武汉某地铁车站基坑工程第三方监测实例分析

2015-01-30肖永力

资源环境与工程 2015年6期

曾瑞，涂超，肖永力

(湖北省神龙地质工程勘察院，湖北武汉 430056)

地铁第三方监测是指在土建施工期间，业主委托独立于承包商和监理及设计代表外，且具有相应资质的监测单位，依据相应规程和条款对施工影响区域内的基坑工程、建(构)筑物、道路、管线等周边环境实施独立、公正的安全性评价及参与环境破坏纠纷处理的一项监测工作［1］。本文结合武汉地铁三号线车站监测实施案例，对第三方监测主要方法及内容进行了重点分析与探讨，并根据现场监测数据及时预警，提出支护改进建议，按照信息化施工的要求服务于基坑施工，对指导基坑开挖，防范事故具有重要的意义。

1 项目概况

1．1 车站概况

范湖站为武汉地铁三号线第14座车站。车站位于马场角路与青年路的交叉口处，沿马场角路布置于地下，车站与2号线范湖站通过通道换乘。

图1 基坑监测点位布置图Fig．1 Layout chart of monitoring site of foundation pit

范湖车站基坑其详细工况如下［2］:站主体基坑长266．4 m，标准段宽度为20．1 m，基坑标准段开挖深度约25 m，层数为地下三层，单柱两跨岛式站台车站。地下分站厅、设备、站台三层，车站标准段结构外包尺寸为21．01 m ×20．10 m，顶部覆土约3．3 ～3．6 m。主体建筑面积16 443 m2，附属建筑面积6 808 m2，总建筑面积23 251 m2。车站主体围护结构采用1 000 mm厚地下连续墙，并入岩以满足抗浮要求，支护为混凝土支撑或钢支;范湖站主体结构基坑支护第一道支撑采用800 m×800 mm钢筋混凝土支撑;第2—6道支撑采用16 mm厚609钢管支撑，附属结构基坑支护采用两道16 mm厚609钢管支撑。基坑监测点位布置如图1。

1．2 工程地质情况

范湖站场区地形平坦，原始地貌属长江冲积Ⅰ级阶地，其地层岩性如下。

1．2．1 填土(Qml)层

(1)杂填土［地层代号(1-1)］:杂色，湿—饱和，高压缩性，土质松散，层厚0．40～7．1 m，普遍分布。

(2)淤泥(Ql)［地层代号(1-3)］:灰—灰黑色，饱和，流塑状态，高压缩性，其厚度0．6 ～2．3 m，埋深 0．8～4．5 m。

(9)细砂［地层代号(4-2)］:灰—青灰色，饱和，中—低压缩性，厚度 6．2～31．7 m，埋深 21．0～32．6 m。

1．2．3 下伏基岩为白垩—下第三系东湖群(K-Edn)

(1)强风化泥质粉砂岩［地层代号(15a-1)］:兰灰—褐红色，其厚度1．5 ～7．5 m，埋深38．2 ～50．1 m。

(2)中风化泥质粉砂岩［地层代号(15a-2)］:兰灰—褐红色，其揭露厚度4．0 ～14．0 m，埋深41．0 ～52．5 m。

1．3 水文地质情况

1．3．1 地表水

场区地表水体不发育，未发现有河、沟、塘等地表水体分布。

1．3．2 地下水类型及地下水位

本标段场区的地下水按赋存条件，可分为上部滞水、潜水、孔隙承压水、碎屑岩裂隙水。

1．4 工程环境

该站位于马场角路与青年路的交叉路口，马场角路路下，路口北侧有惠苑假日酒店，马场角路北侧为在建葛洲坝国际广场北区住宅小区，南侧为葛洲坝国际广场。地下管线沿马场角路布置于路下。车站内主要有电力、电信、自来水、排水等管线。

