成都東站合建中超大深基坑監(jiān)測技術研究

1、成都東站合建中超大深基坑監(jiān)測技術研究【摘 要】在四川成都東站國鐵地鐵合建工程中，由于地質情況及周邊環(huán)境復雜，因此，對基坑施工監(jiān)測提出安全等級要求較高。針對這一要求，結合工程實際情況對基坑監(jiān)測技術進行了研究并采取了相應的技術措施，最終達到要求，保障了列車的安全運營?！娟P鍵詞】國鐵地鐵合建 超大深基坑 監(jiān)測 安全系數(shù)1 工程概況 四川成都地鐵沙河堡站是地鐵 2、7 號線的換乘站，車站位于新建國鐵成都東客站下。地鐵 2、7 號線呈“十”字交叉，7號線車站為地下 3 層島式車站，底板為軌道面，地下 2 層中板與 2 號線軌道面交叉，地下 1 層為國鐵西站房（以下簡稱西站房）大廳。地鐵 7 號線車站采用

2、 3 層三跨的鋼筋混凝土結構，其中地下 1 層為西站房國鐵大廳，建筑總高 16.73m，長度 186 m，寬度 28 m。地下 3 層凈高 7.65 m，地下 2 層凈高 6.97 m。中板及底板自 X向 A 軸線方向 2%結構找坡，基礎底板 1.2 m 厚，中板厚度 0.4 m 與地鐵 2 號線相連板厚0.7 m，剪力墻地下 3 層墻厚 1.0 m，地下 2 層墻厚 0.8 m，內柱尺寸 1 m0.8 m，縱向梁截面 2 m 寬0.9 m 高，橫向0.8 m 寬0.7 m（圖 1）。 地鐵 7 號線圍護結構采用圍護樁加鋼支撐體系完成，圍護樁按照使用功能分為普通圍護樁、立柱樁、玻璃纖維樁 3種

3、。基坑：7 號線地鐵基坑從西站房國鐵 -13.8 m 底板標高至 -31.238 m 垂直開挖，巖層 -13.8 m -20.5 m 為中風化泥巖，-20.5 m 基底為弱風化泥巖，基坑長度 196 m，寬度34 m。支撐體：系采用圍護樁及兩道鋼結構支撐，圍護樁共計 244 根，玻璃纖維樁 16 根，立柱樁 36 根，樁徑 1.2 m，樁長20.5 m，土面開挖至基底樁嵌入泥巖深度不少于 3.5 m，水平鋼支撐共計 106 根，斜支撐 48 根。樁間土面采用 120 mm厚，8150 mm 網噴混凝土組成。 普通圍護樁主要是為滿足基坑開挖過程中對土體側壓力支撐及為鋼支撐提供支撐點；立柱樁的主要

4、作用是因基坑跨度較大，以增加鋼支撐體系的整體剛度；玻璃纖維樁的主要作用是提供盾構區(qū)間連接預留（圖 2、3）。2 基坑地質 本工程基坑開挖面積大、施工影響范圍大，且一直保持正常運營的既有成昆鐵路從基坑中部橫穿而過，周邊環(huán)境情況復雜，屬于復雜條件下的深、大基坑工程。若基坑工程出現(xiàn)破壞，將會帶來嚴重的后果。所以，本工程的安全等級為一級（最高等級）。因此，根據國家標準建筑邊坡工程技術規(guī)范（GB 50330-2002）和建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ 120-99）的規(guī)定，必須對本工程進行嚴密的施工動態(tài)監(jiān)控。 在基坑開挖深度范圍內依次分布有人工素填土、人工雜填土、軟土、成都黏土、粗圓礫土、粉土、粉質黏土、

5、中砂、泥巖等土層。其中成都黏土、黏土、礫石土、泥巖等有弱中等膨脹性，且局部有強膨脹性。泥巖質軟，遇水易開裂，節(jié)理發(fā)育，屬于典型的工程性質不良的地基土。3 基坑監(jiān)測技術研究與應用3.1 車站監(jiān)控量測項目（圖 4、圖 5） 車站監(jiān)測主要項目包括:圍護結構水平位移、土體側向變形、圍護結構變形、孔隙水壓力）圍護結構側土壓力、地面沉降、地下水位、支撐軸力、橫撐變形、鋼筋應力、對采取臨時懸吊的管線、既有鐵路線路沉降變形和降水試驗。3.2 監(jiān)測依據 根據相關規(guī)范、規(guī)程、計算資料及類似工程經驗制定本工程監(jiān)測警戒值如下： （1）位移報警值：位移40 mm（周邊無建筑物、支撐和地下管線）； 位移20 mm（周邊有

6、建筑物、支撐和地下管線）； （2）沉降報警值： 沉降30 mm（周邊無建筑物、支撐和地下管線）； 沉降20 mm（周邊有建筑物、支撐和地下管線）； （3）土壓力報警值為設計土壓力值的 2 倍（考慮到因支護橫撐作用產生的局部壓力集中現(xiàn)象）； （4）孔隙水壓力報警值為該處地下水位所產生的靜水壓力理論值的 1.11.2 倍。3.3 成都東站地鐵 7 號線深大基坑 P laxis 有限元模擬 Plaxis是歐美十余所大學聯(lián)合研發(fā)的巖土工程專用有限元軟件，程序應用性非常強，能夠模擬復雜的工程地質條件，尤其適合于變形和穩(wěn)定分析。目前已在歐美、亞太地區(qū)廣泛應用。該軟件能 提供 多 種 土體 本 構 關系 ，

