復雜環(huán)境下地鐵車站施工監(jiān)測與分析

復雜環(huán)境下地鐵車站施工監(jiān)測與分析

地鐵工程的車站建設通常采用地下法，環(huán)境復雜。由于周圍項目條件的復雜性，必須建造許多重要的建筑和建筑物。由此可能產(chǎn)生2類問題:一是地鐵施工過程需要基于統(tǒng)一的標準來進行安全與質(zhì)量控制,而統(tǒng)一標準的制定是基于一類構筑物或建筑物的特征,如果基于一般標準來控制關鍵區(qū)段的施工,一定程度上會造成長線地鐵施工過程中關鍵區(qū)段與基于共性的控制標準部分脫節(jié)的問題;二是地鐵施工過程中,如果根據(jù)一般設計標準控制,難以滿足基于地鐵功能設計的施工方案要求;如果基于一般的施工方案又無法滿足周邊重要構筑物的設計控制標準,一定程度上造成了城市建設中地下工程開挖與周邊已有重要構筑物的安全運營難以協(xié)同的問題。沈良帥運用FLAC3D對該類工程3種備選開挖方案進行了施工過程數(shù)值模擬分析和方案優(yōu)化。蔚立元等人分析了特定方案下3條隧道工作面后拱頂下沉量與相應掌子面距離逐漸增大時的變化曲線。徐中華研究了開挖對周邊建筑物的影響。李俊探討了位移、沉降與內(nèi)力大小及變化規(guī)律。鄭剛基于實測和建立三維有限元模型,研究了基坑開挖對臨近樁基產(chǎn)生的影響。本文對于前面所提出的城市中心隧道施工可能存在的2類問題,及其相應施工方案進行了研究。1基坑及基坑難點武漢地鐵2號線循禮門車站位于漢口解放大道與京漢大道之間的江漢路正下方,平行于江漢路布設。車站西端為解放大道及循禮門下穿地道,東端為京漢大道和已建成的輕軌1號線,本站為軌道交通2號線車站,與已建成的輕軌1號線江漢路站換乘。車站為標準地下兩層車站,地下一層為站廳層;地下二層為站臺層。起止點樁號為CK10+658.000~CK10+841.000,總長183.114m,標準段外包30.5m。主體結(jié)構頂板覆土厚度2.42~5.26m左右,底板埋深20.5m,基坑底位于粉砂層(4-1)和粉細砂層(4-2)上,潛水水位在地面以下0.5~2.0m。站臺為地下兩層島式站臺,車站總建筑面積約為13463.3m2。擬建場區(qū)地勢平坦,原始地貌屬長江沖積一級階地,地層自上而下描述如下:雜填土,層厚0.8~4.2m;粘土層,層厚3.6~11.5m;粉質(zhì)粘土,厚度6.4~8.0m;淤泥質(zhì)土,層厚1.2~3.6m,呈透鏡狀;粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層,厚度2.2~7.2m;粉砂,厚度4.7~10.0m;粉細砂,厚度15.7~25.4m;粉質(zhì)粘土層一般厚約2.0~3.0m,最大可達5.6m;含礫中粗砂,厚度1.3~3.5m,底板埋深約在47.0~50.0m間;礫卵石,厚度0~3.8m,分布不連續(xù),埋深在47m以下;砂礫巖,厚度0.4~0.8m,埋深49.5~52.1m;泥巖,基巖頂板高程為-28.1~-24.3m,埋深49.1~51.8m。循禮門車站離武漢輕軌兩側(cè)最近距離分別為1.25m和2.38m。二橋墩截面3.8m×4.2m,下部4根48m摩擦樁,樁徑1.2m。車站施工中,地鐵車站圍護結(jié)構與輕軌橋墩的位置及蓋挖段加固方案如圖1、圖2所示。2武漢地鐵關鍵施工地段監(jiān)測方案施工監(jiān)測是信息化施工的重要組成部分,對于復雜環(huán)境下的關鍵施工區(qū)段尤為重要?？梢苑治鲕囌鹃_挖周圍土體在施工過程中的變形特征,明確工程施工對原始地層的影響程度及其潛在風險;可以分析圍護樁及支撐的受力變形情況,并進一步進行穩(wěn)定性分析;可以及時分析施工方法的實施效果,反饋相關信息,對開挖、支護參數(shù)進行及時調(diào)整。一般來說,基坑的變形測量工作應從施工前開始,到結(jié)構穩(wěn)定后終止。測量前應對施工現(xiàn)場工程土質(zhì)情況及支護工程進行原始記錄;當天氣、地震等環(huán)境因素顯著變化時,應增加觀測頻率,基坑結(jié)構體與土體趨于穩(wěn)定期間可延長觀測頻率,劇烈變動期間應縮短觀測頻率。