北京地铁明挖基坑的监控量测

2010-05-04奚光宇

铁道建筑 2010年8期

奚光宇

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概况

北京地铁四号线中关村站位于中关村大街与北四环路十字交叉路口南侧，中关村大街下方，呈南北走向。车站为地下两层三跨岛式站台车站，车站中心里程K21+391.898，全长179.9 m，标准段总宽22.5 m，高14.65 m，顶板埋深2.3～2.7 m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站共设两个风道和四个出入口，车站主体结构采用盖挖逆作法施工，1号风道及2、3号出入口采用明挖法施工，2号风道及1、4号出入口采用暗挖法施工。各明挖基坑中以1号风道结构跨度最大，开挖深度最深，距高层建筑物海龙大厦最近而作为重点监控，本文以1号风道明挖法施工基坑的监控量测为例，对地铁明挖法施工的监控量测进行了全面介绍。

中关村站1号风道基坑开挖的深度为13.4 m，周边的高大建筑物主要是海龙大厦。海龙大厦与1号风道结构的最近距离为16.2 m(图1中关村站平面图)。

根据《北京地铁四号线工程中关村站岩土工程勘察报告》提供地质情况，中关村站1号风道穿越地层从上到下为:人工堆积层、第四纪全新世冲洪积层和第四纪晚更新世冲洪积层。

2 监控量测的项目

根据中关村站1号风道的结构埋深、地质及地面建筑物、管线情况和施工方法，布设了较密集、合理的监测点进行全面的地表沉降、桩顶位移、桩体变形、建筑物沉降等监测，以保证在施工时及时反馈数据，确保基坑开挖和周边建筑物的安全。

图1 中关村站平面(单位:m)

2.1 监测项目及频率

监测项目见表1。明挖基坑施工监控量测的频率与基坑开挖深度、施工状况等有关。

表1 明挖基坑监测项目

基坑开挖期间监测频率见表2，基坑开挖完成后监测频率见表3。

表2 基坑开挖期间监测频率

表3 基坑开挖完成监测频率

2.2 监控量测管理控制标准(见表4)

表4 监测项目控制值

3 施工监控量测测点布置

3.1 地表沉降点、桩顶位移点、桩顶变形点的布设

地表沉降点、桩顶位移点、桩顶变形点和支撑轴力点的布设是根据基坑断面、基坑周边的建筑物和降水效果综合考虑的。中关村站1号风道的地表沉降点、桩顶位移点、桩顶变形点的布设见图2。

3.2 建筑物变形观测点的布设

中关村站1号风道基坑开挖和降水时，为了保证周边建筑物的安全，因此对建筑物进行变形观测。经过对建筑物的形状分析，针对1号风道开挖在海龙大厦楼顶的角上布置6个观测点。

4 监控量测点的埋设

4.1 监控量测点布置的原则

1)根据本工程设计要求、施工特点及周边环境等综合因素确定监测对象。

2)所有观测点必须预先埋设稳固，初始值在确认点位已稳定后采集两次稳定值使用。

图21 号风道测点布置(单位:mm)

3)地面沉降点的布设应考虑点位位置能反映监测对象的变化特征并有利于保护和不易受破坏的地方;

4)如果观测点在施工中受破坏，应尽快在原来位置或距原来较近位置补设测点，以保证该测点观测的连续性。

4.2 监控量测点的埋设

4.2.1 地表沉降点

布点时点位尽量不布在回填土、绿化带和管线周围的地方，如果必须要埋点时，埋设时要选择不易积水地方，人工开挖直径500 mm、深800～1 000 mm的坑，用混凝土楔子夯实底部，并设400 mm×400 mm方砖底盘，插入φ20 mm圆钢并用混凝土把坑回填密实(图3)。

图3 回填土、绿化带地表沉降点埋设(单位:mm)

路面测点埋设采用φ103 mm电钻在地面钻孔，随即打入作为监测点的钢筋，使钢筋与土体结为整体，可随土体变化而变化(图4)。

4.2.2 地表建(构)筑物监测点

变形点采用弯钩式，其直径不小于18 mm，长不小于250 mm。用电锤在建筑物的墙上打孔，然后将变形点打入孔洞内并灌入高强度等级水泥，使变形点与建筑物成为一个整体。安好测点后，作好明显标志，并按顺序编号(图5)。

图4 路面地表沉降点埋设(单位:mm)

图5 地表建(构)筑物监测点埋设(单位:mm)

4.2.3 地下管线监测点

地下管线监测是在管线所在覆盖土的正上方挖孔至管线布置观测点后引出地面，也可利用检查井直接布在管线上，困难时在管线上方埋设地表桩间接监测，按规定变形测量精度等级用精密水准仪，铟钢尺进行量测。

4.2.4 钢筋应力应变监测点

钢筋应力应变监测在围护结构中选择受力有代表性的桩布置测点。测点在竖向位置布置在各土层分界面、结构或配筋截面变化处。在平面位置上选择长短边的中点。钢筋应力计焊接在桩体主筋上。埋设钢筋应力计后要在后续工序中特别注意保护好应力传感脚线。

