自動化監測技術在某地鐵基坑施工期間的應用

劉志東

(蘇州市建設工程質量檢測中心有限公司,江蘇 蘇州 215000)

0 引言

自動化監測技術是利用先進的監測設備和技術手段,對工程現場各種參數進行實時獲取和分析的一種技術手段。對于基坑施工項目,它可以實現基坑變形、支護結構受力、周邊環境變化等各種工程參數的實時監測,并將監測數據及時傳送到控制中心進行分析處理。這樣不僅可以及時發現工程施工問題,避免險情的發生,還可以為后續的搶險工作提供科學依據,制定更加合理的搶險方案。

在地鐵基坑施工期間,自動化監測通常應用在以下幾個方面:1)基坑變形監測可以實時獲取基坑的變形情況,包括基坑傾斜度、位移等數據信息。通過對基坑變形的實時監測,可以及時發現基坑變形是否超過設計標準值。通過采取處理措施避免工程險情的發生。2)支護結構受力監測可獲取基坑支護結構的受力情況,它通常包括支護結構的應力、位移、內力等數據信息。通過對支護結構受力的實時監測,可以及時發現支護結構受力不均衡、支護結構變形過大等問題。3)周邊環境變化監測可對工程周邊環境變化進行實時監測,包括地表沉降、裂縫、周邊建筑物變形等數據信息。通過對周邊環境變化的實時監測,可以及時發現周邊環境變化是否對基坑安全造成影響,避免因環境因素導致施工險情的發生[1]。

自動化監測技術的應用,不僅可以實現對工程現場各種參數的實時監測,還可以對監測數據進行分析和處理。監測數據包括監測時間、監測點位、監測參數等。通過對監測數據的分析和處理,可以及時發現監測數據中的異常情況,及時采取措施進行處理,保證監測數據的準確性和可靠性[2]。

1 工程案例概況

該工程案例為地下2層島式地鐵站基坑。車站外包長度為173.6 m,標準段外包寬度為19.7 m,局部加寬段外包寬度為21.5 m,站臺寬度為11 m,采用兩層雙跨框架結構。有效站臺中心里程處底板埋深約為17.5 m。車站采用半蓋挖順作法施工,車站頂板覆土厚約3.0 m～3.7 m。車站小里程端左右線均為盾構始發,大里程端左右線均為盾構接收。

施工場地的工程地質和水文地質條件均較差,基坑開挖容易導致圍護結構變形過大,進而引起支撐軸力損失、地墻開裂、墻縫漏水等問題,造成圍護體系失穩、基坑坍塌等。同時,車站周邊存在數量繁雜的地下管線,多數沿道路布置,部分穿越施工主體結構,需要進行遷改。因此在降水和基坑開挖過程中,須對周邊環境的沉降進行監測[3]。車站基坑開挖深度標準段開挖深度約17.35 m～17.64 m,端頭井開挖深度約19.10 m/19.75 m,①黏質粉土夾粉質黏土層和②粉土夾粉砂層為承壓水含水層,承壓水水頭標高在-0.91 m左右承壓水層,經驗算車站抗突涌系數為0.81～0.93,直接降水對周邊環境的影響較大。

2 監測范圍監測等級

工程影響分區依據DGJ 32-J195—2015江蘇省城市軌道交通工程監測規程相關規定,結合《蘇州軌道交通工程安全質量標準化系列手冊第九篇·監測監控》中的相關要求,車站主體結構的監測范圍為:

1)工程本體:包括自身圍護和支護體系。

2)周邊環境:周邊地表沉降取2倍基坑開挖深度,周邊管線和建筑物取5倍基坑開挖深度。

車站主體自身工程風險等級為二級、基坑周邊環境風險等級最高為一級,綜合確定車站主體結構的工程監測等級為一級。

基坑工程監測范圍及監測對象如圖1所示。

3 布點原則及點位埋設

1)建(構)筑物沉降位于1倍H范圍內時(H為基坑開挖深度),沿外墻每15 m或每隔2根承重柱布設1個監測點;位于2倍H范圍內時,沿外墻30 m或每隔3根承重柱布設1個監測點;外墻拐角處應布點;高聳構筑物每棟測點不少于4個;重要建(構)筑物加密1倍布設;若產權單位禁止在建筑表面鉆孔,應用條碼尺粘貼于承重結構表面。

2)圍護墻體水平位移沿基坑周邊布設,車站按照每20 m～40 m一個斷面進行測點的布設,基坑短邊不宜少于1點;基坑各邊中部、陽角部位、深度變化部位、不同圍護結構交接兩側以及鄰近重要建(構)筑物加密1倍布設,并避開混凝土支撐端部;測斜孔與圍護墻(樁)等長布設,避免布設于圍護結構背土面和接頭位置。固定式測斜系統參數見表1。

