深基坑土方开挖及支护工程研究

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摘要：深基坑土方开挖及支护工程是复杂系统工程，施工技术复杂，施工过程中不确定性因素较多。以哈尔滨市轨道交通3号线二期工程安通街车辆基地土方开挖及支护工程为背景，基于基坑监控测量技术，采用全站仪、测倾仪、振弦式频率测定仪等设备构建施工监控量测系统，开展深基坑土方开挖及支护工程的实时监测。详细介绍了监控量测内容和方法，并对监测数据进行了分析，发现Ⅵ区的拱顶沉降变化正常，但地表沉降和净空收敛有少数点位超过警戒值，典型断面支护桩体的累计变形值以及变化速率均满足控制标准值。本研究的成果与方法可为类似工程提供参考。

关键词：深基坑；土方开挖；支护工程；监控量测

概述

深基坑工程是指基坑开挖深度超过5m（含5m）的基坑，深基坑工程具有复杂系统工程特点。唐业清教授[1]调查与分析了103项基坑工程事故，指出我国深基坑工程事故率较高，造成了巨大的经济损失。在施工过程中，在确保深基坑支护工程自身质量安全的同时，还要保证基坑周边建筑物及各类管网的安全，为基坑内工程提供一个安全的工作环境[2-7]。在施工要点方面，赵震和王浩[8]总结了深基坑及地下连续墙支护工程施工监控要点。刘富明[9]找出影响深基坑支护结构不足的原因，着重探讨和分析建筑工程深基坑开挖与支护施工技术要点。何军等[10]结合现场监测试验，从时间演化和空间分布两方面对小净距立体交叉隧道施工围岩-支护结构稳定性进行了研究。在施工监控新技术运用方面，殷志坚等[11]探索了基于物联网技术的无线传输功能，用于实时获得大截面型钢混凝土梁施工监控数据。在风险评价方面，李朝阳等[12]采用WBS法确定基坑施工风险因素，建立地铁基坑施工风险综合评价指标体系。张子义[13]以实际工程为例，对砂土层地铁深基坑施工开挖各工况的安全风险等级进行评估。其评估结果与实际情况相符，该模型可信度较高。在基坑事故预防方面，周保国[14]梳理了基坑事故的影响因素，提出了相应的预防措施。谢士德[15]结合南方某大型综合体工程深基坑支护围护工程的施工监理工作，对工程实施中监理质量控制要点进行了分析，进一步强调了对深基坑支护工程实施监理工作的重要性。本文依托哈尔滨市轨道交通3号线二期工程安通街车辆基地土方开挖及支护工程，建立了完善的施工监测方案，详细地介绍了施工量测方法，并对施工监测数据进行了分析，可为类似工程施工与设计提供参考。

1工程背景

1.1安通街车辆基地土方开挖及支护工程概况

哈尔滨市轨道交通3号线二期工程安通街车辆基地土方开挖及支护工程，包括试车线和联络线两部分。试车线位于车辆基地内北侧，起于车辆基地西段红星路东侧，向东止于三环路西侧；起终点里程为SSK0+000.000-SSK1+235.000，全长1235米。区间共设置两组风井、2个出入口及1处废水泵房；其中1号风井位于起点里程左端，埋深8.1m；2号风井位于终点里程南侧，埋深18.1m；1号出入口位于里程SSK0+014.300- SSK0+023.400处，埋深8.7m；2号口起点位于SSK1+216.300处，长6.7m，埋深18.1m；废水泵房位于SSK0+444.600- SSK0+455.400处；区间埋深8.1-18.7m，区间纵向为两端向中间2‰的V字坡。联络线位于车辆基地内中部，起于车辆基地西南侧，向东北止于试车线里程SSK1+028.503；起始里程为LSK0+000.000，终点里程为LSK0+702.467，全长702.467米。为连接场区与地下试车线的重要通道；区间在敞开段内设置1处雨水泵房；区间埋深7.3-16.6m，区间纵向为21.3‰与2‰组成的V字坡。敞开段与暗埋段分界里程为LSK0+150.000。

1.2工程地质条件

根据钻探揭示及对地层成因、年代的分析，本工点地层主要第四系上更新统哈尔滨组冲洪积层。下部基岩为白垩纪泥岩、粉砂岩。第四系中更新统上荒山组湖积层、第四系中更新统下荒山组冲积层。标段线位于岗阜状平原地貌中，根据地下水赋存条件，地下水类型主要有第四系孔隙承压转无压水和上层滞水。孔隙承压转无压水对地铁车站或隧道施工影响不大。上层滞水排泄方向主要为地表蒸发及向周围渗透，局部可能存在管线长期渗漏。

1.3工程风险源

工程自身风险。本站基坑最深处达18.1m，基坑为自身风险源。为确保基坑安全，对工程风险应采取预防为主的措施，提前发现风险并采取针对性的预防措施，从源头上避免工程事故的发生。环境风险包括围护结构冬季冻害、周边道路沉陷及开裂、深基坑开挖引发地面不均匀沉降导致的建筑物倾斜。为确保基坑周边环境安全，对环境风险应采取预防为主的措施。

