124 路基工程 SubgradeEngineering 2016 年第 2 期 ( 总第 185 期 ) DOI:10.13379/j.isn.1003 8825.2016.02.27 深厚软土地区地铁车站工程深基坑开挖施工监测控制技术研究 古存军 ( 中铁二局第六工程有限公司, 成都 610031) 摘要 : 以杭州地铁 4 号线火车东站西广场地下空间连接工程 ( 官河站 ) 为典型案例, 该工程施工难度大, 安全风险高, 因此, 针对深厚软土地区地铁深基坑工程施工的监测及控制基坑变形工程措施进行探讨, 取得了施工过程中深基坑及周边环境安全可控的效果, 保障了工程的顺利进行 关键词 : 深厚软土地区 ; 地铁车站工程 ; 深基坑开挖 ; 施工监测 ; 施工控制措施中图分类号 :TU46 + 3 文献标志码 :A 文章编号 :1003-8825(2016)02-0124-05 0 引言城市地铁基坑工程, 具有形状复杂 面积大 开挖深 基坑安全等级高 开挖难度大等特点 如何保证超深软土地基深基坑开挖工程安全 [1], 已成为岩土工程界面临的一个新课题 软土中的深基坑开挖工程受到地下水 地质特性 周边环境等诸多因素影响, 风险性高 随着基坑开挖的加深, 土体的力学性能由于土压力状态转变, 即会引起围护结构和土体变形 [2-3] 目前, 对深基坑变形进行现场监控量测是确保地铁深基坑工程安全可靠的有效手段, 通过对基坑开挖过程中的支撑轴力 墙体位移 地表沉降以及基坑周边土体 管线 建筑物等实施监测 [4-5], 并及时分析反馈及采取有效措施, 可减少或避免基坑工程事故的发生 本文针对杭州地铁 4 号线官河站工程深厚软土层深基坑开挖过程中的基坑变形进行监测和采取的施工控制措施, 对一些关键技术进行研究 结构形式为双柱三跨钢筋混凝土框架结构, 主体基坑长 149 0m, 标准段宽度 21 9m, 盾构井段宽度 25 8m, 站台宽度 13 0m, 有效站台长度 120 0m, 基坑开挖深度达 34 3m 主体基坑围护结构采用深 58 0m 厚 1 2m 地下连续墙 西侧盾构井为双接收, 东侧盾构井为始发和接收 车站附属结构包含 6 个出入口 ( 公共区 5 个口, 设备区 1 个消防出入口 ) 及 2 组 6 个风亭 1 2 地层岩性及水文情况官河车站工程基坑剖面示意, 见图 1 1 工程概况 1 1 工程简介官河站工程位于杭州市城东新城西南侧, 官河北侧规划环站西路和公共绿地下方 站位北侧为在建的火车东站, 西北侧为小区, 西南侧为万家花园, 东南侧为汽配城 本站工程为地下四层岛式车站, 收稿日期 :2015-12-08 作者简介 : 古存军 (1964-), 男, 四川德阳人 高级工程师, 主要从事地下工程施工方面的工作 E mail:358660795@ qq com 图 1 官河车站工程基坑剖面示意 ( 单位 :mm) 官河车站工程平面布置, 见图 2
古存军 : 深厚软土地区地铁车站工程深基坑开挖施工监测控制技术研究 125 图 2 官河车站工程平面布置 ( 单位 :m) 工程位于杭州市软土地区, 工程地质情况自上作的重点, 监测时间为 2012 年 9 月 ~2013 年 12 月而下依次为 :5m 杂填土层,13m 粉砂及砂质黏土 31 日 本工程自 2011 年 12 月开始围护结构施工, 层,25m 流塑状淤泥质黏土及黏土层,10m 圆砾石 2012 年 6 月份施工完成 2012 年 9 月份正式开始土层,3~5m 强风化及中风化凝灰岩层 围护结构地方开挖及支撑架设施工,2012 年 10 月份开挖至 18 下连续墙深入中风化凝灰岩层 2m m 位置开始逆作楼板施工,2013 年 3 月 30 日开挖见地下水主要包含潜水及承压水, 潜水赋存于粉底, 开始底板及顺作结构施工,2013 年 12 月底完成砂及砂质黏土层, 地下水位为地下 3m; 承压水赋主体结构施工 在围护结构施工完毕后, 破除导墙, 存于圆砾石层中, 水压极大, 