原點(diǎn)在基坑西南角的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)下，由轉(zhuǎn)化后的基準(zhǔn)點(diǎn)作為控制網(wǎng)點(diǎn)實(shí)施水平位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量方法采用后方交會(huì)法與極坐標(biāo)法相結(jié)合，來(lái)確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2.4 監(jiān)測(cè)信息反饋

監(jiān)測(cè)成果及時(shí)整理和分析，評(píng)價(jià)并預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境、地層的穩(wěn)定情況和變形發(fā)展趨勢(shì)，判斷施工方法、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性并提出建議，便于設(shè)計(jì)和施工方案不斷優(yōu)化、調(diào)整。

監(jiān)測(cè)正常時(shí)信息及時(shí)反饋，異常情況時(shí)采取短信、電話等方式即時(shí)反饋給各相關(guān)部門(mén)，是實(shí)現(xiàn)施工動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效、合理組織管理的核心內(nèi)容，同時(shí)也是保證施工和環(huán)境安全、降低成本重要舉措，必須高度重視。

3 數(shù)據(jù)分析及變形預(yù)測(cè)

該車(chē)站施工圖設(shè)計(jì)階段使用的場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)資料與實(shí)地不符，易造成工程安全存有隱患，為盡可能避免工程安全事故，及早發(fā)現(xiàn)變形并預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨勢(shì)顯得尤為重要。

場(chǎng)區(qū)地下水供給充足、降水困難，現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械交叉作業(yè)，地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)在土方開(kāi)挖1個(gè)月全部破壞，但多處累計(jì)沉降值已達(dá)報(bào)警狀態(tài)，本文選取標(biāo)準(zhǔn)段同一監(jiān)測(cè)斷面處樁體測(cè)斜及樁頂水平位移兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形發(fā)展趨勢(shì)。見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)時(shí)間-位移曲線

圖2 樁頂水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)間-位移曲線

5月8日該部位挖深5 m，第一道支撐未及時(shí)架設(shè)情況下繼續(xù)開(kāi)挖，造成樁頂以下10 m范圍樁體7 d內(nèi)不同深度水平變形2.5～4 mm，5月15日樁體測(cè)斜累計(jì)最大變形9.13 mm，踢腳處水平位移量5.58 mm，此時(shí)樁頂水平位移累計(jì)量已由6 mm變?yōu)?8 mm，綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，最大水平位移發(fā)生在樁頂處，踢腳處水平位移量占樁體最大位移量的61.1%，說(shuō)明場(chǎng)區(qū)土體受地下水影響較為軟弱，易造成基坑失穩(wěn)，樁頂水平位移變形速率較快，累計(jì)量較大，說(shuō)明必須及時(shí)架設(shè)支撐，防止頂部位移進(jìn)一步增大引起周邊地表開(kāi)裂，如遇到降水滲入將軟化樁間土體，降低基坑安全度。

5月15日基坑挖深8 m，第二道支撐超挖1 m架設(shè)，引起樁體深11 m范圍出現(xiàn)較大速率變形，樁身6～7 m位置最大速率2 mm/d，至17日挖深至10 m，樁體測(cè)斜水平變形3～4.2 mm，累計(jì)值最大為12.34 mm，樁頂水平位移變形累計(jì)值20 mm，綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，最大水平位移部位雖為樁頂部位，但第一道支撐對(duì)樁頂變形已起約束作用，樁身6～7 m位置變形速率較快且踢腳處水平位移量占樁體最大位移量的49.4%，此趨勢(shì)發(fā)展對(duì)基坑整體穩(wěn)定極為不利，同時(shí)已經(jīng)顯現(xiàn)出樁體變形是后續(xù)監(jiān)測(cè)控制的重點(diǎn)，必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)巡視，同時(shí)建議第三道支撐較原設(shè)計(jì)上方1 m位置架設(shè)并請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)部門(mén)理論驗(yàn)算否對(duì)基坑變形控制有利。

由于基坑支護(hù)采取適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)措施，土方開(kāi)挖步序及時(shí)調(diào)整，第三道支撐較原設(shè)計(jì)上方1 m位置架設(shè)，有利控制了變形發(fā)展，至6月10日基坑挖深至基底位置，樁體變形均可控，樁體測(cè)斜累積變形最大值22.7 mm，樁頂水平位移累積變形27.6 mm，樁頂沉降累積變形4.5 mm。

當(dāng)6月13日臨近基坑15 m處有一重600 t大型機(jī)械持續(xù)24 d作業(yè)時(shí)，基坑可控趨勢(shì)被打破，樁體測(cè)斜急劇變化，速率最大3 mm/d，至7月7日樁體測(cè)斜8～11 m深度范圍累積變化值已達(dá)40.10～41.4 mm，600 t大型機(jī)械離場(chǎng)后變形逐漸趨于穩(wěn)定。

4 建議

1）施工單位應(yīng)完成承包工程需要的所有施工監(jiān)測(cè)工作，對(duì)工程監(jiān)測(cè)質(zhì)量負(fù)責(zé)，是監(jiān)測(cè)工作的第一責(zé)任人，工程實(shí)施全程加強(qiáng)對(duì)施工監(jiān)測(cè)的監(jiān)督和管理工作，充分發(fā)揮施工監(jiān)測(cè)的作用，必須確保施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，及時(shí)反饋，有效指導(dǎo)施工。

2）工程施工過(guò)程信息的及時(shí)獲取和反饋是關(guān)鍵，建設(shè)單位宜建立信息化共享平臺(tái)，建設(shè)、監(jiān)理、監(jiān)測(cè)和施工等單位同時(shí)參與其中，及時(shí)將有用信息上傳和獲取，真正意義上實(shí)現(xiàn)信息共享、動(dòng)態(tài)施工管理。

3）監(jiān)測(cè)點(diǎn)位埋設(shè)確保合格，施工過(guò)程交叉作業(yè)，極易對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位造成破壞，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位破壞后必須及時(shí)補(bǔ)救或增設(shè)，原點(diǎn)位累積變形量納入新設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位變形量，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)。