地铁车站深基坑半盖挖施工测量及数据分析

宋恒志

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300000)

随着社会经济的发展，会建设越来越多的地铁车站。由于地铁站的修建大部分处于人员流动性大、交通流量高的中心城区，由于城市交通、场地和四周环境的限制，地铁车站修建工程必须要综合考虑多方面因素。由于半盖挖法不仅避开了盖挖和暗挖法耗资、耗时的弊端，也不会阻碍交通疏导，在施工中得到较广泛运用。

根据相关文献[1-4]，利用半盖挖法进行基坑施工已有相对深入的研究，但是使用该方法过程中进行监测数据分析的文献较少。本文即是以成都轨道交通10号线新平站为背景，介绍了车站基坑采用半盖挖法施工的测量方式，对相关监测数据进行分析，以期为今后类似工程提供借鉴。

1 工程概况

新平站是成都轨道交通10号线二期工程终点站，位于成都新津县新邛公路新平镇农贸市场与新平镇公立卫生院之间，沿新邛公路呈南北向敷设。

车站设计起讫里程为YDK37+367.191-YDK37+681.591，为地下一层侧式站台车站，标准段为七柱八跨现浇框架结构，全长314.4 m；公共区标准段宽度60.8 m，顶板覆土3.6 m，底板埋深10.55～16.12 m，共设置2组风道、4个出入口，两端为明挖区间。车站主体采用半盖挖法施工，围护结构采用钻孔桩+锚索，局部采用钻孔桩+内支撑的型式，采用坑外+坑内管井降水，车站底板基本位于中密卵石土中。

工程施工中，应采取措施确保钻孔灌注桩和旋喷桩的施工质量，以免在基坑挖掘过程中发生渗水， 同时保护管线和周边建筑物安全。

2 车站施工测量方法

2.1 地面控制测量

2.1.1 平面控制测量

新平站平面控制点按精密导线的技术标准施测。水平角观测1″级的仪器采用全圆法观测4个测回。新平站场地内采用闭合导线控制测量，如图1所示。

图1 平面控制网布设

导线边长采用往返观测各2个测回，边长每测回读数4次。相邻点之间的垂直角小于±30°，视线离障碍物的距离不小于1.5 m。遇到长、短边需要调焦时，采用盘左长边调焦、盘右长边不调焦，盘右短边调焦、盘左短边不调焦的观测顺序观测。

当水平角观测采用左、右角观测方法时，左右角平均值之和与360°的较差小于4″。水平角观测半测回归零差≤6″，一测回内2c较差≤9″，同一方向值各测回较差≤6″。距离测量时每条导线边往返观测各2个测回，每测回间重新照准目标，每测回4次读数较差小于±3 mm，测回间平均值的较差小于±4 mm，往返平均值较差小于±5 mm。

2.1.2 高程控制测量

地面高程控制使用电子水准仪观测，使用电子水准仪时，应将有关参数、极限误差预先输入并选择自动观测模式。新平站场地水准采用附合水准路线，水准线路如图2所示。

图2 水准控制网布设

2.2 盖板施工测量

新平站盖挖顶板位于卵石层，且每施工段范围纵向和横向分布均匀，利于土模稳定和顶板混凝土灌注。顶板施工地模采用复合地模方案，盖挖顶板与侧墙关系如图3所示。

图3 盖挖顶板与侧墙位置关系

顶板地模施工测量要求：①基坑开挖至顶板结构底面以上10 cm，人工清至垫层底标高。②按顶板施工时的结构轮廓尺寸放线开挖沟槽并依据沟槽的深度砌砖胎模，砖模结构尺寸(柱子、粱)按照设计，平面位置技术要求误差纵向±25 mm、横向±20 mm。边墙(边墙预埋深度500 mm)及边墙中的暗(明)柱内边线外30 mm作为边墙等控制线来保障成型结构净空。③在垫层及砖胎模面上安装15 mm厚木工板(见图4)。④顶板板底高程比设计提高30 mm作为顶板沉降量，并沿纵向和横向设置40 mm的预留上拱度。⑤盖板下土方开挖在明挖施工到一定空间后(边墙盖板顶到开挖面2 m位置)，及时测量顶板边墙断面数据，判断成型边墙断面是否有侵线可能，发现侵线及时在开挖过程中处理。