水头高为地表下 5m 施工冠梁, 然后开始开挖浅层土体, 浇筑第一道钢 1 3 设计基坑变形控制措施筋混凝土撑 围护结构设计采用深 58 0m 厚 1 2m 地下连开挖方式为分层分段开挖, 基坑开挖按平面每续墙 基坑开挖范围内纵向设置 1 道混凝土支撑及 6 18m 2 一个单元, 共分 8 个单元, 竖向 4 层结构分为道钢支撑 ; 负二层及负三层底板逆作形成板撑 ; 楼 14 层土方开挖, 每个结构层为 3~4 个开挖土层, 按板逆作位置位于淤泥质黏土层中, 采用旋喷桩抽条照每层高度不超过 3m 及开挖至支撑以下 50cm 位加固, 既提高土体强度也对墙体起到支撑的作用 置及时架设支撑 开挖至逆作楼板底面位置施作楼 1 4 施工情况板的原则进行分层 基坑开挖及主体结构施工为本基坑工程监测工深基坑施工分层分段示意, 见图 3 图 3 深基坑施工分层分段示意 2012 年 9 月 5 日开始开挖基坑 第一次开挖从左侧单元一和右侧单元八同时开始, 开挖土层为第一第二层, 逐渐开挖至深度 5 5m,9 月 6 日开始单元二的第一次开挖, 逐渐开挖深度至 5 5m, 然后从左至右开始单元三 单元四 单元五逐渐开挖至 5 5 m, 同时, 右侧开始单元七的开挖逐渐至 5 5m, 八个单元完成后, 本层全部完成后已开挖至第二道支 撑下 0 5m, 架设第二道支撑 ( 钢支撑 ), 施加预应力, 然后再重复以上开挖顺序 2012 年 10 月 7 日开挖至 18 0m 深, 基坑变形较明显, 开挖面已处于淤泥质黏土层 ( 坑内已加固 ), 立即停止该单元开挖, 施作逆作负二层楼板, 以控制基坑变形 待楼板强度要求达设计强度后, 再进行下层土方开挖及支撑架设, 依次循环直至开挖至基坑底, 施作接地网
126 路基工程 SubgradeEngineering 2016 年第 2 期 ( 总第 185 期 ) 底板垫层 防水 浇筑底板混凝土, 侧墙 中柱等 2 施工监测根据 建筑地基基础设计规范 (GB50007 2011), 官河车站工程基坑环境保护安全等级为一级, 基坑变形控制等级为二级, 围护墙顶最大水平位移 0 20%H(H 为基坑开挖深度 ) 且不大于 50 mm, 地表最大沉降 0 15%H 2 1 监测方案根据该工程监测技术要求和现场施工具体情况, 监测方案按以下要求进行 : (1) 以基坑施工区域周围 2 倍基坑开挖深度范围内的建筑物 地下管线 周边土体和基坑围护结构本身作为本工程监测及保护的对象 ; (2) 基坑周边 20~30m 以内的土体地面沉降能比较明显地反映出基坑围护结构的变形情况和周边环境受基坑影响变形趋势 故基坑周围垂直基坑走向要布设若干组地表沉降监测断面 ; (3) 监测过程中, 采用的监测方法 监测仪器及监测频率符合设计和规范要求, 能及时 准确地提供数据, 满足信息化施工的要求 ; (4) 监测数据的整理和提交, 应满足现场施工及建设单位的要求 工程以基坑围护施工和开挖施工为监测工作的重点, 并根据施工工况, 适当加密监测频率 : 当开挖深度达 12m 以上时, 地表沉降 周边建筑物变形 围护墙顶水平位移和竖向位移及支撑轴力的监测频率增加一倍即 2 次 / 天, 以加强这些项目的监控力度, 确保工程和施工人员的安全 2 1 1 监测项目及测点布置该工程监测内容包含两个方面 : 对支护结构体系进行保证基坑开挖安全所必须的变形监测以及对基坑影响范围内的重要构筑物进行变形监测 监测工作采用整体布设 分级布网的原则 即首先布设统一的监测控制网 ( 利用测量控制网点 ), 再在此基础上布设监测点 ( 孔 ) 监测项目及测点布置, 见表 1 表 1 监测项目及测点布置 监测项目围护结构水平位移围护结构墙顶水平位移及沉降坑外土体变形周边房屋地下管线沉降地表沉降围护结构内力支撑轴力立柱桩沉降地下水位 监测点布设位置地下连续墙钢筋笼内部, 测点间距 10~20m, 深 58m 沿冠梁布置, 测点间距 20m 坑外距连续墙 5m 位置, 测点间距 