地層地鐵深基坑變形速率與風險控制研究

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摘要：如何通過基坑變形速率監測控制復雜環境下承壓水地層基坑的沉降變形是工程施工的難題。本文基于杭州地鐵9號線一期土建施工某地鐵車站，開展了承壓水地層地鐵基坑施工風險、承壓水地層地鐵深基坑變形速率監測和控制技術研究。研究表明，承壓水地層地鐵基坑施工風險，主要包括自身風險和環境風險，水位變化速率呈現出先增大后減少的趨勢，墻頂沉降變化速率總體呈現出緩慢減小趨勢，最大值小于0.15mm/d，對杭州地鐵復雜環境下承壓水地層類似工程施工具有重要的指導意義。

關鍵詞：地鐵基坑；承壓水地層；復雜環境；變形速率；風險控制

一、引言

由于目前基坑工程的設計計算理論仍不完善，基坑工程施工監測已成為實現施工信息化及保障工程及周邊環境安全的一項重要兜底性工作?；庸こ痰淖冃晤A警是基坑施工監測過程中重要的安全保障手段，變形預警不僅是監控監測點的累計變形量，還要監控其變形速率。變形速率反映監測對象發展變化的快慢，當變形速率過大時，往往是工程事故發生的暗示。國內外學者圍繞著地鐵車站基坑施工風險與監測控制進行了大量的研究工作，如王雙龍等[1]研究了基于變形速率的深基坑工程監測精度，李紀成等[2]研究了杭州地鐵深基坑開挖監測，張蓓等[3]則基于南通地鐵1號線一期工程，開展了軟土層基坑降水模型試驗研究，發現降水引發的基坑地表沉降隨著監測點距基坑支護樁距離的增大而減少，Zou等[4]對城市高密集區地鐵施工和運營引起的地面長期沉降監測預警進行了系統研究。變形貫穿于施工的全過程，但是，各類變形也可通過合理的設計、有效的施工措施、基于“時空效應”理論的信息反饋技術等法進行有效控制，將變形控制在允許的程度。目前的研究缺乏針對杭州地鐵臨近錢塘江的復雜環境承壓水地層車站基坑的各類監測預警技術和系統的風險分析。綜上所述，本文以杭州地鐵9號線一期土建施工某基坑開挖為背景，對開挖過程所引起的地表沉降、坑外地下水位變化以及圍護結構變形及周邊土體水平位移等的現場實測數據進行了分析，可為杭州地鐵類似工程施工提供重要的參考。

二、工程概況

本項目地處浙江省杭州市江干區，為杭州地鐵9號線一期土建施工地鐵車站，站臺起止里程為DK22+098.520~DK22+319.977。主體基坑沿規劃錢江東路總長221.423m，標準段寬度為21.3m，盾構井段寬度為25.4m。主體結構標準段基坑開挖深度約17.16m，盾構井段基坑開挖深度18.436m。本車站范圍內存在承壓水，采用地下連續墻隔斷承壓水方式。其周邊環境見圖1。

三、承壓水地層地鐵基坑施工風險分析

該站北側是引水河、御道家園，東西是原有航海路，南側是錢塘江，東南側是某培訓中心。車站距離浙贛鐵路橋梁樁基礎、高鐵橋梁樁基約為100m，車站西北側緊鄰引水河（見圖2），主體結構距離引水河河道藍線約14.3m，附屬結構距離引水河河道藍線最近處約0.62m；車站北側為御道家園小區距離車站基坑最小距離為58m；車站西側端頭緊鄰御道橋，主體結構距橋承臺20.3m，附屬結構距橋承臺約為8.5m；西北側為御道家園小區，車站主體結構距離小區地下車庫結構最近處約53m；車站東南側為綠地。車站東南側現狀綠地規劃主要以商業、商務、城市軌道交通用地為主，鐵路某培訓中心采用淺基礎，5層建筑，距離車站主體最小距離為49m。（1）自身風險，包括：車站總長221.423m，標準段寬度為21.3m，盾構井段寬度為25.4m。主體結構標準段基坑開挖深度17.16m，盾構井段基坑開挖深度18.436m；基坑開挖范圍內主要為素填土、雜填土、粉砂性土、淤泥質土、粉質土；需進行坑內潛水疏干降水，承壓水需隔斷或降壓，基坑開挖時易出現突涌、漏水、變形過大等風險。（2）環境風險：車站東南側鐵路某培訓中心采用淺基礎，南側通道距外側圍墻距離為16.7m，基坑施工可能引起建筑物不均勻沉降及水平位移；市政管線多，埋深0.9~1.3m，臨時遷改至車站西北側與基坑最小距離6.5m，10KV強電電纜，鋼管埋深0.5m，臨時遷改至車站南側與基坑最小距離26m，DN300給水管，埋深1m，臨時遷改至車站西側與基坑最小距離13m，DN200污水管，埋深2m，臨時遷改至車站西南側與基坑最小距離18m，DN300雨水管，埋深0.9m，臨時遷改至車站西南側與基坑最小距離13m。車站西北側緊鄰引水河，河道寬度約為20m，與基坑方向平行，主體結構距離引水河河道藍線約14.3m。