4.2.5 桩顶位移监测点

桩顶位移监测点设于冠梁上。在灌注冠梁混凝土时预埋φ6 mm的膨胀螺栓，外露3～5 cm，经检查合格后施测取得初始值。

4.2.6 桩体变形监测点

测斜管应在围护桩施工时埋设在桩体内，开挖前3～5 d重复测2～3次，判明测斜管处于稳定状态后，将其作为初始值，开始正式监测工作。

先将测斜管装上管底盖，用螺丝或胶固定。测斜管与测斜管之间有接管连接，测斜管与接管之间必须用螺丝固定。测斜管采用绑扎法固定在钢筋笼上与其一起沉入孔中，沉入时应注意测斜管应位于基坑内侧方向。由于混凝土的浮力作用以及振捣机械的影响，测斜管的绑扎定位一定要牢固可靠，以免混凝土浇筑时，使其发生上浮或侧向移动，影响测试数据的准确性。测斜管高出冠梁15 cm，利用测斜仪测出桩体不同深度范围的水平位移，从而可以得到桩体的变形情况。

由于围护结构较深，测斜管较长，测斜管在安装中应注意导槽的方向，导槽方向必须与设计要求定准的方向一致。同时要避免测斜管自身的轴向旋转，以保证测出的数据真实反映在基坑边缘垂直面内的挠曲。在测斜管连接时，必须将上、下管段的滑槽相互对准，使测斜仪的探头能在管内平滑运行。测斜管埋设详见图6。

图6 测斜管埋设示意

5 监控量测数据整理及成果分析

根据施工进度和监控量测的频率进行野外测量，并将野外记录数据及时传输到计算机内，打印测量成果表，并对沉降变化分析，绘制变化曲线图。

监测成果累积沉降值接近极限值时，则及时分析原因，以便及时采取补救措施。监测工作全部结束后，要编写沉降监测竣工报告，报告内容包括变形观测成果表，监测点平面布置图，变形时态曲线图和变形分析报告。

5.1 中关村站1号风道地表沉降曲线(图7)

图7 中关村站1号风道地表沉降曲线

中关村站1号风道基坑开挖深度为13.4 m，从地表沉降曲线(图7)可以看出:在2005年11月6日基坑开挖完成。在2005年10月6日基坑开挖完成3 m，一直到10月10日第一道钢支撑架设完成，地表呈下降趋势，沉降的最大速率为 0.245 mm/d<2 mm/d。从2005年10月10日至10月23日，基坑开挖深度达到7 m，并架设完成第二道钢支撑，地表沉降的最大速率为0.194 mm/d<2 mm/d。从2005年10月23日至10月30日基坑开挖的过程中，地表呈回升趋势，主要是对架设的钢支撑施加轴力。从2005年10月30日至12月9日期间，1F7和1F11点变化比较大，从施工现场情况来看，1F7变化较大是当时在管线改移时，施工单位没有按要求进行回填，沉降的最大速率为0.159 mm/d<2 mm/d;1F11变化较大是施工时在其周围堆放钢筋。从2005年12月9日结构底板施工完成，沉降呈平稳趋势。由此分析应注意:基坑开挖深度与钢支撑架设要紧密;基坑开挖完成后尽早施工结构底板;基坑周边严禁堆载;基坑四周的原状土是否被扰动。

5.2 地表建筑物海龙大厦观测点沉降曲线(图8)

从海龙大厦观测点沉降曲线(图8)可以看出:在10月30日1号风道基坑基本开挖完成，海龙大厦每个观测点都有较小的变化。1号风道在12月22日完成结构底板混凝土浇筑之后观测点沉降呈稳定趋势，而从10月30日至12月22日期间，观测点的沉降有较小的波动。

图8 海龙大厦观测点沉降曲线

5.3 桩顶位移

从中关村站1号风道桩顶位移曲线(图9)可以看出:1FW7、1FW45、1FW65、1FW81 和 1FW104 桩顶位移基本为正值，ZW8、1FW22和1FW93桩顶位移基本为负值。分析成因是 1FW7、1FW45、1FW65、1FW81和1FW104桩架设钢支撑并施加轴力和桩顶设冠梁;ZW8、1FW22和1FW93桩没有架设钢支撑而只依靠冠梁支护。根据图形分析的结果，现场加大监测频率，由于桩顶位移的管理值为12 mm，从1号风道观测的情况来看都是安全的。

图9 中关村站1号风道桩顶位移曲线

5.4 桩体变形测量与数据整理

将测斜仪置入测斜管内，并使导向轮完全进入导向槽内。方向应为导向轮的正向与被测位移座标(+X)一致时测值为正，相反为负。之后根据电缆上标明的记号，每基长(测点间距)单位长度测读一次测斜管轴线相对铅垂线的倾角。测斜仪测量时先将测斜仪放入管底，自下而上测量。

测斜仪在测斜管中是每基长(测点间距)单位长度测读一次。方法:测斜仪运动到位后，停留3 s左右，当读数仪上的读数稳定后，按一下仪表面板上的存贮键或手持存贮按钮，实时测量值将被存贮在读数仪中。根据测量的数据及时进行整理，绘制桩体变形曲线见图10。

图10 中关村站1号风道桩体变形曲线

图10描述的是中关村站1号风道基坑开挖完成时围护桩桩体累计变形曲线。从图10中可以看出:在桩体深度为4 m时，ZW8号桩累计变形较大，分析原因是在ZW8号桩只有钢围檩支撑，两侧是斜撑，且斜撑没有施加轴力;在桩体深度为10 m时，1FW93号桩累计变形较大，分析原因是有渗水情况，且地层为粉质黏土，而第三道钢支撑没有架设。由于桩体变形的管理值为18 mm，从1号风道观测的情况来看都是安全的。