20m 基坑 60m 范围内周边民房, 房屋墙体四周布置沿管线布置, 测点间距 10~15m 基坑周边地面, 每 20m 一断面, 每断面 5 个点地下连续墙钢筋笼, 测点间距 10~20m 支撑体系, 测点水平间距 20m 型钢立柱顶部坑内 坑外土体内, 测点间距 20m 2 1 2 监测频率及设备要求监测点布置及监测频率严格按照设计要求执行, 施工过程或时间 连续墙顶位移和沉降 连续墙和土体水平位移 表 2 各施工过程或时间段监测频率 地下水位 具体监测频率, 见表 2 监测仪器及精度要求, 见表 3 连续墙内力 支撑轴力 土压力 立柱桩隆沉坑底隆起地表沉降 施工前 3 次 3 次围护结构施工 1 次 1 次 /1d 地基加固降水 1 次 /2d 1 次 /3d 开挖 h 5m 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 开挖 5<h 10m 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 开挖 h>10m 2 次 /1d 2 次 /1d 2 次 /1d 2 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 2 次 /1d 垫层底板结束 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 底板施工后 1~7d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /1d 1 次 /2d 1 次 /1d 底板施工后 8~15d 1 次 /2d 1 次 /2d 1 次 /2d 1 次 /2d 1 次 /2d 1 次 /2d 底板施工后 16~30d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 底板施工后 31~180d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d 1 次 /3d
古存军 深厚软土地区地铁车站工程深基坑开挖施工监测控制技术研究 ７ 表 ３ 监测仪器及精度要求 监测项目 监测对象 监测仪器 监测精度 围护结构墙顶 水平位移和沉降 基坑外侧 连续墙内 全站仪 中误差 ３ 围护结构墙体 水平位移 连续墙体内 连续墙内侧斜管 基坑周边土体 水平位移 基坑周边土体 土体测斜管 坑外地下水位 基坑外侧 水位计 支撑轴力 连续 墙内力 土压力 各典型断面 频率读数仪 Ｓ Ｆ 立柱顶 精密水准仪 中误差 ３ 坑底土体 精密水准仪 钢支撑 全站仪 基坑周围地表 精密水准仪 基坑内测 水位计 立柱桩沉降 坑底隆起监测 钢支撑绕曲 基坑地表 建筑 物 管线沉降 坑内地下 水位监测 监测结果及分析 开挖至 ８阶段 时 根据监测方案要求 开 当基坑开挖至 图７ 年 月 日 月 ７日立柱桩回弹量监测曲线 从图 ４ 图 ７可知 地表 建筑物 管线和立柱 的沉降随着开挖深度的增加 地表 建筑物 管线 的沉降量和立柱桩的回弹量逐渐增大 月 日 当开挖近 ４深度时 部分地表 点 管线点沉降更加明显 与以前数据比较 地表 沉降速率变化明显 变化速率较大 且带动立柱桩 下沉产生突变 表明随着土方开挖深度加大 引起 周围土体大变形 产生较大的应力传递给基坑支护 体系 同时降水过快导致土体有效应力增加 进一 步影响立柱桩下沉 月 ７日后 基 坑 端 头 ８单 元 位 置 开 挖 至 ８ 地表 建 筑 物 管 线 的 沉 降 速 度 有 加 快 趋 势 始增加监测频率 连续墙墙体位移 墙顶水平位移及 立柱桩的回弹量在 月 日随土体突变下沉后也明 沉降 坑外地表沉降 坑外水位 支撑轴力等主要监 显增大 因此 立即采取如下应对措施 测项目频率调整为每天监测两次 进一步加强监控 地表 建筑物 管线和立柱监测曲线 见图 ４ 图 ７ 减慢降水速度 减少降水量 ８单元位置 