朱紅霞,周文權(quán) ,梁橋 ,趙春彥

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司,湖北 武漢,430077; 2.湖南工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院,湖南 湘潭,411104; 3.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 長沙,410075)

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快,以公路為主的地面交通網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展,修建里程數(shù)不斷增加。同時,為緩解道路擁堵,解決交通與社會協(xié)調(diào)發(fā)展的問題,在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中型城市逐步形成了以地下鐵道為主的現(xiàn)代城市軌道交通格局[1]。由于城市用地緊張,地鐵工程往往修建在公路下方,導(dǎo)致上部構(gòu)筑物和下部隧道工程相互影響,如果處理不當(dāng)將對整個交通工程的安全帶來不利的影響[2–3]。 受地上和地下既有建筑物或地質(zhì)條件的限制,以及地下空間綜合開發(fā)利用的需要,隧道間或其他結(jié)構(gòu)物與隧道之間的距離越來越近,橋梁樁基近距離穿過既有地鐵隧道附近土層就是一個很典型的案例[4–5]。

本文以番禺新光快速路匝道樁基施工為背景,對樁基施工引起既有地鐵結(jié)構(gòu)地表沉降、地鐵周圍土層水平位移、地鐵結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測分析,為將來同類工程的設(shè)計、施工提供參考。

1 隧道監(jiān)測概況

1.1 隧道–樁基工程概況

擬建新光快速路南大路立交南側(cè)匝道工程位于番禺區(qū)大石禮村,其中該工程的ND,NF匝道由南大路開始,沿新光快速路兩側(cè)并行一段距離后與新光快速路既有路基相接。已建地鐵三號線“大石—漢溪”區(qū)間盾構(gòu)隧道由北向南從新光快速路下方穿過。ND,NF匝道由橋梁和路基組成,2條匝道各設(shè)一座橋梁,基礎(chǔ)采用直徑 1.2 m 的鉆孔灌注樁,采用旋挖鉆機(jī)成孔,樁長 25.0～32.0 m,樁底標(biāo)高為-13.46～-20.32 m。位于地鐵上方的路基基底采用厚約3.0 m拋石擠淤或淺層換填的處理方式。經(jīng)核查,地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)與ND匝道橋墩基礎(chǔ)樁之間的最小水平凈距離約3.88 m,為樁基施工控制的關(guān)鍵位置,相應(yīng)范圍內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)底與路基基底之間的最小垂直距離約8.2 m,相應(yīng)范圍內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高約-4.21 m,底標(biāo)高約-10.2 m。運(yùn)營中的既有地鐵三號線是廣州市的重要交通生命線,安全性要求高。因此,在該匝道基礎(chǔ)工程施工期間,對地鐵及周邊地層進(jìn)行跟蹤監(jiān)測,了解匝道基礎(chǔ)工程施工階段地鐵結(jié)構(gòu)及周邊地層動態(tài)變化,了解基礎(chǔ)工程施工對地鐵影響程度,掌握施工過程中地鐵結(jié)構(gòu)所處的安全狀態(tài),對及時預(yù)測預(yù)報、安全管理及避免出現(xiàn)工程安全事故無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 監(jiān)測方案

將工程附近已有的國家二等水準(zhǔn)測量基準(zhǔn)點(diǎn)作為依托點(diǎn),將道釘打入預(yù)先設(shè)計好的沉降觀測點(diǎn),采用精密水準(zhǔn)儀及相應(yīng)的銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行地鐵附近地表沉降觀測,以獲得地表沉降隨樁基每一施工階段的變化情況; 采用工程鉆探機(jī)鉆孔,然后安裝測斜管并回填,采用GN–103型數(shù)顯自動記錄測斜儀,以測斜孔底為起測基準(zhǔn),以 0.5 m點(diǎn)距由下向上進(jìn)行監(jiān)測,獲得周圍地層位移隨基礎(chǔ)施工的變化情況;隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測時,對于收斂監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè),按設(shè)計圖紙中的測點(diǎn)布置圖選點(diǎn)定位,布設(shè)材料選用反射膜片,采用全站儀進(jìn)行觀測,通過精確測定監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)再通過計算便能間接測量出水平收斂,從而獲得地鐵結(jié)構(gòu)的實(shí)時變形。

1.3 測點(diǎn)布置、報警值及監(jiān)測頻率設(shè)置

測點(diǎn)布置。詳細(xì)的測點(diǎn)布置及其編號見圖1(對應(yīng)里程ZJK16+292 m)和圖2。

圖1 隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測點(diǎn)布置橫斷面圖

圖2 沉降和水平位移監(jiān)測點(diǎn)布置平面圖

表1 監(jiān)測項(xiàng)目報警值

報警值。對地鐵結(jié)構(gòu)各監(jiān)測對象根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)定各項(xiàng)目監(jiān)測的報警值見表1。

監(jiān)測頻率。地鐵附近地表沉降和地鐵周圍地層水平位移以及隧道結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測,均按表2監(jiān)測頻率進(jìn)行。對于地鐵結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測,因地鐵運(yùn)營密度較高,為確保監(jiān)測人員安全,選擇凌晨01:00—05:00地鐵停運(yùn)的時間進(jìn)行監(jiān)測。

