摘 要 詳細闡述了上海地鐵黃興綠地站基坑和結構、環境的安全監測過程、經驗教訓;總結了地鐵車站施工中安全監測的必要性,及其對施工安全、方案選定、施工設計等的重要性。關鍵詞 地鐵車站 安全監控 信息反饋 時空效應 支撐
1 工程概況西側是黃興綠地公園,東側為住宅和廠房車站全長
1. 1 簡介242m 。主體為淺埋地下一層(局部一層半) 側式站臺站,內部結構采用現澆單柱框架結構。采用明挖上海市軌道交通楊浦線(M8 線) 黃興綠地站工順筑法分段施工。平面布置見圖1 。程位于佳木斯路與國順東路之間的營口路上。車站
圖1 黃興綠地站平面圖
車站基本由南北端頭井、標準段、東西兩個出入口和南北風井組成。
1. 2 工程地質、水文地質及周圍環境條件車站場地深度為30. 60m 以上的地基土主要為上海地區吳凇江故道地層沉積組合,車站底板位于第④ 層淤泥質土中,下臥層第⑤1 層粘性土。各土層自上而下依次為: ①1雜填土; ②1 褐黃色粉質粘土; ②3 -1 灰色粘質粉土; ②3 -2 灰色砂質粉土; ④ 灰色淤泥質粘土; ⑤1 灰色粘土; ⑥ 暗綠色粉質粘土。車站范圍內潛水主要賦存于第②2 層砂質粉土中,承壓水埋藏于砂質粉土中。基坑開挖范圍內第②2 層土為粘質粉土、砂質粉土,較松散,具有較強滲透性。在地下水的作用下易產生流砂、管涌現象; 第④ 層淤泥質粘土(局部) 屬低滲透性、高含水量、高壓縮性、低強度、高靈敏軟土,具明顯的觸變和流變特性。車站的西側是黃興綠地公園,人流較為集中。東側為商住房、破舊廠房及工地。商住房為6 層,距離車站8m～12m 。沿車站縱軸方向還有一定數量的市政地下管線。
2 監測的目的、方案和設備
2. 1 監測的目的
監測總體目的是圍繞工程施工建立起高效的環境監測系統,要求系統內外部各部分之間保持高度協調和統一,及時獲取準確可靠的數據資料,確保工程本身及周邊環境的安全。
2. 2 監測工作的內容和項目
① 基坑及結構的安全穩定。② 環境安全(施工對鄰近建筑物、地下管線的影響) 。
b. 監測項目a. 主要內容
① 圍護體(內部) 水平位移監測(測斜);
② 圍護墻頂部水平位移監測;
③ 圍護墻頂部垂直位移(沉降) 監測;
④ 支撐軸力監測;
⑤ 地下水位監測;
⑥ 基坑周圍地表沉降監測;
⑦ 周圍建筑物沉降監測。
⑧ 立柱隆沉監測。
2. 3 觀測頻率及報警值現場監測的時間間隔按下表執行;當監測數據達到報警范圍,或若遇到特殊情況,如暴雨、臺風或大潮汛等惡劣天氣以及其它意外工程事件,適當加密觀測、直至24 小時不間斷的跟蹤監測。
表1 現場監測時間間隔表
報警值即監測的數值達將產生不可接受的負面影響時的值。報警值執行“上海地鐵基坑工程施工規程(SZ -08 -2000) ”的規定,即具體為“ 圍護體最大位移端頭井40. 7mm , 標準段36. 8mm , 地面最大沉降端頭井27. 1mm , 標準段24. 5mm 。” 其它報警值研究后決定采取: 墻頂位移≤ 20mm , 墻體最大位移≤40mm , 地面最大沉降量≤ 20mm , 變化速率≤3mm/ d 。
3 監測成果分析
3. 1 施工第一階段在開挖之前,基坑內進行了降水,利用地下水位降低后的土體固結來提高基坑被動區土地強度,但是,北區施工場地外一房屋前后地表出現了明顯地表裂縫,可能原因是,地下墻沒能形成封閉的隔水帷幕,出現了漏水現象,再有,坑內降水出現了坑內外水頭差后,坑內的擋墻土壓力小于外側壓力,由此引
