四川地铁车站深大基坑支护动态监测控施工工法

'深大基坑支护动态监测控施工工法中铁**集团有限公司 1．前言随着现代化车站建设发展，城市之间无缝链接，实现“零”距离换乘的设计理念，地铁车站与火车站合建项目越来越多。该类工程显著特点是基坑开挖较深较大，基坑事故也时有发生，基坑的稳定性除满足工程施工要求外还需满足临近建筑物变形要求，选择合理的监测控手段进行数据分析掌握基坑动态，便于及时采取有效基坑加固措施，是十分必要的。拟建成都枢纽——成都东客站位于成都市东南方向成昆线的沙河堡车站，是拟新建成成绵乐/成西/成渝/成贵/成兰客运专线、成昆线、达成线和成都地铁二号线、七号线的换乘站。地铁二号线车站位于成昆线地下，为地下两层岛式车站，车站基坑长约500米，宽约30米，最深处约28米。地铁七号线位于二号线之下，与其呈“十”型交叉，长约195米，宽约30.6米，深约36米。2．工法特点地铁车站地下一层结合国铁地下站场同步开挖，地下二层设备层及地下三层站台层基坑坑槽深约18.0m垂直开挖。基坑支护结构采用泥浆护壁钻孔桩加内支撑的支护结构型式。泥浆护壁钻孔桩直径为1.2m，根据地质和支撑变化情况，桩间距分为1.8m和2.0m。围护桩的嵌入深度为3.5m；支护结构竖向设两道钢支撑。钢管支撑平均水平间距3.0m（2.4m～3.5m），支撑采用φ600（t=16mm）的钢管。围檩采用双拼I56a工字钢。支护桩之间加以网喷混凝土。基坑开挖深大，地下作业时间周期长、结构复杂施工人员多，基坑施工影响范围大，情况复杂，属于复杂条件下深大基坑工程。该工程的安全等级为一级。综上所述，本项目场地土质工程性质不良、地下水位高、深大基坑开挖影响范围大，且运营中的成昆铁路从基坑中部横穿而过，情况复杂。该工程安全等级应为最高等级，属于复杂工程条件下的深大基坑工程；需要进行全方位、全时段的监测。3．适用范围本工法适用于深度大于10m，临近既有铁路线的大中型客站基坑施工监测或环境要求严格的基坑施工监测。4．工艺原理4.1既有线路边坡监测控项目 土体侧向变形、孔隙水压力、地面沉降、地下水位和基底回弹。4.2地铁7号线深大基坑有围护结构基坑监测控项目围护结构水平位移、土体侧向变形、围护结构变形、孔隙水压力、围护结构侧土压力、地面沉降、地下水位、支撑轴力（含支撑变形）、钢筋应力和基底回弹。4.3按照规定的频率及时进行监测，对数据进行分析整理，与相应规范和设计值进行对比，对基坑安全作出结论，及时采取相应措施。基坑监测原理示意图15．施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程围护结构施工土方开挖第一道钢支撑施工土方开挖第二道钢支撑施工基坑开挖完毕土压力计、空隙水压力计、钢筋计、测斜管等预埋应变仪、钢筋计、传感器安装应变仪、钢筋计、传感器安装既有线路及沉降、裂缝观测点设置监测数据收集数据的分析处理边坡或支护体系调整施工工艺流程图25.2元件安装及操作要点 5.2.1测斜管测斜管对基坑边坡土体和支护桩本身的水平位移进行监测。监测仪器为高精度测斜探头，测点为沿测斜管0.5m间距一个测点。操作要点：埋入测斜管，应保持垂直，埋在桩体测斜管与钢筋笼应绑牢；测斜管有两对方向互相垂直的定向槽，其中一对要与基坑边线垂直；测量时，必须保证测斜仪与管内温度基本一致，显示仪读数稳定才开始测量；由于测斜仪测得的是两滑轮之间的相对位移，所以必须选择测斜管中的不动点为基准点，一般以管底端点为基准点，各点的实际位移是测点到基准点相对位移的累加。5.2.2钢筋计钢筋计的安装钢筋计焊接在钢筋笼主筋上，当作主筋的一段，焊接面积不应少于钢筋的有效面积。在焊接钢筋计时，为避免热传导使钢筋计零漂增加，需采取冷却措施，用湿毛巾或流水冷却。在开挖侧与挡土侧的主筋对应位置都安装钢筋计，钢筋计布置的间距一般为2-4m。钢筋计操作要点：做好钢筋计传感部分和信号线的防水处理；"仪器安装前必须做好信号线与钢筋计的编号，做到一一对应；钢筋计焊接必须保证质量；钢筋计安装好后，浇混凝土前测一次初值，基坑开挖前测一次初值；测数时，同时用温度计测量气温，考虑温度补偿。5.2.3土压力计土压力计的安装测量侧压力时，绑扎于钢筋上，接触面紧贴土体一侧。