立即施作逆作楼板 相邻单元减少取土量 及时增加支撑 减 少无支撑暴露时间 并严禁超挖 必要时进一步增 加监测频率 严加关注主控项目的沉降变形 适当 调整开挖进度 在保持总进度不变的情况下 增加 开挖时间 减少单位时间出土量 给予土层足够的 应力重新分配时间 避免沉降变形突变波动 确保 图４ 年 月 日 月 ７日地表沉降监测曲线 施工安全 ３ ８单元下层土方待逆作楼板强度达到设计 强度后再进行开挖 通过采取上述措施 月份共计沉降 月份地表 建筑及管线沉降累计变化值 最大为 日均不足 立柱回弹值指标最 大为 至 月份接近 指标变化均未超过设计要求 表明基坑周围地 图 年 月 日 月 ７日建筑物沉降监测曲线 表沉降 建筑物沉降 管线沉降 立柱回弹指标变 化趋于稳定 逆作板下 ８ ３ ４开挖阶段 月份 ８单元负二层楼板强度达到设计强度 后 开始进行下层土方开挖 直至 日 ８单元开挖见底 ７单元开挖深度为 ３ 其他 开挖深度达到 该开挖阶段地表 建筑物 管 图６ 年 月 日 月 ７日管线沉降监测曲线 线和立柱的沉降曲线 见图 ８ 图
路 基 工 程 ８ Ｓｂ Ｅ ６年第 期 总第 ８ 期 站工程的软土深基坑开挖 施工难度大 环境控制 要求高 没有全面的施工方案和详细的技术安全措 施 就很可能造成重大工程事故 给人们的生命财 产带来巨大损失 本工程基坑施工的成功经验证明 制定科学合理 切实可行的基坑施工方案 按设计和有关规范要求 根据工程现场实际 紧紧 图８ 年 月 日 日地表沉降监测曲线 依靠现场观测数据 加强各类监测数据的分析和对 进一步施工措施的指导作用是取得工程施工成功的 保证 基坑土方开挖采取竖向分层 纵向分段 横向分块的开挖方法 逐步开挖是保证工程施工成 功的关键 ３ 随着基坑开挖深度的增加 会引起土体过 大变形 当周边土体沉降变形较大时 减小每次出 图 年 月 日 日建筑物沉降监测曲线 土量 充分利用土体时空效应 给予土体足够的应 力释放重分配时间 科学确定各工况 各分块开挖 深度 及时架设内支撑和施加预应力 严格控制轴 力 并快速封闭基坑底板 缩短坑底暴露时间和范 围 能够保证基坑稳定 ４ 降水过程视开挖进度而定 有效控制降水 速度 减小土体有效应力的增加速度 能够防止土 图 年 月 日 日管线沉降监测曲线 体过快沉降和过快隆起 对于超深基坑 采用逆作楼板来形成板撑 的措施对于控制基坑变形 保证基坑稳定起着重要 的作用 参考文献 Ｒ 龚晓南 基坑工程实例 Ｍ 北京 中国建筑工业出版社 ６ 图 年 月 日 日立柱桩回弹量监测曲线 陈浩 梅国雄 李治 基坑土体侧向卸荷条件下的变形性状研究 Ｊ 合肥工业大学学报 自然科学版 ３ ３ ７ 从图 ８ 图 可知 在本方案的组织实施下 Ｃ Ｈ Ｍ ＧＸ ＬＺ Ｄ 随着开挖深度的增加 地表 建筑物 管线的沉降 ｐ ｗ Ｊ Ｊ Ｈ Ｕ ｖ ｙ 基本稳定增加 地表沉降达到 ８ 左右 变化 Ｔ ｙ Ｎ Ｓ ３ ３ ７ ４ 建筑物和管线沉降达到 ６ 速率为 左右 日均变化 ３ 且变化速率较为稳 ３ 王长虹 超深地下连续墙槽壁稳定性数值分析 Ｊ 上海应用技术学院 学报 自然科学版 ３ Ｗ ＣＨ Ｓ ｂ ｙ ｙ ｘ ｙ ｐ ｐ ｗ 定 未超过设计要求的 立柱的回弹量总 Ｊ Ｊ Ｓ Ｉ Ｔ ｙ Ｎ Ｓ 体来说在增加 而且波动相对较大 最大回弹量达 ３ 到 ３ 左右 东南侧民房最大沉降点 Ｊ ＣＪ ４的 ４ 黄宏伟 岩土工程中位移量测的随机逆反分析 Ｊ 岩土工程学报 ７ ３ ６ ４ 累计沉降量为 ６ 但根据不均匀沉降差计 Ｈ ＨＷ Ｓ ｖ ｂ ｋ ｙ ｐ 算所得该点所处的二层建筑最大倾斜率为 Ｊ Ｃ Ｊ Ｇ Ｅ ７ ３ ６ ４ 处于规范规定的 ３ 的允许值范围内 说明 在该施工过程中基坑及周边环境安全可控 陆培毅 顾晓鲁 钱征 等 天津港务局综合业务楼深基坑支护与监测 Ｊ 岩土工程学报 ３ ３ ３ ３ ７ ＬＰＹ ＧＸＬ Ｑ Ｚ Ｄ ｐ ｐ Ｔ ｊ ｐ ｐ ｂ Ｊ Ｃ Ｊ Ｇ ３ 结论 在复杂地质和外部环境条件下 杭州地铁官河 Ｅ ３ ３ ３ ３ ７ 下转第 ３ ３页