7、如 TheMohr-Coulomb model、The Jointed-Rock model、Soft-Soil-Creep model和用戶自定義土體本構模型等。對土工常用結構形式如板、樁、墻、錨桿、路基、隧道等都可以實現(xiàn)模擬。3.3.1 模型建立 對于本基坑工程，可以用二維平面應變模型來模擬基坑的三維支護（圖 5）。以鋼管橫撐 HCZL7-1/7-2 處為計算截面。考慮到基坑周圍受到的荷載作用，在0.00 平面上預加10 kN 荷載，在 -18.8 平面上預加 10 kN 荷載作用。3.3.2 施工步驟 （1）每次開挖至下一根錨桿位置，進行錨桿和網噴施作。直至開挖至 -18.8 m 處；

8、（2）開挖至 -20.4 m 后，施作網噴和支護樁； （3）分別開挖至 -22.5 m、-24 m 后，施作樁間網噴； （4）開挖至 -26.4 m 后，施作樁間網噴；加第一排橫撐，預加應力 -550 kN； （5）分別開挖至 -29 m、-31 m 后，施作樁間網噴； （6） 開挖至 -32.4 m 后，加第二排橫撐，預加應力-900 kN； （7）分別開挖至 -31 m、-33 m、基坑底，施作樁間網噴。3.3.3 計算結果分析 （1）基坑變形及應力 從圖 6 圖 11可見，整個系統(tǒng)潛在滑移面在基坑上部邊坡處。正常情況下該處強度折減安全系數(shù)為1.488（計算曲線見圖14），滿足要求。且深基

9、坑范圍的安全系數(shù)大于邊坡處。 （2）橫撐軸力 從表 5 中可看出，上排橫撐 HCZL7-1 實測最大軸力713 kN，實測平均值為 364.4 kN，相對誤差為 0.49%；下排橫撐 HCZL7-2 實測最大軸力 486 kN，實測平均值為 231.7 kN，相對誤差為 17.1%。可見，有限元計算值與實測值吻合較好。 （3）土體水平位移（圖 12） 模型選取截面處土體測斜管編號為 TTCX7-2。土體最大水平位移的有限元模擬值為 26.30 mm，實測土體最大水平位移為 27.12 mm。從表 2 對比可知，土體最大水平位移相對有限元模擬值偏大 3.02%，但相差較小，模擬效果良好。 （4）

10、支護樁水平位移（圖 13） 模型選取截面處樁身測斜管編號為 ZSCX7-3。從表 7 對比可知，土體最大水平位移的有限元模擬值為 13.86，實測值為 12 mm，相對誤差為 15.5%。對比可知：樁身最大水平位移有限元模擬值相對實測值略大，模擬效果良好。 （5）安全系數(shù)計算 通過有限元強度折減法計算整體結構的安全系數(shù)如圖14。 通過有限元計算得出，7 號線基坑最危險開挖的兩個階段（即分別為施加第一和第二道橫撐之前）的整體性安全系數(shù)為 1.448，完全滿足工程要求，因此，基坑的開挖及支護均是安全、穩(wěn)定的。但需注意的是：在整個開挖過程中需注意減少可能對邊坡穩(wěn)定有干擾的可能因素，開挖過程中應即時監(jiān)

11、測邊坡水平位移及變形情況，一旦出現(xiàn)位移及變形過大或發(fā)展過快的情況，應加強觀測頻率并且及時報告，以便采取應對措施。 （6）特殊情況下安全系數(shù)計算 2009 年 9 月 11 日和 12 日，7 號線基坑地下一層出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，其滑移面與上述有限元模擬值吻合。這是由于邊坡在開挖后，邊坡頂部及其排水溝局部出現(xiàn)了裂縫，再加上失穩(wěn)前幾天連續(xù)的降雨，因雨量大、時間長，使得邊坡開始出現(xiàn)位移突然增大引起開裂，使得雨水經過裂縫流入坡體，使得土體自重增加、抗剪強度及粘聚力減小、滑動力矩增大和抗滑力矩減小。因此，安全系數(shù)慢慢的減小至臨界值 1 附近時，邊坡在潛在滑移面上產生了整體滑移。 為了驗證這個結論，這里運用 Plaxis有限元軟件對降雨情況對邊坡的影響進行了模擬驗證。由于降雨邊坡滲水的影響，內摩擦角直徑折減為原來的 72%，粘聚力折減為原來的折減為原來的 75%。由此計算出的安全系數(shù)為 1.001（圖15），非常接近于 1 的臨界狀態(tài)，由于雨水滲入邊坡，使得邊坡水平位移與豎直位移都突然增大（水平計算值為 33.68cm，豎直位移計算值為 23.84 cm，均遠遠超過了限值），如果再考慮邊坡進水對土重度的影響，滑坡推力會進一步增加，