土压力计安装要点：根据施工经验，土压力计绑扎在围护结构的钢筋上，成功的机会不是很大，因为在浇混凝土时，难以保证混凝土不包裹土压力计。最好的安装方法还是在围护结构的外面钻孔埋设土压力计，并在孔中注入与土体性质基本一致的物质，填实空隙。5.2.4空隙水压计孔隙水压计的安装采用钻孔埋设法。安装仪器前，在选定的位置钻孔至所需测的深度，再将用砂网、中砂裹好的孔隙水压计放到测点位置，然后孔内注入中砂，以高出孔隙水压计30～50cm为宜，最后在孔内填入粘土，将孔封堵好。5.2.5水准仪和全站仪水准仪：在基坑施工中观测基坑围护结构的沉降；基坑周围地表、地下管线、四周建筑物的沉降；基坑支撑结构的差异沉降；确定分层沉降管、地下水位观测孔、测斜管的管顶标高。 全站仪：在基坑监测中观测临近既有线路、地下管线的水平位移；围护结构顶面及各层支撑的水平位移；测斜管顶的绝对水平位移。设置要点：测量控制点要安全，其位置不要设在变形、位移区内。5.2.6轴力计桩身测斜管土体测斜管轴力计横撑轴力计监测安装处横撑的轴力变化5.3监测时间和频率5.3.1监测时间基坑开挖前开始进行初读数监测，直至基坑回填完毕、主题结构满足抗浮和稳定要求时为止。5.3.2监测频率各元器件的监测频率如下表。监测项目监测频率围护结构水平位移开挖及回筑过程中每天一至两次，主体结构施工期间每三至七天一次土体侧向变形围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次围护结构变形围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次孔隙水压力围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次围护结构侧土压力围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次地面沉降围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每周两次地下水位围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次支撑轴力围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次支撑变形围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次， 主体结构施工期间每周两次钢筋应力围护结构施工及基坑开挖期间每一至二天一次，主体结构施工期间每三至七天一次既有线沉降变形1-2次一天5.4监测点平面布置图5.5部分监测数据结果统计及阶段分析 5.5.1东侧靠既有线路边坡位移和沉降七号线东侧各测点垂直于基坑坡面走向位移变化曲线七号线东侧各测点沿基坑坡面走向位移变化曲线     七号线东侧各测点沉降曲线监测过程中各测点最大位移量为17mm，最大沉降为13mm，皆在安全范围内。5.5.2TY7-1为例分析地铁7号线北面边坡土体位移 各深度土压力时程曲线监测期间各点土压力皆在一定范围内波动，多由降水及施工引起的土体情况改变影响，监测期内土压稳定土体安全。5.5.3地铁7号线支承轴力监测及分析     支撑轴力时程曲线 各支撑变化趋势基本一致；由于每根钢支撑在调整预加力过程中会造成整个维护结构的内力重分布；所有钢横撑轴力实测值均在设计值之内，到目前为止实测最大轴力约为设计轴力的1/3；下层钢支撑拆除后并未对上层支撑轴力造成明显变化。各钢横撑工作正常，测值在安全范围内。5.6监测结果总结5.6.1各位移沉降监测点普遍呈现前期测点变化幅度大、波动大，后期现对稳定的趋势,监测过程中各测点最大位移量为24mm，最大沉降为17mm，皆在安全范围内；5.6.2各测斜测点水平位移值与当地地势，土体条件，施工情况，气候多方面原因有关系，表现出不同的位移发展趋势；5.6.3七号线维护桩最大水平位移13.4mm。