2监测方案

2.1监控量测内容

施工监控可为施工提供可靠连续的监控量测资料，指导现场施工，预防工程破坏事故和环境事故的发生。监控量测工作必测项为必须进行监控量测的项目，此类项目往往能最直观的反映出结构体的形变和受力状况；结合本车站的施工方法及结构特征，主要监控量测内容如表1所示。施工现场巡查是对基坑周边1～3倍开挖深度范围内的建（构）筑物、管线、道路等进行的变形监测，同时也包括对基坑周边环境的安全巡查。地表沉降采用附合或闭合水准路线形式，按照二等水准测量的精度要求进行观测，地表沉降测点埋设示意图如图2（a）。观测仪器采用Trimble DINI03电子水准仪，采用电子水准仪自带记录程序，记录外业观测数据文件。随后采用科傻平差软件进行平差。边坡顶部水平、竖向位移监测采用独立的坐标系统，坐标轴与基坑边线方向一致，测量时在强制归心对中墩的水平位移监测基准点上设站，并选取远处的另一个固定水平位移监测基准点作为定向，进行观测。取与基坑边线垂直方向的坐标增量作为观测点的本次位移量，各次位移量之和即为该点的累计位移量。支护桩顶水平、竖向沉降监测。待监测的构件浇筑或安装完成且混凝土达到一定强度后，在结构顶部预埋或设置可安装棱镜的强制归心标，作为水平位移测点，水平位移监测点与竖向位移监测点共用。支护桩水平位移监测点埋设示意图如图2（b）建筑物沉降监测。根据建筑物调查的结果，直接在建筑墙上布设沉降点，监测点埋设示意图如图2（c）。在施工影响范围内临近隧道侧间隔15m布设1个测点，拐角及距离区间隧道最近处布设测点。测点范围布设应能控制整座建筑物不均匀沉降为原则。建筑物沉降测点埋设时应注意避开如雨水管、窗台线、电器开关等有碍设标与观测的障碍物。桩体深层水平位移采用埋设测斜管的方法进行，桩体内测斜管采用预埋设，将各节测斜管与桩体或钢筋牢固固定后，随钢筋笼下入。测斜管埋设示意图如图2（d）钢管支撑轴力。支撑的轴力采用轴力计直接测量。将轴力计支架焊于钢管横撑固定端，架设横撑时将轴力计放入支架内，并保护好引线。钢支撑轴力计安装示意图如图2（e）暗挖区监测断面按照10m设置一个横向断面。每个监测断面在拱顶、两侧拱腰处布设竖向位移和净空收敛的监测点。每个断面上共4个监测点, 暗挖区监测点布设示意图如图2（f）。采用收敛计进行净空收敛监测时，即通过监测布设于区间隧道管片上的两个监测点之间的距离，求出与上次量测值之间的变化量即为此处两个监测点方向的净空变化值。

2.2监控量测控制标准

依据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）和设计文件要求，监测控制标准如下表所示。

3监测数据分析

由于篇幅限制，本文仅介绍安通街车辆基地Ⅱ区（明挖段）和Ⅵ区（暗挖段）的监测数据。其中Ⅱ区施工进度为基坑开挖长度180米，开挖深度3至9米。Ⅵ区施工进度为初期支护已全部完成。表3为安通街车辆基地Ⅱ区监测统计表，将各监测指标的变化速率与累计最大变化值与表2控制标准值比较可知，Ⅱ区的地表沉降、建筑物沉降等监测指标均变化正常。表4为Ⅵ区监测统计表，由表4可知，Ⅵ区的拱顶沉降变化正常，但地表沉降和净空收敛有少数点位超过警戒值。经过现场复核和分析研判，采取后续加强该点位监控跟踪的应对措施，针对异常部分进行重点监测，防范风险。图3为Ⅱ区支护桩体水平位移随深度变化图，可以看出典型断面支护桩体的累计变形值以及变化速率均满足控制标准值，且桩身变形连续，监测数据正常，该孔位及周边稳定无异常。

4结语

以哈尔滨市轨道交通3号线二期工程安通街车辆基地土方开挖及支护工程为背景，建立了施工监控量测系统，得到以下结论：（1）明挖区的监测内容包括地表沉降、建筑物沉降、边坡竖向沉降、钢支撑轴力、支护桩顶竖向沉降、支护桩顶水平位移、支护桩体水平位移、边坡水平位移；暗挖区的监测内容包括地表沉降、拱顶沉降、净空收敛。（2）监控量测值控制标准应符合相应规范及设计文件，对变化速率和累计值做控制。（3）安通街车辆基地Ⅱ区（明挖段）监测数据正常，Ⅵ区（暗挖段）的监测数据有少数几个点位超过警戒值，需要后续对该点位加强监测，防范施工风险。

作者:康龙 江畅 孙更利 姚志华 杨磊 单位:中交一公局第三工程有限公司