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南昌地铁车站深基坑围护结构变形监测分析

294 2020-09-25 13:04:37


编前语


珠江路站作为南昌地铁1号线的一个站点率先开工,承担着作为试验段的重任。南昌没有建设地下轨道交通工程的经验,需要通过这个站点了解红谷滩的地质情况、对市民可能产生的诸如出行的影响、如何做围护更能保证施工安全等。


南昌地铁1号线珠江路站


2010年10月14日,珠江路站旁曾出现了一次小“事故” 。工程师说:“红谷滩的地质比较差,因为沙多,比较松散,沙遇到水就成了流沙,比较危险。前段时间出现的小塌坑,就和红谷滩的这种地质环境有关。这是很正常的现象,上海等城市也会这样。”


因此,在修建地铁时,做围护将水挡在基坑外就成了施工安全的重要保障。“同时还需对围护结构变形进行实时监测,以确保基坑工程的施工安全。



下面本文将基于南昌市地铁一号线珠江路车站的深基坑围护结构变形监测分析分享给大家。


本文基于南昌市地铁一号线珠江路车站深基坑开挖时的时空效应以及基坑开挖与支护顺序,对基坑实际监测数据进行了分析研究,重点探讨了基坑开挖时围护结构变形规律及影响因素。


结果表明,该基坑工程的设计及施工方案合理,具有安全可靠、施工简便的特点,可供类似深基坑工程信息化施工提供参考依据。

 

1 引言


随着城市建设的快速发展,基坑施工技术难度加大,基坑工程设计的安全性要求越来越高,基坑事故频繁发生,给国家带来了巨大的经济损失,受到社会各界的普遍关注。



通常,在施工过程中,随基坑开挖施工对基坑安全进行同步跟踪监测分析,还是不能保证基坑设计的安全可靠。


众所周知,由于岩土介质的复杂多变性和传统数值计算模型的局限性,很多基坑工程的理论计算结果与实际监测数据往往有较大差异,这使得施工过程中存在潜在的安全隐患。


为保证工程施工安全顺利地进行,袁金荣、王文明、孙钧等对深大基坑施工变形的智能控制技术问题进行了详细地探讨[4];孙钧和王东栋对地铁施工变形预测与控制的智能方法及计算机技术管理作出了新的认识[5-6];


可以说,基坑工程的安全性仍是一个不断探讨与研究的过程。

 


基坑工程施工安全与否,必然与实际监测的数据分析具有紧密联系,通过网络信息化数据分析,能更好地指导施工,做好预防措施,排除潜在的安全隐患,真正做到预防为主、安全第一。

 

2工程概况及施工工况

 

2.1工程概况

 

(1)珠江路站位于南昌市凤凰洲丰和北大道与珠江路交叉处,沿丰和大道下方呈南—北走向,为单柱双跨地下二层车站,其中地下一层南侧为站厅层,北侧预留,地下两层为站台层。车站主体采用现浇钢筋砼箱型结构型式。

 

(2)珠江路站有效站台中心里程为SK5+630,设计起迄里程SK5+246.257~SK5+711.857,车站总长465.6m,宽17.7m~21.5m,站台中心处覆土厚度2.5m,车站顶板埋深2.34m~3.26m。

 

(3)工程设计场地标高19.5m,站台中心处基坑开挖深度约15.15m,两侧端头井基坑开挖深度分别约为16.94m、17.87m,端头井长23.1m,宽12.6m,基坑总长467.2m,总宽18.2m~23.1m。

 

(4)场地周边为菜地与居民生活区。居民楼距离基坑均在3倍基坑深度以外,场地开阔。丰和大道两侧沿车站方向分布有数量较多的地下管线。

 

2.2施工工况

 

为更好地理解基坑开挖引起支护结构受力发生位移变形所监测的数据曲线图,根据基坑开挖的施工工艺特点,划分工况如下:

 

