隧道敞開(kāi)段深基坑施工監(jiān)測(cè)控制分析

郭智磊

（中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司基礎(chǔ)設(shè)施分公司，福建福州 350014）

1 工程概況

中山至開(kāi)平高速公路（中山段）二期福獲路隧道總長(zhǎng)965.647m，敞開(kāi)段長(zhǎng)45m，暗埋段長(zhǎng)920.647m，屬中隧道。本文選取敞開(kāi)段隧道深基坑施工監(jiān)測(cè)控制作為研究對(duì)象，提出科學(xué)合理的深基坑監(jiān)測(cè)控制方法，保障隧道深基坑施工安全。

2 隧道敞開(kāi)段深基坑周邊環(huán)境及基坑等級(jí)分析

深基坑安全等級(jí)是決定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)報(bào)警值的關(guān)鍵因素，因此在進(jìn)行深基坑監(jiān)測(cè)前應(yīng)對(duì)基坑安全等級(jí)進(jìn)行確定。敞開(kāi)段隧道深基坑深度3.230～5.313m、該段深基坑跨度為42m，設(shè)置格構(gòu)柱、立柱樁，采用明挖順作法[1]施工。該段敞開(kāi)段隧道距離周邊已有建筑遠(yuǎn)大于3 倍基坑深度，距離左側(cè)基坑邊約10m 有一條平行于深基坑的現(xiàn)狀DN500 燃?xì)夤芫€，若基坑施工導(dǎo)致燃?xì)夤軗p壞將產(chǎn)生嚴(yán)重安全影響，符合基坑施工規(guī)程“支護(hù)結(jié)構(gòu)失效、土體過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境或主體結(jié)構(gòu)施工安全的影響嚴(yán)重”[2]規(guī)定的情形，因此根據(jù)以上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及規(guī)范要求，敞開(kāi)段隧道深基坑安全等級(jí)應(yīng)定為二級(jí)。

3 敞開(kāi)段深基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的合理選擇

敞開(kāi)段隧道深基坑安全等級(jí)為二級(jí)，根據(jù)施工圖敞開(kāi)段基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為土層位移、地下水位、立柱豎向位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平和豎向位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力、管道位移監(jiān)測(cè)。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告及敞開(kāi)段基坑開(kāi)挖深度，基坑屬于土質(zhì)基坑，應(yīng)按基坑監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[3]中土質(zhì)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行選擇，除設(shè)計(jì)已要求的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，還應(yīng)增加土體深層水平位移、地表沉降監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)要求的管道位移監(jiān)測(cè)細(xì)化為管道豎向位移監(jiān)測(cè)。

4 敞開(kāi)段隧道深基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置監(jiān)測(cè)精度要求及報(bào)警值的確定方法

敞開(kāi)段隧道深基坑約45m 長(zhǎng)，按3 個(gè)斷面等距布置監(jiān)測(cè)斷面，周邊地表豎向位移每個(gè)斷面監(jiān)測(cè)布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。測(cè)斜管、水位管、沉降標(biāo)應(yīng)在敞開(kāi)段隧道深基坑開(kāi)挖前7d 埋設(shè)。水位觀測(cè)管的管底標(biāo)高應(yīng)低于勘察最低水位標(biāo)高5m。將頂部焊有圓頭測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的鋼筋打入地下管線地面垂直投影位置上方一定深度，作為間接測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)。灌注樁內(nèi)的測(cè)斜管底標(biāo)高應(yīng)低于灌注樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高、土體內(nèi)的測(cè)斜管埋深應(yīng)為基坑深度1.5 倍且大于灌注樁深度。立柱豎向位移測(cè)點(diǎn)應(yīng)在支撐立柱頂部首道混凝土支撐處埋入頂部為十字絲的鋼制測(cè)釘。采用鋼筋應(yīng)力計(jì)量測(cè)混凝土支撐軸力。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的預(yù)警值按報(bào)警值的70%考慮。灌注樁變形監(jiān)測(cè)報(bào)警值按0.2%H，且＜30mm 控制，基坑深度H=5.313m，對(duì)應(yīng)的報(bào)警值應(yīng)為10mm；土層位移（埋設(shè)深層沉降標(biāo)法監(jiān)測(cè)）監(jiān)測(cè)報(bào)警值按0.4%H，且＜35mm控制，基坑深度H=5.313m，對(duì)應(yīng)的報(bào)警值應(yīng)為21mm；軸力計(jì)量程應(yīng)大于等于設(shè)計(jì)值的1.5 倍。敞開(kāi)段隧道基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)精度及報(bào)警值詳見(jiàn)表1。

