箱涵施工过程中深基坑风险监控措施研究

史旭东

（青海省海南天和路桥工程有限公司）

1 引言

顶进箱涵法是在下穿既有铁路桥梁施工中一种主要的施工方法，但是因地理位置、地层地质情况等不同，在现场施工中不可避免地会引起地表及路基的位移和沉降，存在着一定的风险。如箱涵施工上部路基塌陷、工作坑坍塌、路基大面积沉降等，这样不仅会延误施工工期、加大投资费用，更有甚者会危及人民的生命安全[1]。因此，箱涵施工过程中深基坑风险监控及规避就显得尤为重要。

2 工程概况及施工方案

2.1 工程概况

某国道与既有铁路正交，采用箱涵下穿铁路的方式。框架结构采用分离式箱身下穿铁路，下穿段道路长度为38m。箱涵框架总宽度为49.9m，框架主体采用C40钢筋混凝土，框架顶板顶面距既有线路轨底距离为0.94m。箱涵工作坑设在铁路东侧，工作坑及后背采取钻孔灌注桩作为围护结构，工作坑内采用管井降水。

下穿既有铁路箱涵顶进工程所处地段基础结构很复杂，场地所在地貌单元为长江河口冲积平原，底层结构形式黏性土、粉性土、砂性土。

工程特点是既有线施工，施工中对营业线产生重大的影响，但不能中断既有线行车，确保既有线的行车安全成为控制的首要任务。同时，工期紧、施工条件差、地质复杂、安全风险高，涵洞顶进施工是本工程的重点控制性工程。

2.2 施工方案

箱涵下穿顶进施工是一项复杂的工程，地理条件不同则施工工艺也不尽相同。根据箱涵预制及顶进的具体状况，结合工程地质、水文条件及工程特点，制定的工程施工方案为：测量放线→工作坑开挖→滑板、锚梁及后背梁施工→框架桥箱身预制施工→既有线路加固→便梁支墩施工→便梁安装→开挖路基及路基防护→钻孔桩及系梁、既有涵洞凿除→地基加固→顶进滑板施工→顶进施工→基坑、过渡段回填、恢复线路[2]。

其中，测量放线以现有的导线控制网为依据，工作坑采用机械明挖施工，工作坑滑板及锚梁混凝土要求振捣密实，框架桥箱身在预制前一定要做好测量定位工作，在顶进过程中的既有线路加固采用D24型便梁，便梁支墩施工包括钻孔桩施工和系梁施工，便梁架设前先对既有线上的长轨进行应力放散，既有路基采用挖掘机开挖（开挖面外侧按1：0.75放坡），钻孔桩及系梁、既有涵洞凿除拟采用220破碎锤凿除，箱身基底采用高压旋喷桩处理（处理顺序为A→B→C→D箱箱底），在地基加固范围内施工20cm厚C20钢筋混凝土顶进滑板，顶进施工前在顶进箱身两侧设置导向墩（顶进过程中先进行顶力计算合格），顶进箱身顶进就位后立即进行道床及箱身两侧的回填。

3 箱涵施工过程中深基坑风险监控

3.1 监测目的及要求

基坑是用来建筑建筑物的基础，是框架桥预制和顶推的场所[3]。基坑工程是一项综合性很强的系统工程，在箱涵下穿既有路线施工顶进过程中，工作基坑的开挖改变了基坑内外土体的状态，土压力状态的改变引起周围土体的变形，一旦沉降和变形超出了允许范围，表现为深基坑底部土体的隆起、周围土体的变形及沉降等，都将会引发重大的工程安全问题。所以，为防止引起周围邻近建筑物的倾斜和开裂甚至倒塌，保证工程的顺利进行，是深基坑监测的主要目的及要求。

3.2 监测内容及方法

3.2.1 监控内容

为了确保工作基坑施工的顺利进行和基坑周围邻近建筑物的安全，依据相关规范、图纸要求，确定基坑监测的项目。如，本工程通过各12点支护桩分别对支护桩顶水平位移、支护桩顶沉降进行监测，通过10点铁路进行铁路线路沉降监测[4]。

3.2.2 监控方法

1）测点布设

一般将观测基准点设在变形区域以外，场地要求平稳，且安装在高于地面20cm的C30混凝土现浇而成的基点标墩上。同时，根据现场实际情况和工作时的便利，基坑周围既有路线的沉降等观测点采用钢制观测标志。

