盾构深基坑开挖对周边环境影响监测分析

田兆平

(中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250101)

1 概述

近些年随着国家经济快速崛起，城市化发展也在不断提速，同时城市人口也随之增加。为了缓解城市压力，提高居民生活质量，大力发展地下空间工程是城市发展的新方向。但这些基坑大多处于城市的中心或者靠近城市中心的位置，这些基坑所处的周围环境十分复杂，甚至还有地下水等复杂的地质环境，那么工程基坑开挖就有可能对基坑周边土体和构筑物产生影响。一般情况下只要支护得当、施工过程规范合理，就能减小基坑开挖对周边环境的影响。

目前，国内外学者对深基坑工程做了大量的实验研究，也取得了丰硕的研究成果。李国宝[1]运用修正剑桥模型对深基坑开挖对邻近复杂周边环境变形的影响进行了数值与现场的对比研究；薛剑林等[2-3]对软土深基坑周边环境监测的相关关键技术进行了分析研究；施有志、李秀芳、林树枝[4]以厦门轨道交通1号线为依托，对城市中心地带深基坑开挖对周边高架桥墩、市政管线的影响进行了实测分析；宫鹤、熊智彪、宋世豪等[5]研究了复杂周边环境深基坑的支护结构设计，以及现场监测数据分析；阳吉宝、陈建兰、谢芝蕾等[6]通过多种分坑施工法模拟研究，得到了控制深基坑周边环境变形的最优施工方法；牟建华[7]对建筑基坑周边环境巡视监测方法进行了研究分析，建立一套基坑风险源识别预警处理机制；孙超、许成杰[8]运用Midas GTS/NX软件与实测数据对比分析的方式，研究了基坑开挖对周边环境的变化规律。

2 工程概况

2.1 工程概况

济南黄河隧道位于济南市天桥区泺口南路交叉口向南400 m，穿北绕城高架，于泺口浮桥处穿越黄河及北大堤，在鹊山水库西南侧顺接G309国道。全长约4 760 m，包括穿黄河隧道3 850 m、接线道路910 m及相关的附属工程。

南岸明挖段隧道位于济泺路北段，自南向北依次为汽修厂站、轨道交通与市政道路合建段、南岸大盾构接收井，距离黄河南岸大堤约340 m，现状主要为市政道路。工程范围包含交通疏解及管线改移。

2.2 设计概况

南岸汽修厂站起止里程DK0-000.900～DK000+298.400，公路隧道起点里程为EK000+270.000，在地铁隧道右DK000+388.401处中止，围护结构采用地下连续墙和灌注桩，围护结构地下连续墙单元槽段共153幅，其中23幅异型槽段，130幅标准槽段。汽修厂站围护结构采用800 m地下连续墙+内支撑支护形式，地下连续墙采用“H”型钢接头防水，连接处外侧设置3根高压旋喷桩接缝止水。车站上方隧道围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑支护形式，桩间采用高压旋喷桩摆喷+挂网喷射混凝土挡土。

车站上方隧道围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑支护形式，桩间采用高压旋喷桩摆喷+挂网喷射混凝土挡土。

2.3 工程及水文地质条件

1)工程地质条件。

勘探深度范围地层共分15层，主要为第四系全新统冲积、冲洪积粉质黏土、粉土、砂层及中生代燕山期晚期侵入岩辉长岩，表层局部为人工填土。南岸现状主要为路面及两侧人行道，下部堆填碎砖块、灰渣及灰土垫层，局部欠压密，厚度0.5 m～4.8 m。

“霍尼韦尔拥有世界领先的管理经验，也是业内一流的实战专家，是该项目理想的合作伙伴。此次合作将帮助我们更好地实现打造创新型的精细化工旗舰企业的梦想。”中化集团化工事业部副总裁王军表示，“同时也将推动中国精细化工领域技术和商业模式的创新。”

2)水文地质条件。

南岸明挖施工区域为黄河Ⅰ级阶地，地下水埋藏深度1.4 m～1.5 m，高程为22.56 m～23.12 m。地下水类型为第四系松散覆盖层的孔隙潜水。地下水补给主要靠黄河水入渗、降水补给、排泄和蒸发及居民生活排污水为主。地下水径流方向为由临河向背河区渗透。

3 基坑周边环境

山东黄河医院位于汽修厂站基坑西侧，建筑物地上有6层，部分是7层结构，基础埋深标高约18.8 m，距离车站主体基坑13.77 m，风险等级为二级。

根据黄河医院建筑情况，主体建筑主要是监测临近基坑的急诊大楼，根据建筑物的特点，布置5组监测点，如图1所示，在楼层上部、底部点位布置反光片点位进行监测。

中凯石油加油站位于汽修厂站基坑的东侧位置，加油站的储油罐位于基坑40 m左右，而且属于加油站的重地，不允许进入院内进行监测，所以我们选择了加油站外围距离基坑较近，风险等级高的位置作为监测点，这些监测点已经可以完全预测加油站沉降，足以判断加油站内的安全性。根据建筑物的特点，布置5组监测点，如图2所示，然后在房屋的上部点位布置反光片进行监测。

4 监测点布设与保护

4.1 竖向位移监测网布设

竖向位移监测控制网应和工程高程系统保持一致，应当与之形成闭合、附合或结点网，基准点应该确保3个以上，如果基准点与监测的工程距离较长，造成监测工作不便捷，可以布设工作基点。

基准控制网是由基准点和工作基点所构成的，竖向位移监测网则是由基准点、工作基点和变形观测点所构成的。最常用的监测路线采用闭合往返、附合或环线闭线路，而且每一次监测都应将工作基点监测包括在内。