發坑內土體的側向固結,表現為擋墻向坑內移動和坑外沉降,加上降水時間比較長,坑外建筑物超載大的緣故。隨基坑內土體的減少,產生坑內外土壓力的不平衡,該變化在地下連續墻的水平位移監測中得到明顯體現,現列舉位于標準段與端頭井相交處東側的DW2 孔加以分析。
因坑內土體的減少,原內外平衡的土壓力被破壞,坑外土壓力大于坑內土壓力,故,壓力大的坑外土體必然向壓力較小的坑內擠壓,這個擠壓過程由坑外土體通過將壓力作用于連續墻上,使連續墻變形來實現。開始變形量比較小,隨著基坑開挖深入, 坑外土壓力差繼續增加,連續墻變形量隨之增大,最大變形部位也隨之下移。至第一階段施工結束,基坑四周墻體變形明顯,而且都符合上海地區軟土最大變形位于開挖面以下數米這一變化特征。在所有墻體變形中,唯DW2 孔處累計變形最大,為-72. 37mm 。原因在于該孔所處位置的特殊性:它位于標準段與端頭井的交接處,端頭井中挖土放坡必須通過此處;再者,由于采用液壓挖掘機水平挖掘、吊車垂直運輸的方法,在實際施工過程中,DW2 測斜孔旁邊約8m 處有一寬20m 、高24m 、長約60m 的平行于基坑方向的6 層、4 層建筑物,尤其是當挖土挖到4m -6m 深時,DW2 處墻體水平位移變形較大, 日變化速率> 3mm/ d , 累計為32. 65mm , 房屋靠近基坑的一邊也出現了沉降速率過大的信息,地表出現了裂縫(1cm 寬) 。主要原因可能是:一、臨近建筑物的基礎比較淺,只有2m 左右,隨著基坑內挖土深度的增加,2m 以下的墻體會不同程度的受到建筑物靜荷載的影響;二、挖土深度到第三道支撐時,由于施工等原因,第三道支撐沒能及時撐上,無支撐暴露時間超過了施工參數(24 小時),每步開挖寬度過大,以致該部分連續墻在過長時間內承受較大的外側土壓力,產生了不應有的變形。隨后,施工方按監測反饋信息,優化施工參數的同時,精心實施了以下措施,針對此種不利局勢,隨即在建筑物和基坑之間進行了坑周補償注漿。由于采取合理的監控措施和有效的控制措施,并結合量測精心施工,到基坑施工完成,位移和沉降得以合理控制。
3. 2 施工第二、三階段
此階段,由于合理控制了施工步序和參數,周圍又沒有建筑物,施工條件比較理想,施工進展比較順利。所有一切在監控范圍之內。
4 結束語本工程施工全過程中,施工單位及時掌握監測信息,并將信息反饋用以指導施工,及時調整施工參數和施工工藝(比如第一階段坑周補償注漿施工工藝的采用),協調減少了基坑和周圍環境的相互影響,保障了結構本身和周圍環境的安全。通過本工程的監測,我們認為:
① 支撐是基坑圍護結構的重要組成部分,支撐與豎向圍護構件共同為基坑施工提供一個可靠的結構空間。在本例工程中,曾因支撐剛度不夠,造成支撐軸力和墻體變形超標,雖僅是局部現象,但亦應引起警惕并加以充分重視。
② 施工過程中,必要時,要調整施工步序和參數,采取一些可靠的方法來控制保護對象,有利于減少基坑變形和四周地面沉降,從而既能保證周邊環境的安全,也能保證基坑內施工的安全。
③ 在施工開挖過程中,“ 時空效應”規律十分顯
著(比如第一階段中有先挖后撐現象,造成墻體不必要變形的增大) 。因此任何違背“ 時空效應”規律的做法都應避免。
參考文獻
1 上海市工程建設規范. 地基基礎設計規范(D GJ08 -11 1999) ,1999 年11 月出版。
2 上海市工程建設規范. 基坑工程設計規范(D GJ08 -61 1997) ,1997 年6 月出版。
3 上海市市政工程管理局. 上海市地鐵基坑工程施工規范(S2 -08 -2000) ,2000 年8 月出版。
作者簡介:李平安,男,石家莊鐵道學院畢業,土木工程專業。