2）水平位移观测

本次水平位移观测的是基坑支护桩位移，监测设备采用型号为FTS532的全站仪。通过选择两个控制点，采用三角放样法确定3个测量基准点（见图1）。在基坑开挖前采集坐标点初始值，开挖全过程进行跟踪监测[5]。

为确保测量精度的要求，观测前应按技术要求对测量仪器进行检验和校正，同时为避免因人、机等主客观因素造成误差，观测时应采用固定测量人员、测量仪器和测量线路的标准。

3）沉降观测

本次沉降观测根据基坑监测项目及工作量表进行，主要有基坑围护墙顶部、周围的既有下路、周围地面的沉降。沉降观测仪器采用的是精密几何水准仪，本次监测设备使用型号为FTS532的全站仪。每次观测前，检查仪器的完整，观测过程中真实记录观测数据，观测数据按照相关规范执行。同时为避免因人、机等主客观因素造成误差，观测时应采用固定测量人员、测量仪器和测量线路的标准。

3.3 监测频率和警戒值

3.3.1 监测频率

项目监测频率根据基坑工程等级、所处地质条件等不同而变化，当监测值相对稳定时，就可以适当的降低监测频次，反之为了全面把控整个工程的变形和沉降，需增加监测频率。本基坑工程等级为一级，开挖后基坑及支护结构的监测频率须符合一级要求。同时，当出现监测数据达到报警值、在监测过程中发现了未勘测到的不良地质条件、基坑周围附近地面荷载突然增大或超过设计限值、基坑周边地面出现突然较大沉降变心或者严重开裂及塌陷等以及其他影响基坑及周边环境安全的异常情况时，就要提高监测频次并向相关单位报告监测结果[6]。

3.3.2 警戒值

根据报警值确定原则，并参考有关规范与标准，警戒值设置为：

①桩顶水平位移、桩顶沉降累计值分别≧30mm、20mm时，变化速率分别为5mm/d、3mm/d时；

②沉降累计值20mm时，变化速率为2mm/d时。

3.3.3 报警

如果监测的数据达到了报警值、基坑支护结果出现的变形过大和压屈等情况时，必须马上报警；当情况比较严重时，必须马上停止施工。

3.4 数据处理与信息反馈

3.4.1 基本要求

监测操作人员或者监测分析人员都应有测量的工程实践经验。其中，施工现场的监测操作人员应能熟练地操作仪器，认真操作并真实记录监测数据，监测数据的记录表使用正式的监测记录表格，对监测数据的真实性负责；监测分析人员应具有岩土工程与结构工程的综合知识，应能准确的判断现场的真实情况，结合自然环境、地质条件和工程概况等所有的影响因素，分析数据的真实性，对监测报告的可靠性负责。

外业观测值和记事项目，必须在现场直接记录于观测记录表中，并有测试、记录人员签字。现场的监测资料应当天的监测数据应当天整理，监测成果应包括当日报表、阶段性报告、总结报告。监测数据记录表格中应有相应的工程概况描述，报表应按时报送。

3.4.2 报表报告

当日报表应包括监测当天天气和施工阶段及现场工况，真实的每天巡视检查记录，对达到或者超过监测报警值数据的原因分析及建议等内容。同时，应标明工程名称、监测单位、监测项目与时间、报表编号等。此外，当日采集数据应当日处理完成并于次日以书面形式交给监理。

总结报告应包括工程概况、监测依据、监测项目、监测报警值及各监测项目全过程发展变化分析及整体评述等。

4 监控结论

基坑桩顶监测点水平位移、基坑桩顶监测点竖向位移、基坑周边线路沉降成果分别如图2~4所示。

图2 基坑桩顶监测点水平位移图

图3 基坑桩顶监测点竖向位移成果图

图4 基坑周边线路沉降成果图

由图2~4可知，施工过程中基坑桩顶及铁路路基监测点位移包括基坑桩顶监测点水平位移、基坑桩顶监测点沉降、铁路路基监测点沉降在整个施工过程中变化不大，都在允许范围之内（＜10mm），未超出报警值。箱涵顶进过程中，因不同顶进距离处箱涵周围土体性质和固结程度不尽相同，导致随着顶进距离增大，箱涵前端不断的向右和向下偏移，向右、向下累计偏移量分别为5.6cm、5.8cm，总的变化量相对较小，整个顶进过程较为顺利。