4.2 竖向位移控制点布设及保护要求

竖向位移基准点和工作基点应该按照设计和规范要求的设置在相应的监测影响范围之外，基准点应布设在影响区之外通视条件方便、地质条件稳定的地方，而工作基点应在次要影响区之外。

布设水准基准点标石的埋设方法：基准点宜采用钻机钻孔，钻孔深度应钻至稳定土层为止，然后将钢管放入钻孔内，孔底用混凝土将其封堵，厚度宜为36 cm，基点底靴的厚度设置为1 m；然后用砖块砌筑壁厚24 cm、井深1 m、井底垫圈尺寸为37 cm×37 cm的保护井壁；井盖大多采用直径为80 cm的钢材；井口标高与地面标高宜保持一致；基准点外管直径为φ75 mm，内管直径为φ30 mm，基准点顶部应与井盖保持30 cm的间距，井底垫圈与基准点顶部的距离宜为70 cm。

4.3 监测点布设

4.3.1 地表沉降测点布设

地表沉降是反映基坑周边土体变化情况的最直观的监测手段，也是基坑的基本监测项目。测点按设计图纸要求布设，布设方法：对水泥地面一般使用冲击钻钻出直径15 cm的钻孔，然后放入长度0.8 m～1 m,φ20～φ30的钢筋，孔底浇筑混凝土固定，待凝固后用沙子回填，上部加盖φ140 mm的保护盖。

4.3.2 周边建筑物沉降测点布设

建筑物沉降监测点埋设标准如下：

1)在基坑开挖前应将建筑物沉降监测点布设完成，来确保施工过程监测数据的准确性。

2)该监测点大多采用L型沉降标，在建筑物的基础或墙体上使用冲击钻在拐角处钻孔，将环氧树脂胶置入孔内，然后L型沉降标携入孔中。

3)建筑物沉降监测点断面间距为10 m，横断面监测点间距15 m。

5 施工工况

根据基坑的相关设计要求、形状尺寸以及基坑所采用的支护等，对基坑开挖采用分层、分阶段的形式。基坑的施工过程包括：1)围护结构施工；2)基坑开挖支护；3)主体结构施工。依据相关规定和标准，将汽修厂站深基坑开挖分为5种工况，如表1所示。

表1 汽修厂站深基坑施工工况

6 监测数据分析

6.1 地表沉降数据分析

因测量数据十分庞大，本文仅选取临近周边建筑物附近的4个断面12个监测点数据进行分析，由于现场布设条件有限，本工程地表沉降点每个断面布设3个监测点，布设间距为2 m，5 m，8 m。选取的监测断面编号分别为DBC25-1～25-3，DBC26-1～26-3，DBC36-1～36-3，DBC37-1～37-3。各断面监测点时程曲线图见图3。

根据图3可以看出，随着基坑的开挖，各断面的地表沉降点的变化量均不断增大，且增长变化速率呈现为先急后缓的趋势，从图3还可发现每个断面的2号监测点是变化量最大的点，产生这种情况的主要原因是2号点位于主要影响区内，是地表沉降敏感区，因而产生的沉降量较大。选取的四组断面沉降量最大值分别为-18.020 36 mm,-18.569 01 mm，-9.756 79 mm，-14.536 20 mm。

与此同时，本文还对选取的四组断面监测点进行了另一种分析处理，研究了同一断面的各监测点，在距离基坑不同距离条件下，其沉降变化量的变化形式如图4所示。

根据图4所示的四组断面监测点分析图来看，随着基坑逐渐开挖，每个断面的监测点变化趋势基本呈现为“V”型，同一断面中的2号监测点沉降量是最大的。同时还可以看出，随着基坑深度的增加，各监测点基本上是逐渐沉降的状态，断面DBC36和DBC37在工况三、四、五出现沉降波动，可能是由于现场有材料堆积、大型吊装设备作业等，对数据产生影响。

6.2 周边建筑物数据分析

汽修厂站基坑周边主要对两座建筑物进行了监测，分别是基坑东侧的中凯石油加油站和基坑西侧的济南黄河医院。两栋建筑物根据相关要求，分别布设了5组监测点，中凯石油加油站布设的5个监测点分别为JGC1～JGC5，济南黄河医院布设的5个监测点分别为JGC6～JGC10，图5，图6是分别对中凯石油加油站和济南黄河医院的监测数据分析情况。

通过图5，图6可以看出，基坑周边建筑物随着基坑深度逐渐加深，其沉降量也随着不断变大，基本上所有监测点都发生了下沉现象，但是其变化速率基本平稳，说明现场施工流程合理，基坑开挖过程中，支撑架设及时，土压力释放不多；基坑开挖处于工况一和工况三阶段时，变化速率稍快一些，主要由于基坑深度增加，土压力释放增大；同时靠近基坑一侧的监测点发生的沉降量要比远离基坑的测点沉降量要大，中凯石油加油站沉降变化最大点是JGC4，其沉降值为-16.035 65 mm，济南黄河医院的沉降变化最大点是JGC8，其沉降值为-16.461 79 mm。

7 结语

通过对济南穿黄隧道工程汽修厂段基坑开挖时对周边环境的影响研究，对所得监测数据进行分析得到以下结论：

1)周边地表沉降随着基坑的开挖，其沉降变化量不断增大，变化速率呈现为先急后缓的趋势，同时最大沉降点出现在主要影响区内的2号监测点。2)随着基坑逐渐开挖，周边地表沉降每个断面的监测点变化趋势基本呈现为“V”型，断面DBC36和DBC37在工况三、四、五出现沉降波动。3)基坑周边建筑物随着基坑深度逐渐加深，其沉降量也随着不断变大，但其变化速率基本平稳，处于工况一和工况三阶段时，变化速率稍快一些，同时靠近基坑一侧的监测点发生的沉降量比远离基坑的测点沉降量要大。