(1)标准段工况基坑开挖深度为14.5m,采用钻孔灌注桩,结合止水帷幕,钻孔灌注桩深23m,入土深度8.5m。


主体支护第一道采用混凝土800mm×1000mm冠梁支撑,第二、三道采用Φ609×16钢管支撑,共设置3道支撑。


工况一:开挖1m深,在深度为0.5m处设置第一道钢筋混凝土冠梁支撑;


工况二:开挖至深度6m处,在深度为5.5m处设置第二道钢支撑;


工况三:开挖至深度11m处,在深度为10.5m处设置第三道钢支撑;


工况四:开挖至深度15m处。

 

(2)端头井工况基坑开挖深度为17m,采用钻孔灌注桩,结合止水帷幕,钻孔灌注桩深23m,入土深度5m。


主体支护第一道采用混凝土800mm×1000mm冠梁支撑,第二、三、四道采用Φ609×16钢管支撑,共设置4道支撑。

 

工况一:开挖1m深,在深度为0.5m处设置第一道钢筋混凝土冠梁支撑;

 

工况二:开挖至深度6m处,在深度为5.5m处设置第二道钢支撑;

 

工况三:开挖至深度9.5m处,在深度为9m处设置第三道钢支撑;

 

工况四:开挖至深度13.5m处,在深度为13m处设置第四道钢支撑;工况五:开挖至深度17m处。监测点布置情况如图1、图2所示。


 

3 监测数据分析

 

3.1基坑围护结构水平位移监测数据分析

 

围护结构的水平位移是反映基坑运行安全与否最直观、最可靠的指标,也是基坑监测当中最重要的指标之一,其结构的变形程度是基坑施工过程中监测的关键。


围护结构水平位移主要包括围护桩顶和围护桩身的水平位移监测。

 

(1)端头和标准段的桩顶水平位移监测结果

 


从图3围护桩顶水平位移监测的数据结果(基坑开挖至坑底稳定一段时间后)可以看出:基坑在开挖的过程中,桩顶水平位移明显增加,最大水平位移变形速率为标准段CX5桩,约1.01mm/d,小于警报速率3mm/d。


在基坑开挖至坑底,停止开挖后,桩顶水平位移略有增加,但其总体变化趋于稳定,并达到收敛的趋势,位移变化速率均小于0.1mm/d。


CX3与CX5号桩顶水平位移分别是3.0mm及4.91mm,远小于累计警报值20mm。


从图中可以看出,基坑开挖期间桩顶水平位移逐渐增大,因此,需密切注意最大位移速率的变化,调整监测频率并做出相应分析。

 

(2)端头和标准段的桩身水平位移监测结果

 

根据监测结果,选取了具有代表性的两个测点进行分析。围护桩体沿深度方向水平位移呈典型特征曲线。图4、5分别给出了CX3及标准段CX5桩身水平位移随时间变化图。



从图中可以明显看出:桩体位移随深度方向的最大水平位移分别为17.72mm、19.37mm,小于报警值20mm。


此外,从图中同样可以看出,第一、二工况的桩身水平位移略有增加,但从第二工况结束之后,随着开挖深度的增加,其桩体水平位移变化速率呈先增加后减小趋势,其原因是随开挖至砂层。


工况三、四开挖深度相比其他工况较大,又加上砂层土的粘聚力很小可忽略不计,其间使得土主动压力明显增大。


其特征曲线呈现“胖肚型”现象,且沿深度方向均匀分布。这主要是随着基坑开挖加深、土压力不断增大及桩体处于弹性工作状态造成的。由此可知,桩身水平位移与开挖深度有很大的关系。

 

此外,随基坑开挖其水平位移是一个动态的变化过程,施工工况的不同其位移也在不断地增加,在基坑挖至坑底时,围护桩体水平位移仍呈现慢性增大的趋势,即所谓的时空效应


因此,为减小基坑的暴露时间,应快速安全对垫层与底板等主体结构进行施工,从而有效减小围护结构水平位移蔓延,在此期间,也必须加强监测,以保证基坑安全。在底板浇注完成后,围护桩体的水平变形也就基本结束。

 

3.2基坑周围沉降监测数据分析

 

