隧道风井开挖施工阶段的长期变形监测研究

2021-05-20南永锋

北方交通 2021年5期

南永锋

(张家口路桥建设集团有限公司张家口市 075000)

0 引言

在地铁系统建设中，大都市地区，尤其是软土地区的大开挖面、大开挖深度的深基坑开挖仍然是一项具有挑战性和高风险的工程。深基坑的变形和稳定性与土壤特性、地下水变化和超载条件密切相关[1]。近几年来，我国地铁车站基坑支护工程中发生过多起变形或失稳事故。因此，在施工阶段对深基坑进行现场测量和性能评估对于质量控制和安全保证具有重要意义[2-3]。

在传感器和传感网络、数据采集及信息管理等先进技术的帮助下，交通基础设施在建设和使用阶段的健康监测受到越来越多的关注，且取得了巨大的进展。世界各地的民用和交通基础设施，如高层建筑、大跨度桥梁和高速铁路，设计了许多长期监测系统，而健康监测技术在地下结构施工和运营中的应用尚未得到广泛的开发和实践[4-5]。介绍了某地铁隧道通风井深基坑施工过程中沉降监测的仪器系统，并对安装在通风井开挖施工现场地表和深度方向监测的长期沉降数据进行了分析检验。

1 地铁通风井深基坑开挖

某地铁第二施工段在河流下修建一条双线单孔盾构隧道，并在河流两岸设置两个风井，如图1所示。本研究将介绍南风井深基坑施工过程中周边地区的变形监测。图2展示了深度为26m的南风井开挖平面图。

图2 南风井开挖平面图

2 沉降监测系统

2.1 工程地质及水文地质条件

根据南风井施工现场的地质特征，利用静力触探试验，将南部风井的地基沿南部井筒的深度划分为20个土层。南风井施工场地浅层地下水为孔隙潜水层，主要赋存于表层土层和砂质粉土中。该层地下水主要由大气降水和地表径流补给，地下水位主要受季节变化与河流水位的影响。另外，南风井施工场地存在两层孔隙承压水分别分布不同的土层中。

2.2 监测点设置

为监测南风井开挖施工阶段的变形，确保施工安全，在深基坑施工过程中，设置了35个仪器点进行沉降测量。在这些监测点中，有23个沉降测量标志位于施工现场地表，以南风井开挖中心为圆心分布在圆上。其余12个沉降测量标志布设在南风井开挖深度方向，水平方向分为4组。每组沉降测量标志距南风井开挖地下连续墙的距离分别为13.5m、22.5m、40m和78m；每组在南风井开挖深度方向设置3个沉降测量标志，深度分别为20m、30m和46m。

3 长期沉降监测结果分析

在南风井开挖施工过程中，对监测点的沉降进行了测量，提取并检验了6个月的沉降监测数据。南风井开挖深基坑施工分为15个施工步骤，即第一步开挖第四层土层，第二步施工第四层混凝土环形檩条，第三步施工地下二层衬砌墙，第四步开挖第五土层，第五步混凝土环形檩条及支撑结构施工，第六步地下三层衬砌墙施工，第七步混凝土养护，第八步开挖第六层土层，第九步施工第六道混凝土环形檩条，第十步混凝土养护，第十一步开挖最后一层土层，第十二步底板浇筑，第十三步底板养护，第十四步衬砌浇筑，第十五步封顶作业。图3显示了施工阶段南部风井开挖支护结构的剖面图。

图3 南风井开挖支护结构

图4 不同施工步骤地表累积沉降量监测结果

图4显示了由测量标记C2-1～C2-8和C3-1～C3-8监测的沉降历程，各测量标记安装在南部通风井开挖施工现场的地面上。从图4(a)可以看出，在南风井深开挖的整个施工阶段，测量标志C2-1～C2-8监测位置的累积沉降逐渐增加。测量标志C2-1和C2-2所监测位置的累积沉降量远大于其他位置的沉降量，这是因为这两个沉降量监测点距离南风井开挖点较近。对图4(a)的进一步观察表明，第8步和第11步的沉降量比其他步骤的沉降量下降得更快，因此，应特别注意第六层(第8步)和最后一层(第11步)开挖期间的施工安全控制。

从图4(b)可以看出，在南风井深开挖的整个施工阶段，由测量标志C3-1～C3-8监测的位置的累积沉降变化趋势几乎相同。从图4(b)也可以看出，第3步(地下二层衬砌墙施工)、第4步(第五层土层开挖)、第7步(混凝土养护)、第8步(第六层土层开挖)沉降波动较大；而在步骤1(第四层土层开挖)、步骤2(第四混凝土环形檩条的构造)和步骤12(底板浇注)中，基础的变形占主导地位。

图5显示了部分监测点在不同施工步骤期间，南风井开挖施工现场地表上仪表位置的估算沉降和回弹。由该图可知第8步(第六层土层开挖)和第11步(最后一层土层开挖)的沉降量最大，占总沉降量的比例也最大；而回弹量较大的一般主要分布在第1步、第2步、第7步、第8步和第9步，其他施工

图5 不同施工步骤期间沉降和回弹监测

步骤期间基本无回弹量。

图6显示了由安装在南部风井开挖施工现场深度方向的测量标记F3-1～F3-6监测的沉降历程。从图6可以看出，在南风井深基坑开挖的整个施工阶段，安装在20m和30m深处的测量标志监测到的累积沉降逐渐增加，而在南风井深基坑开挖的整个施工阶段，46m深的测量标志监测的累积沉降变化不大。因此，由上述分许可知，不同施工阶段施工现场仪表位置的沉降在允许的变化范围内稳定变化与事实相符。