图4 盖挖顶板结构

2.3 车站主体施工测量

车站主体施工主要包括底板施工、顶板施工及车站其他结构物施工。

(1)底板及边墙施工：底板梁钢筋绑好后，及时放样底板钢筋预埋件位置，预埋件中心线位移允许误差±10 mm。盖挖顶板下边墙(预留50 cm)实测数据与底板边墙内边线按照设计外放30 mm理论数据计算边墙垂直度，边墙垂直度控制在≤2‰以内。如果计算边墙垂直度>2‰时，调整底板边墙位置(不能侵结构边线)或清理盖板顶板边墙混凝土。

(2)钢筋混凝土柱施工：在底板浇筑后，放出立柱结构轮廓线，用钢尺复核结构尺寸，尺寸误差在5 mm以内，并弹上墨线，如果测量误差不满足要求，需要重新检查测量点位，直到满足要求为止。立柱模板固定后，需对立柱模板的垂直度和平面位置进行检测，调校直至垂直度小于1‰，平面位置误差顺线路方向±20 mm、垂直线路方向±10 mm。

(3)顶板施工：顶板模板全部安装好后，采用全站仪对模板高程进行精确测量,调整模板的上下位置，顶板高程预留30 mm沉落量，以满足车站净空的要求。明挖顶板高程与盖板搭接预留5 m作为调坡段。

2.4 联系测量

平面联系测量传递采用导线测量施测，平面联系测量采用精密导线测量标准，首先利用经检测过的地面控制点采用导线测量引测到地面近井导线点处，然后从地面近井导线点向井下传递测量。网型采用闭合导线控制网，如图5(a)所示；高程联系测量采用在竖井内悬吊钢尺的方法进行,如图5(b)所示。

图5 联系测量

2.5 车站竣工测量

待隧道贯通后，对隧道内控制网进行联测，联测成果严密平差后，检测合格后再进行轨行区断面净空测量。半盖挖深基坑监测点的方位如图6所示。

图6 部分监测项目测点平面布置

2.6 监测控制值

本项目监测的重点是：由于基坑周边管线较多，因此需要对管线变形进行动态监控；由于丰富的地下水容易造成周围地表沉降，因此要重点监测支护结构的变形及支护结构周边地下水位情况；由于建筑物变形及不均匀沉降的风险较大，车站在端头井的地质层有部分粉土层，发生涌砂涌水风险高，需要重点巡视基坑支护结构物渗(漏)水情况。各基坑监测项目控制值如表1所示。

表1 各基坑监测项目的控制值

3 监测数据分析

3.1 围护桩侧移

围护桩发生的侧移直接表明了基坑围护构成的稳定性状态，所以，它是基坑调控的主要指标。围护桩发生变形，其根源在于基坑内土体卸载造成了基坑内外土压力变化，在基坑外出现主动土压力的时候，围护桩发生侧移会呈现两种形态，分别是弓型和前倾型。弓型多呈现在内支撑系统的基坑内，变形表现为两侧小而中部大的弓状；而前倾型多出现在没有支撑系统的基坑之内，桩体变形朝向基坑内部，桩顶移动最多。

工程检测斜孔顺着基坑对称配置，检测的时候全部测点发生的位移不高于控制值30 mm，基坑没有隐患。由于基坑端头井受力复杂，挑选标准段检测点给予解析，图7是其两侧代表性测点桩身水平位移随着时间发生的变化曲线，测点ZQT22、ZQT24处于明挖侧，测点ZQT33、ZQT30处于盖挖侧，测点ZQT22、ZQT33与ZQT24、ZQT30位于一样的施工段。从图7得知：伴随施工的推进，围护桩自身的水平位移逐步增长；围护桩桩体的变化样态是中间大、顶部和底部相对偏小，表现为“弓形”。

图7 桩体累计水平位移曲线

对比ZQT22和ZQT33两测点所检测到的桩体变形曲线，此位置桩体的最大位移比较类似，明挖侧为19.4 mm，盖挖侧为19.6 mm，它所处的深度也比较近似，都在8 m深上下；两曲线在形态方面有一定的差异，盖挖侧桩体变形曲线呈现“弓形”，与明挖侧桩体比较，它的下部位移更加明显；两侧围护桩体上部朝向基坑外侧发生位移，且伴随开挖逐步增长。这主要是因为盖板梁与第一支撑建立结合，可以很好地控制墙顶部的水平位移，但此设置还可以承受从顶部进入的垂直载荷，因此必须按压弯构件对待以验算强度。