2 监测项目及频率

围护结构主要监测项目有:①水平位移监测;②竖向位移监测;③深层水平位移监测(测斜);④结构应力轴力监测;⑤地下水水位监测。

周边环境主要监测项目有:①建筑物沉降;②建筑物倾斜;③建筑物水平位移;④地下管线沉降;⑤地下管线水平位移;⑥道路及地表沉降。

第三方监测主要侧重于整体控制，监测频率一般为三天一次。

3 监测数据分析处理

现选取具有代表性的车站基坑西侧端头井处进行重点方法分析。

3．1 深层水平位移分析

西端头井的基本开挖工况如表1:

表1 西端头井开挖工况表Table 1 Working condition of excavation of western end well

SID2孔位于基坑西侧连续墙中部，该处挖深-28 m，设有六道支撑，其深层位移变形曲线如图2。

由图2可知:基坑挖深至7 m时，支护位移很小，基本未有明显变化，表现为向坑外位移。当开挖至-22 m深时，支护发生显著位移，开挖面的位移量为19．3 mm。开挖至底部时，位移量急剧增大，最大累计位移量为38．5 mm，凸肚现象明显。总体而言，基坑支护的变形随着开挖深度的不同，其变形最大处也在逐步下移，变形基本表现在开挖面以下2 m左右。而基坑顶端位移变化量则相对较小，这与最上部为一道混凝土且其支撑强度较大有密切的关系。开挖至第六道支撑时，基坑支护的水平位移量最大44 mm，已超出了湖北省地方标准《基坑工程技术规程》［3］中关于支护结构水平位移值(最大值)监控报警值为30 mm的要求，基坑处于报警的状态下。

图2 SID2深层位移变形曲线图Fig．2 Curve of displacement deformation of SID2 deep layer

3．2 支撑轴力分析

支撑轴力实际上是支撑对周围土压力的集中反应，其数值和挖土顺序、速度、深度密切相关。在监测的过程中可以发现，钢支撑轴力随时间的变化曲线如图3所示。钢支撑在安装初期由于预加应力掉压出现下降的情况，常常导致初期支撑轴力不太稳定。随着基坑的开挖，上一道的支撑轴力有所减小，而开挖面处的支撑轴力有所增加。开挖处的主动土压力增大，卸载处的土压力减小，从而围护结构向坑内进一步位移，钢支撑的轴力也逐步增大(图3)。

从图3看出，越是位于基坑上部的支撑，其轴力较小，发展速度也较为均衡。而越是位于坑底的支撑，其轴力不但增加较明显，同时其发展速度相对较快。

3．3 原因分析

分析围护结构发生较大变形的原因:①开挖过快，周边土体应力释放过快;②原本在开挖至支撑处就应立即进行钢管的支撑，施工方常常支撑滞后;③支撑有效预加应力达不到设计要求，掉压现象经常发生;④西侧围护结构外侧3 m处正在进行高压旋喷桩施工，对位移的变化影响很大;⑤内外降水高差过大等。

3．4 险情处理措施

图3 西端头轴力累计变化曲线图Fig．3 Accumulated change curve of axial force in west

根据监测数据，第三方监测单位立刻进行了安全预警，并按照信息化施工的要求及时将监测数据上传，同时提出相关防范方法及措施。地铁集团在收到监测报警后，及时召开了各方紧急会议进行分析，并采取以下措施:在第五道支撑与第六道支撑间增加一道直撑，暂停开挖第六道支撑下土方;对第五道支撑以下进行回填;停止高压旋喷桩的施工;减少坑内降水深度从而减小基坑内外的水头差;加密监测频率，及时反馈监测数据，用信息化方法来指导后期的工程施工等。以上措施有效地控制了围护结构的进一步变形，基坑变形速度明显减慢，其中增加的一道钢支撑作用尤为明显。图3中的Z3为防止险情发展，而在第五道支撑与第六道撑之间增加的一道直撑，有效地控制了长边的变形。对控制基坑的进一步变形起到了积极的作用。经过后期的观测表明，以上综合措施得力，针对性强，方法合理，有效地控制了基坑支护的变形。

11月下旬以后，随着坑内结构施工加载增大被动土压力以及边坡应力释放基本结束，基坑及周边环境基本处于稳定状态，位移量亦减小，整个基坑进入相对稳定时期。随后变形逐步停止。