徐 涛, 等 : 桥台桩基施工对邻近地铁区间隧道的影响分析 133 InfluenceAnalysisofAbutmentPileConstructiononNeighboringMetroTunnel XUTao,WANGKai,JIANGYulong (CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan430056,China) Abstract:BasedontheconcurentconstructionsituationofminingtunnelofWangzongSectionofWuhan MetroLine3andviaductofLongyangRoad,anumericalsimulationonthewholeconstructionprocesof abutmentpilefoundationsofviaductnearthemetrotunnelwascariedouttoidentifytheinfluenceofabutment pilefoundationconstructionforviaductoflongyangroadontheinitialsupportstructureofmetrominingtunnel withinitialsupportcompleted.andappropriateprotectionandcontrolmeasuresweretakenforthetunnel structuretomeetsafetyrequirementofconcurentconstructionoftheviaductabutmentpilefoundationandthe metrominingtunnel. Keywords:abutmentpilefoundationconstruction;neighboringmetrotunnel;numericalsimulation; protectivemeasures 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ( 上接第 128 页 ) ResearchonMonitoringControlTechnologyofDeepFoundationPitExcavation indeepsoftsoilsubwaystationproject GUCunjun (ChinaRailwayErju6thEngineeringCo.,Ltd.,Chengdu610031,China) Abstract:TakingundergroundspaceconnectionprojectofEastRailwayStation(GuangheStation) of HangzhouMetroLine4asthetypicalexample,theprojectconstructionisdificultandthesaferiskishigh. Therefore,themonitoringofdeepfoundationpitofmetroindeepsoftsoilareaandcontrolmeasuresfor foundationpitdeformation werediscused. Theresultsshow thatdeep foundation pitand surounding environmentaresafeandcontrolable,whichensuresthesmoothprogresofproject. Keywords:deepsoftsoilarea;subwaystationengineering;deepfoundationpitexcavation;constructionmonitoring; constructioncontrolmeasures