表1 敞開(kāi)段隧道深基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)精度及報(bào)警值一覽表

5 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的初始值確定及監(jiān)測(cè)頻率控制

監(jiān)測(cè)初始值的確定，原則上在相關(guān)工序施工前進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)取連續(xù)測(cè)量3 次穩(wěn)定值的算術(shù)平均值作為初始值。當(dāng)設(shè)計(jì)文件要求的監(jiān)測(cè)頻率高于建筑基坑監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行；當(dāng)設(shè)計(jì)文件未明確監(jiān)測(cè)頻率時(shí)，應(yīng)按建筑基坑監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)確定監(jiān)測(cè)頻率。按上述原則考慮，該項(xiàng)目隧道敞開(kāi)段深基坑正常情況下的監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表2。

表2 隧道敞開(kāi)段深基坑監(jiān)測(cè)頻率表

增加監(jiān)測(cè)頻率的情形：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)值或變化速率達(dá)到預(yù)警值或突然明顯增大，基坑開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)與勘查報(bào)告不符的為不良地質(zhì)，基坑出現(xiàn)管涌、滲漏或流沙，基坑內(nèi)或周邊大量積水、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨，灌注樁、水平撐、立柱等出現(xiàn)開(kāi)裂、壓屈、松弛或拔出的跡象，出現(xiàn)違反設(shè)計(jì)工況施工時(shí)，基坑附近地面荷載突然增大或超過(guò)設(shè)計(jì)限值，周邊地面或管線突發(fā)較大沉降或出現(xiàn)開(kāi)裂。當(dāng)出現(xiàn)以上情況之一時(shí)，應(yīng)及時(shí)增加監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)將監(jiān)測(cè)結(jié)果向上級(jí)部門反映，必要時(shí)采取應(yīng)急預(yù)案。

6 深基坑施工項(xiàng)目監(jiān)測(cè)技術(shù)的控制

深基坑監(jiān)測(cè)一般采取現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查、儀器設(shè)備測(cè)量等方法進(jìn)行。巡視檢查可及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，記錄、描述深基坑施工和周邊環(huán)境變化過(guò)程。土層位移、燃?xì)夤艿莱两怠⒐嘧俄斬Q向位移、立柱豎向位移、地表沉降水準(zhǔn)測(cè)量方法操作和記錄即可，軸力計(jì)安裝完成后按規(guī)定頻率現(xiàn)場(chǎng)讀取支撐軸力并記錄，灌注樁頂水平位移、土體深層水平位移、灌注樁變形、地下水位監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，具體監(jiān)測(cè)技術(shù)如下：

6.1 基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)及穩(wěn)定性控制

基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在距離基坑邊3 倍開(kāi)挖深度范圍外，埋設(shè)3 個(gè)穩(wěn)定、可靠的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)在穩(wěn)定情況下，每?jī)蓚€(gè)月復(fù)測(cè)一次。基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析方法按《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）第5.4.2條[4]相關(guān)方法實(shí)施具體如下：

該項(xiàng)目隧道深基坑的基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)復(fù)測(cè)后，對(duì)所有基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行兩兩組合，該期平差計(jì)算后的高差與上次平差后高差的差值小于按以下公式計(jì)算的限差，因此可判斷基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定。

式（1）～式（2）中：δ為高差差值限差，(mm)；μ為對(duì)應(yīng)精度等級(jí)的測(cè)站高差中誤差；n為兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的觀測(cè)測(cè)站數(shù)。