表1 固定式測斜系統參數表

3)支撐軸力鋼筋測力計埋設于支撐梁1/3位置,在澆筑混凝土時將鋼筋測力計安放在混凝土支撐斷面4個角上,將鋼筋應力計的導線用護套管保護好,引至集線箱并編號,共計布設8個軸力監測斷面,每個斷面每層支撐均對應布設。鋼筋測力計安裝有碰焊法和綁焊法兩種方法?，F場埋設圖見圖2,圖3,振弦式傳感器參數見表2,靜力水準圖及其參數見圖4,表3。

表2 振弦式傳感器參數表

4 搶險案例

4.1 險情原因

某地鐵車站基坑經現場檢查發現,在地表以下8 m～14 m范圍內發生地下連續墻繞流現象,開挖前對接縫處進行坑外注漿沒能完全封堵(見圖5)。由于土方開挖施工擾動、基坑暴露時間較長及后期注漿壓力擠壓,造成圍護墻體突涌,圍護墻深層水平位移、地表沉降、建筑物沉降、墻頂沉降增大,從而導致監測數據累計變化量超過控制值。

表3 靜力水準參數表

4.2 監測數據采集與處理

在車站EQ14地下連續墻搶險期間,自動化監測設備采集數據顯示多處預警,地下連續墻施工突發險情,多處部位出現Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級預警。自動化監測設備對險情期間墻體深層水平位移、建筑沉降以及支撐軸力等進行實時監測并輸出數據。本文統計了2021年該車站墻體深層水平位移多天連續變形的情況數據,見表4。

表4 深層水平位移最大變形統計表 mm

根據詳細的監測數據,繪制了CX7測點2021年多天連續變形情況曲線圖,見圖6。

建筑物JZ2-4測點2021年多天連續變形數據見表5。

表5 建筑沉降多天連續變形情況(JZ2-4測點) mm

根據詳細的監測數據,繪制了JZ2-4測點2021年多天連續沉降變形情況曲線圖,見圖7。

支撐軸力監測2021年多天連續變形數據,見表6。

表6 支撐軸力監測多天連續變形情況 kN

根據詳細的監測數據,繪制了ZL3-1/2/3測點2021年多天連續軸力變化情況曲線圖,見圖8。

1)由表4深層水平位移最大變形統計表趨勢可以看出,9月14日—9月18日基坑開挖深度為15 m,多天監測數據位移變化量為2.82 mm,在同樣工況下基坑突涌時9月18日—9月19日,墻體深層水平位移日變化量突增6.61 mm,速率已達報警值。由表4深層水平位移最大變形統計表趨勢可以看出,在基坑同工況下沒有發生突涌時,墻體深層水平位移變形量趨于平穩,基坑發生突涌時基坑變形速率達到報警值,搶險結束后監測數據恢復平穩狀態。

2)由表5建筑沉降多天連續變形情況可以看出,9月14日—9月18日基坑開挖深度為15 m,多天監測數據沉降量為0.1 mm,基坑突涌期間9月18日—9月19日建筑物日沉降量為-7.3 mm,單次沉降速率已達報警值。由表5趨勢圖分析得出,未發生突涌時,建筑物沉降變形量趨于平穩,基坑發生突涌的情況下建筑物沉降速率超過報警值,在搶險結束后監測數據恢復平穩狀態。

3)由表6支撐軸力監測多天連續變形情況可以看出,9月13日—9月18日基坑開挖深度為15 m,多天監測數據測點在報警值范圍內,9月19日險情發生后,軸力ZL3-1測點超過報警值,搶險結束后監測數據恢復平穩狀態。

4.3 搶險措施制定

在此情況下,本項目所采用的自動化監測設備發揮了巨大的作用,數據實時上傳指導施工,能夠及時對超限部位進行實時監測與報警,縮短了施工單位搶險反應時間,避免了更大的施工事故發生。險情發生后,施工單位會同監測單位共同制定了搶險措施,主要包括[4-6]:

1)及時堵漏,防止變形進一步擴大。2)鋼支撐預加軸力損失后按設計要求及時加壓或及時加撐,避免地連墻圍護結構變形過大。3)在保證安全與質量的前提下,加快施工節奏,及時澆筑該段底板,減少基坑暴露時間。4)密切關注監測數據變化,依據監測數據變化情況,調整相應的現場處置措施。

5 結語

在這次搶險過程中,自動化監測突顯了數據及時性、實時性,在無人值守的夜里自動化監測及時預警,極大地減少損失,及時發現基坑突涌發生,減少基坑損失?；油挥繒r,從監測數據能看出自動化監測數據預警及報警情況,體現了自動化監測數據的及時性、實時性,監測數據實時上傳,及時指導施工采取措施,在這次搶險過程中發揮了極大的作用,得到了各方人員的認可,可減少基坑突涌的損失,為軌道自動化相關的項目提供借鑒,也為自動化大面積發展提供了良好的幫助。