钢支撑施作后，各维护桩体水平位移基本稳定，维护桩在工作中与钢支撑形成整体受力体系，安全可靠；5.6.4各土压力及孔隙水压力测点测值变化不大，多与降水引起的水位升降及施工开挖土体变化有关，为正常现象，可认为测点所在地土体稳定安全；5.6.5监测过程中，七号线基坑钢支撑轴力上层最大测值906kN，为设计值的30.2%，下层支撑最大测值为1104，为设计值的31.4%。各钢支撑正常工作，安全可靠；综合检测结果显示，临近既有线路基坑采用1：1.5放坡开挖，1.5m深二级16间距200钉墙加Φ8间距200网喷混凝土支护。基坑受雨季影响较大。边坡坑-12.15m以上成都黏土（Q3eol）、黏土、圆砾土（Q2fgl+al）、粉土（Q2fgl+al）、全风化泥岩层受雨季影响较大，含水性强，透水性差，边坡容易垮塌，施工采取锚杆加固可有效阻止边坡垮塌。 -12.15m以下为弱风化泥岩，设计主要以土压力为依据采用围护桩加两层钢支撑设计，基坑设计偏于保守，以后类似施工可适当减少围护桩和钢支撑数量。6．材料与设备6.1监测材料设备表监测项目监测材料用量数量说明围护结构水平位移监测点（个）34土体侧向变形测斜管（m）40010*40m围护结构变形测斜管（m）28014根，每根长20m孔隙水压力水压力计（个）8010组，每组8个围护结构侧土压力土压力计（个）8010组，每组8个地面沉降监测点（个）88地下水位水位管（m）41020根，每根长20.5m支撑轴力（含支撑变形）轴力计（个）1542层，每层77个钢筋应力钢筋计（个）19614组，每组14个基地回弹监测监测点（个）5说明：（1）由全站仪、精密水准仪进行监测的沉降、水平位移、高程。（2）由振弦式读数仪、测斜仪、地下水位仪进行监测的应力、应变、轴力、地下水位、降水试验。7．质量控制7.1参照规范《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)7.2监测警戒值根据相关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定本工程监测警戒值如下：1）位移报警值：位移≤40mm（周边无建筑物、支撑和地下管线）；位移≤20mm（周边有建筑物、支撑和地下管线）；2）沉降报警值：沉降≤30mm（周边无建筑物、支撑和地下管线）；沉降≤20mm（周边有建筑物、支撑和地下管线）；3）土压力报警值为设计土压力值的2倍（考虑到因支护横撑作用产生的局部压力集中现象）；4）孔隙水压力报警值为该处地下水位所产生的静水压力理论值的1.1～1.2倍；5）钢筋应力报警值为设计最大弯矩换算的钢筋应变值； 6）土体及桩身侧向变形顶部水平位移报警值为4cm（周边无建筑物、支撑和地下管线等）和2cm（周边有建筑物、支撑和地下管线等）；7）水平位移速率和沉降速率报警值为lcm/d。当监测数据为预警值的90%时，应加强监测频率，注意测点及周边情况。当监测数据达到报警值时，应立即停止施工，在查明原因并采取必要的加固措施后方能继续施工。8．安全措施8.1成立监测小组根据工程大小设置人数，并设立组长，负责监测控的全面管理。焊接钢筋计时要有电焊工安装土压力计、孔隙水压计要钻孔时，需要成孔人员，各项配合活动必须符合项目统一安全管理，接受安全教育。8.2支撑轴力计加长引线有支护设计基坑一般多为二层以上支撑，每层设置轴力计，采集数据危险性大。现场采取加长引线全部采用在上部基坑边进行监测。9．环保措施9.1扬尘污染控制根据基坑进测控结果对基坑作动态评定，可以选择合理加固方案，减少土方开挖、回填工程量。9.2水源循环利用根据地下水位监测结果，地下水处于临界值时及时采取基坑降水措施，基坑周围设置集水坑。现场混凝土浇筑可以作为养护水使用。10．效益分析在基坑施工中，采用一定的监测手段，减少了施工的盲目性，及时发现施工过程中的异常并预警，保证基坑的安全施工。通过监测数据的搜集为基坑支护的动态设计提供了充分的依据。有效节省了基坑二次开挖成本。地铁7号线地下室超深基坑施工中，采用基坑监测方法进行信息化施工，确保了基坑的安全并进行动态设计，施工比计划13个月工期提前7个月封顶。11．应用实例 11.1成都东客站基坑监测1）土方开挖地铁7号线既有线路边坡2）地下结构施工地铁7号线既有线路边坡'