3.2 地表沉降

地表沉降体现的是深基坑工程对于其四周土体的影响程度，此数值大表示此影响程度较深，会对基坑四周管线和建筑物安全造成影响。地表沉降的原因在于基坑内部土体卸载形成状态失衡，围护桩因为桩后主动土压力导致基坑内发生变形，同时基坑外土体顺着围护桩向着基坑内产生位移，地表呈现沉降。因此，假如深基坑存在一定的支护结构，对地表沉降造成影响的重要要素就是围护结构出现了形变，因此对地表沉降的监测极为关键。

由围护结构变形给地表沉降造成的影响呈现两个样态：如图8(a)所示凹槽型，最大沉降值处于围护结构对应距离区间，此种多是由于首道支撑有极大的刚度、桩顶发生的位移极小。如图8(b)所示三角型，最大沉降出现在附近围护结构处，多出现在悬臂挖掘或者各个支撑刚度差别不大的部位。

图8 地表沉降类型

挑选DBC32、DBC33、DBC24、DBC21作为地表沉降观测点，通常每个点会包含4个点位，间距分布如图9可知。利用对监测数据的解析获得地表沉降与时间的关系曲线(以DBC32为例，如图10所示)。因为基坑四周建筑物料遮挡了一些点位，曲线会有中断的情况。

图9 沉降点位间距布置

由图10可知，地表沉降整体呈下降趋势，随着基坑开挖的进行逐渐增大。1号测点点位的沉降值并不是最高值，地表沉降呈现出凹槽形，而它的最大值和基坑边缘有一定间距。分析出现以上结果的原因主要有两个；一是基坑开挖由北侧明挖段开始，然后将盖板土体倒入明挖段致使施工荷载北侧对南边起到抑制作用；二是由于南侧存在临时路面，垂直支撑系统较北侧密集，而土体开挖导致地面出现不同程度的隆起，这也对柱桩产生上拔的作用。

图10 DBC32地表沉降累计变化曲线

3.3 立柱沉降

对于半盖挖深基坑围护结构系统而言，中间立柱可以给临时盖板提供一定的支撑，盖板的上部是城市主干道，车辆数量多，荷载突出，所以必须对立柱沉降给予监测，它可以帮助判断施工进程中临时路面是否稳固。挑选标准段邻近施工段进行立柱沉降监测，LCZ14、LZC15监测点与井立柱西端头监测点LCZ1、LZC2沉降情况如图11、图12所示。

图11 标准段立柱沉降累计变化曲线

图12 西端头井立柱沉降累计变化曲线

从图11、图12可知，立柱的沉降变化呈现先增长后缩小的走向。开始挖掘基坑之前，临时盖板自身的重量乃至汽车载荷施力造成立柱顶部出现沉降，在其平稳之后，伴随基坑挖掘的进行，其内部的土体卸载会造成底部土体隆起，进而导致立柱朝上出现位移，引起其顶部沉降值降低。在标准段LZC14、LZC15进行监测，累计沉降最高值为4.5 mm、3.4 mm，挖掘完成以后，其数值降低到2 mm上下。西端头井LZC1、LZC2处所得到的累计沉降值是4.7 mm、3.9 mm，因为挖掘的深度较大，底部隆起更加严重，而它的顶部也从沉降变成隆起，其最大值为3 mm上下。

4 结论

(1)各种监测数据证实，此深基坑在进行施工的时候，围护桩出现的水平位移、地表和立柱沉降等都在可控范围之内，所以，它的状态是相对稳定的。

(2)围护桩桩身所出现的变形是中部大、顶部和底部相对偏小，整体呈“弓形”，且开挖时间越长，位移数值越大。

(3)地表沉降伴随深基坑工程的挖掘逐步增加，呈凹槽形状，而其最大值是距基坑边相应距离处，它的数值随着基坑挖掘的深度增加而增加。

(4)在开挖基坑之前，立柱沉降由于上部盖板传输而来的作用力增长到一定程度后，伴随坑内土体卸载，底部呈现隆起，在其向上位移值超过沉降值的时候，立柱沉降变成隆起。