6.2 灌注樁水平位移極坐標(biāo)法測(cè)量方法

極坐標(biāo)法測(cè)量法原理：A、B 為已知點(diǎn)，A 點(diǎn)坐標(biāo)為(XA,YA)、B 點(diǎn)坐標(biāo)為(XB,YB)，p 為待定點(diǎn)，見(jiàn)圖2。

圖2 極坐標(biāo)測(cè)量法示意圖

通過(guò)測(cè)定AB 邊與Ap邊的夾角β，Ap邊的垂直角v以及Ap邊的斜距S，計(jì)算出AB 邊的坐標(biāo)方位角αAB和Ap邊的平距DAP，求得p點(diǎn)的坐標(biāo)X、Y。計(jì)算式為：

通過(guò)各點(diǎn)的坐標(biāo)，求出垂直于基坑灌注樁的坐標(biāo)分量，即為位移量。該期觀測(cè)偏移量與初始值、上次觀測(cè)偏移量之差，即為該點(diǎn)的累計(jì)水平位移量和此次水平位移量。

6.3 測(cè)斜監(jiān)測(cè)方法及精度

測(cè)斜應(yīng)在基坑開(kāi)挖前取前3 次連續(xù)監(jiān)測(cè)的平均值作為初始值。測(cè)試方法為，將探頭導(dǎo)輪對(duì)準(zhǔn)與所測(cè)位移方向一致的槽口，緩緩放至管底，探頭在管底停留幾分鐘，待探頭與管內(nèi)溫度基本一致、顯示儀讀數(shù)穩(wěn)定后開(kāi)始監(jiān)測(cè)。按探頭電纜上的刻度分劃，均速提升。每隔500mm 讀數(shù)一次，并做好記錄。待探頭提升至管口處，旋轉(zhuǎn)180°，再按上述方法測(cè)量一次。

測(cè)斜計(jì)算公式[5]：

式（8）中：dx為自管底端以上任一點(diǎn)的水平位移，(mm)；L為量測(cè)點(diǎn) 的分段長(zhǎng)度，(mm)；H為探頭 敏感軸與重力軸夾角。

監(jiān)測(cè)儀器型號(hào)和精度為：基深CX-3C 測(cè)斜儀（標(biāo)稱精度：±0.01mm/500mm），在土體深層水平位移、灌注樁變形監(jiān)測(cè)中使用。

6.4 地下水位監(jiān)測(cè)方法及精度

監(jiān)測(cè)儀器采用斯比特SSC-101 標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)儀，精度1mm。在基坑開(kāi)挖前測(cè)3 次，取穩(wěn)定的3 次讀數(shù)的平均值作為初始值。計(jì)算方法：

式（9）中：Hsw為測(cè)量水位，（m）；H為儀器測(cè)量點(diǎn)深度，（mm）；k為標(biāo) 定 常數(shù)；Fi為測(cè)試 模 數(shù)（Hz2×10-3）F0為測(cè)試模數(shù)（Hz2×10-3）。

7 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和反饋

每次外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后及時(shí)整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，向施工、監(jiān)理、建設(shè)單位提供監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)，簡(jiǎn)報(bào)成果包含此次變形量、累計(jì)變形量、變形-時(shí)間曲線圖、是否出現(xiàn)預(yù)警值等，以指導(dǎo)施工作業(yè)。若發(fā)現(xiàn)變形值突然增大或達(dá)到預(yù)警值應(yīng)按規(guī)定程序及時(shí)反饋。出現(xiàn)需加大監(jiān)測(cè)頻率的情況時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)結(jié)果報(bào)建設(shè)各方。

8 結(jié)語(yǔ)

隧道敞開(kāi)段深基坑安全等級(jí)的劃分決定了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇范圍、監(jiān)測(cè)報(bào)警值大小的確定，而監(jiān)測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)頻率是保證基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠和及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的手段，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與反饋是基坑監(jiān)測(cè)控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一、應(yīng)準(zhǔn)確及時(shí)以保證處理施工中的安全隱患的時(shí)效。本文對(duì)上述基坑監(jiān)測(cè)控制提出合理的方法和控制機(jī)制，有效指導(dǎo)實(shí)際監(jiān)測(cè)控制工作，提升了深基坑監(jiān)測(cè)控制水平。