基坑开挖会引起周边位置沉降(如管线及周围建筑物的沉降),给日常生活带来极大的安全隐患及经济损失。


因此,为了避免施工过程中引起周围管线及建筑物发生变形的影响,对其进行监测分析并判断基坑开挖对周围的安全是非常有必要的。

 

图6、7分别为与基坑两侧平行的给水管线及雨水管线位移沉降随时间变化图。根据监测的数据结果可以看出:随基坑开挖至第96天,基坑周边地表沉降较为平稳,未发生突变,仅略微上下波动。



这主要是由于开挖过程中,虽然周边地表发生沉降,但安装支撑所施加的预应力使周边地表产生抬起的效果所致。


当开挖至第96天后,基坑周围发生明显的沉降趋势,这主要是由于基坑最后一道支撑设置完毕后,基坑继续开挖至坑底所致。


其中给水管线的监测点EJS3最大变化值高达4.1mm,大于警报值速率3mm/d,应当引起注意,加大监测频率。


而雨水管线监测点WJS4最大变化值高达2.8mm,仍小于警报值。


随着基坑底板的浇注,基坑周围明显沉降的趋势逐渐得到收敛,说明基坑已逐步处于稳定安全状态。

 

3.3坑外水位监测数据分析

 

基坑外水位的监测是直接反映基坑局部是否发生漏水现象及坑内降水效果的有效举措。



图8为基坑北段周围的监测点随基坑开挖坑外水位监测的数据变化情况,根据监测数据结果可以看出:在开挖初期38天内。


随着开挖的不断加深及对坑内水位进行降水处理并降至开挖面以下,使坑外各监测点水位整体成下降趋势,其水位下降较大的为SW2,变化速率达180mm/d,小于报警值速率500mm/d。


38天后,基坑水位快速上升,原因是连续几天的暴雨引起这一区域地下整体水位的上升。


其中,SW1孔水位下降速率达698mm/d,大于报警值,出现危险信号,由于未及时采取防范措施,加上连续几天的暴雨,导致坑壁出现裂缝后迅速涌水涌砂,后经紧急抢修才得以稳定险情。


随着天气转好和基坑继续开挖,坑外水位又处于稳定的下降状态,变化值均小于控制警报值,直至开挖至坑底第74天后,坑外水位变化才处于稳定收敛状态。其中监测点SW1因受事故影响,无法测量,说明此点已被破坏。


同时发现事故前后其周围的桩体水平位移经测量无太大变化,经抢修后桩体水平位移随基坑开挖深度的加大,变化速率均匀,说明基坑设计的整体稳定性足够安全可靠。

 

小编总结

 

通过对实际监测数据的详细分析,可以得到以下结论:


(1)施工期间对基坑围护结构及周围管线沉降进行信息化施工监测,有利于及时采取相应措施,保证基坑施工及周边建筑物的安全。


(2)围护结构变形规律及变形大小与施工工况及周边环境影响有着密切的关系,对工程实时监测并及时分析数据,对减少事故的发生有着极其重要的作用。


(3)从基坑支护结构变形规律可知,基坑设计是安全可靠的。其分析结果可供类似深基坑工程信息化施工提供参考依据。


【参考文献】

[1]王暖堂.深基坑围护结构力学变形监测技术[J].北京测绘,2008(2):12-15.

[2]穆永江.苏州地铁某车站深基坑围护结构监测分析[J].石家庄铁道学院学报:自然科学版,2009,22(3):38-43.

[3]陈丽萍.地铁深基坑围护结构设计与监测数据分析[J].铁道勘测与设计,2010(2):24-27.

[4]袁金荣,王文明,孙钧.深大基坑施工变形的智能控制技术[J].岩土工程学报,2002,24(4):460-464.

[5]孙钧,王东栋.地铁施工变形预测与控制的智能方法[J].施工技术,2009,38(1):3-9.

[6]孙钧,王东栋.地铁施工变形预测与控制的计算机技术管理[J].施工技术,2009,38(1):10-13.