對武漢地鐵關鍵施工區(qū)段的施工,根據(jù)基坑施工方案的技術特點及周邊環(huán)境,以及儀器特點、規(guī)范要求等進行監(jiān)測,監(jiān)測項目及其相關信息如表1所示。循禮門車站采用施工和第三方同時監(jiān)測,以施工監(jiān)測為例。設橋墩沉降觀測點4個,橋墩位移觀測點4個,從2008年7月13日到2008年11月28日,累計監(jiān)測102次。到2009年1月13日,最大沉降12.0mm,相鄰橋墩最大差異沉降11.3mm。監(jiān)測點布置如圖3所示,施工方和第三方監(jiān)測的累計沉降如圖4和圖5所示,橋墩沉降變形如圖6和圖7所示。由圖5可以看出,臨近基坑的2個橋墩Q2、Q3的沉降較大,而較遠的2個橋墩沉降相對較小。這樣,引起了Q1、Q2與Q3、Q4間較大的差異沉降,且2組差異沉降均超過10mm,均已超過初始設想的工程預警值。3輕軌橋墩沉降監(jiān)測技術主體結(jié)構基坑圍護采用地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻深度48.5m;支護結(jié)構的頂板抬高段設置5道支撐,其中第1道采用鋼筋混凝土支撐,第2~5道采用鋼支撐,第4道采用雙拼設置。蓋挖段設5道支撐,第2道采用鋼支撐,其它均采用鋼筋混凝土支撐。其余段設置4道支撐,第1道采用鋼筋混凝土支撐,其它3道為鋼支撐,第3道采用雙拼支撐。鋼支撐均采用直徑609mm,壁厚16mm的鋼管。為加強基坑的穩(wěn)定,在5個大的拐角處,設300厚C30混凝土角撐,層數(shù)同支撐,上下與鋼支撐錯開。鑒于基坑施工過程中影響到相關橋墩前期沉降已超過10mm,在架設鋼支撐并進一步開挖土方的過程中應做到以下幾個方面。3.1在緊鄰基坑的橋墩Q2、Q3的其它3個面,加設了沉降監(jiān)測點,在墩頂加設了水平位移監(jiān)測點。3.2施工現(xiàn)場條件許可前提下,在基坑降水過程中,提高監(jiān)測頻率。3.3加大施工協(xié)調(diào)力度,加快地下連續(xù)墻圍護結(jié)構施工進度,確保在地下連續(xù)墻完全封閉后再進行基坑降水開挖施工,以減小地下水流失引起的輕軌橋墩變形。3.4在基坑降水開挖前,進行輕軌橋墩附近孔隙水壓力和地下水位監(jiān)測。3.5采用基坑內(nèi)降水試驗,檢查地下連續(xù)墻止水效果,確保基坑降水有效進行。如降水不利,應對地下連續(xù)墻滲漏水處進行墻內(nèi)及接頭縫注漿,特殊情況下可考慮采用化學注漿方法處理。3.6為減小基坑開挖過程中圍護結(jié)構變形引起的輕軌橋墩沉降,施工時應注意做到先撐后挖,確?；又ёo體系的穩(wěn)定性,盡量避免基坑土方超挖現(xiàn)象。3.7基坑緊鄰橋墩均勻沉降、不均勻沉降、最大水平位移超出相關規(guī)范的規(guī)定時,根據(jù)實際情況可采用自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)以全面準確的掌握輕軌橋墩的沉降、水平位移變化情況,加強信息化施工,并會同各方及時采取可行的措施。在以上措施實施后,相關橋墩沉降及差異沉降在基坑開挖工程中趨于穩(wěn)定(圖8、圖9)。以施工方監(jiān)測數(shù)據(jù)為例,遠離基坑的兩橋墩(Q4與Q1)沉降分別穩(wěn)定在7mm和5mm,相鄰基坑的兩橋墩(Q3與Q2),沉降分別穩(wěn)定在15mm和18mm。施工方監(jiān)測數(shù)據(jù)與第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)絕對值上存在一定差別的原因是監(jiān)測過程中監(jiān)測點的布置、監(jiān)測人員的構成等因素造成?？傮w來說,雙方的監(jiān)測數(shù)據(jù)基本吻合。4基坑沉降隨通過措施地鐵施工中,一定程度上存在長線地鐵施工關鍵區(qū)段與基于共性的控制標準部分脫節(jié)的問題。本文以武漢地鐵2號線循禮門車站為例,基于土層分布情況,分析了基坑與輕軌橋墩的相對位置,調(diào)整優(yōu)化了施工方案,采取增加監(jiān)測點,