四、承壓水地層地鐵深基坑變形速率研究

1．基坑沉降基準點控制網設置在主體基坑周圍布設沉降監測控制網，控制網分兩級布點，一級為業主提供的車站附近的深埋基準點（S39-19、S39-20），二級為沿車站周圍每隔一定距離布設一個工作基點，共布設5個工作基點，分別為BM1～BM5。工作基點距基坑的距離在3倍基坑開挖深度以外。工作基點埋設要綜合考慮各種影響因素，埋設在地面沉降影響范圍外的穩定區域，基點要牢固可靠，具體埋法如圖3。選用精密水準儀及配套銦鋼尺，按國家標準對變形監測沉降控制網實施觀測。監測實施前必須進行聯測，并在實施后每個月進行聯測一次，聯測后進行嚴密平差計算，以檢查水準基點的穩定性，基準點高程中誤差控制在≤±0.5mm。2．監測報警值設置（1）報警值（控制指標）是監測工作中為確保監測對象安全而預先設定的預估最大值。在工程的監測過程中，一旦發現量測數據超過報警值的80%時，監測部門必須要在報表中醒目提示，予以報警。（2）報警值的確定應遵循的原則：1）在工程正式施工開始之前，由建設、設計、監理、施工、監測等相關部門共同商定監測報警值，并同時列入監測方案。2）每個監測項目應由累積允許變化值和變化速率兩部分來控制預警值。3）監測預警值的確定應滿足現行的行業相關設計、施工法規、規范和規程的要求。4）若某一監測項目尚無明確規定的預警值，可借鑒國內外相似工程的監測資料，以此來確定該項目預警值。5）監測預警值的確定應具有工程施工可行性，在保證安全施工的前提下，還綜合考慮提高施工工效和減少施工成本等方面因素。6）在監測工作實施過程中，當監測值超過預警值時，除了及時報警之外，還應及時與有關部門溝通，進行研究分析和動態控制，必要時可調整所設定的預警值。（3）根據基坑工程監測規范，對于基坑監測項報警值的規定以及施工圖設計文件中給定的報警值，結合杭州地區基坑工程經驗本工程結構基坑各監測項目的控制值。3．承壓水地層地鐵深基坑變形速率分析承壓水地層地鐵深基坑變形速率見圖4和圖5。由圖4可知，水位變化值隨著編號的增大總體呈現出先增大后減少的趨勢，最大值小于10m，最小值小于-5m，結果顯示水位變化總體趨于穩定。由圖5可知，隨著編號的增大，墻頂沉降變化速率總體呈現出緩慢減小趨勢，最大值小于0.15mm/d，最小值均未超過-0.10mm/d，表明墻頂沉降總體趨于穩定。

五、承壓水地層地鐵深基坑沉降控制技術

對于自身風險采取相應控制技術，針對圍護結構監測設置，墻頂沉降及水平位移監測25測點，墻體深層水平位移監測25孔，土體深層水平位移監測26孔，支撐軸力監測21組*5層，立柱樁隆沉監測8測點；沿基坑周邊布設25組沉降監測斷面，共111點；沿基坑周邊布設坑外水位監測孔25個，2個承壓水位監測孔。對于環境風險監測控制技術，對于車站東南側鐵路某培訓中心采用淺基礎，南側通道距外側圍墻距離為16.7m，基坑施工過程中可能會引起周圍地表建筑物不均勻沉降及水平位移，采取措施是設置6個豎向位移監測點，監測建筑物變形情況，結合開展裂縫監測。對于改遷管線現場跟蹤，采用抱箍方式布設直接監測點位。對于未改遷管線，監測點盡量采用檢修井、氣閥等管線附屬設施設置，或破除路面硬殼層設置間接監測點，加強對管線的巡視巡查工作，管線共計43點。對于車站西北側緊鄰引水河，河道寬度為20m，與基坑方向平行，主體結構距離引水河河道藍線約14.3m。采取措施：沿河道方向20m間距布設12個河坎監測點。對于車站西側端頭緊鄰御道橋，主體結構距橋承臺20.3m，附屬結構距橋承臺約為8.5m。采取措施：設置2個豎向位移監測點。

六、結論

（1）承壓水地層地鐵基坑施工風險，主要包括自身風險和環境風險。自身風險包括基坑開挖深度、基坑開挖范圍內主要地層、疏干降水情況、承壓水隔斷施工情況等；環境風險包括周邊建筑物位置、大直徑燃氣管、給水管和鄰近的河流情況。（2）承壓水地層地鐵深基坑變形速率研究認為，水位變化速率呈現出先增大后減少的趨勢，墻頂沉降變化速率總體呈現出緩慢減小趨勢，最大值小于0.15mm/d，承壓水地層地鐵深基坑沉降控制技術主要是對自身風險和環境風險的控制。

作者：胡炎輝 單位：杭州市地鐵集團有限責任公司