表2 地鐵隧道監(jiān)測頻率

2 變形監(jiān)測及分析

2.1 沉降觀測

各測點(diǎn)的監(jiān)測沉降隨時間變化規(guī)律如圖3(a～e)所示,圖中負(fù)值表示向上隆起,正值表示下沉。

圖3 沉降觀測點(diǎn)沉降隨時間的變化

對于ND匝道,沉降測點(diǎn)1,3,5,7,9為介于豎排2樁基中間和樁基端頭的測點(diǎn),其沉降隨時間的變化規(guī)律見圖3(a),而沉降測點(diǎn)2,4,6,8是距離樁基最近的沉降測點(diǎn),其沉降隨時間的變化規(guī)律見圖3(b)。對于NF匝道,沉降測點(diǎn)10,12,14,16,18為介于豎排2樁基中間和樁基端頭的測點(diǎn),其沉降隨時間的變化規(guī)律見圖3(c),而沉降測點(diǎn)11,13,15,17是距離樁基最近的沉降測點(diǎn),其沉降隨時間的變化見圖3(d)。沉降測點(diǎn)19～27是縱向2匝道之間的觀測點(diǎn),位于新光快速路縱向中心軸線上,距離施工樁基的位置較遠(yuǎn),最近的約有13 m,其沉降隨時間的變化規(guī)律見圖3(e)。

從圖3(a～e)可看出:

(1)對于最終穩(wěn)定沉降值,測點(diǎn)1,3,5,7,9和10,12,14,16,18這10個沉降點(diǎn)(以下稱第1類沉降點(diǎn))差別較小,最終穩(wěn)定沉降大致介于-1.0～-1.7 mm之間; 測點(diǎn)2,4,6,8和11,13,15,17這8個測點(diǎn)(以下稱第2類沉降點(diǎn)),除了測點(diǎn)2之外,沉降差別也比較小,最終穩(wěn)定沉降大致介于-2.8～-3.5 mm之間,沉降點(diǎn)2的穩(wěn)定沉降值大約為-6.8 mm,這主要是因?yàn)榫嚯x沉降點(diǎn)2最近的樁基位于路基的防護(hù)邊坡上,在樁基施工中,邊坡被挖除導(dǎo)致了卸載,從而引起了較大的地表隆起; 測點(diǎn) 19～27(以下稱第 3類沉降點(diǎn))在整個施工過程中的沉降值極小,幾乎沒有沉降,這主要是因?yàn)檫@些測點(diǎn)距離施工樁基較遠(yuǎn),樁基施工幾乎對其不產(chǎn)生影響的緣故。除沉降點(diǎn)2外,總體看來,第2類沉降點(diǎn)的沉降要大于第1類的,第3類沉降點(diǎn)的沉降最小。

(2)第1類和第2類沉降點(diǎn)均是在旋挖成孔時產(chǎn)生較大的隆起,之后隨著混凝土的灌注漸漸下沉直至穩(wěn)定,但穩(wěn)定值仍是向上隆起。

(3)各測點(diǎn)在樁基施工中的沉降值均未達(dá)到報警值,施工安全。

2.2 土層位移觀測

各測斜管觀測的土層位移隨時間的變化規(guī)律如圖4(a～h)所示,負(fù)值表示土層向地鐵方向偏移,正值表示向民宅方向偏移。從圖4可以看出:

(1)在樁基施工過程當(dāng)中,每個測斜管對應(yīng)的土層位移在地鐵和民宅方向搖擺,偏移方向搖擺不定,對某一具體位置,偏向地鐵或民宅的程度也不相同,這跟樁基成孔和灌注混凝土的施工過程有關(guān),也與地面荷載和降雨等天氣因素有關(guān),綜合因素比較復(fù)雜。

(2)總體來看,土層水平位移從底部到地表逐漸增加,呈現(xiàn)非線性增加的規(guī)律。

(3)1#測斜管在樁基施工完成后較長的時間內(nèi),土層水平偏移仍呈現(xiàn)左右搖擺的趨勢,其原因可能是此處路基護(hù)坡挖出卸載引起的,也與降雨密切相關(guān),同時此位置處于公路旁邊,車輛的頻繁運(yùn)行也是一個重要的原因。而其他測斜管在臨近樁基施工完成后便呈現(xiàn)向一個方向偏移并且位移也呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢。

(4)3#測斜管處的土層水平位移在3月15日突然出現(xiàn)向地鐵方向急劇偏移的趨勢,偏移量突然增大,這可能跟當(dāng)時的地面荷載以及混凝土灌注的速度有關(guān)。

(5)各測點(diǎn)在樁基施工中的沉降值均未達(dá)到報警值,施工安全。

圖4 測斜管土體水平位移隨時間的變化

2.3 隧道結(jié)構(gòu)變形觀測

各測點(diǎn)(圖1)累積隧道結(jié)構(gòu)變形隨時間的變化規(guī)律如圖5所示。

從圖5可以看出,測點(diǎn)1、5之間和測點(diǎn)2、4之間的累積變形基本上呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律,并且變形值很小,最大為0.97 mm,說明樁基施工對地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響很小。隧道結(jié)構(gòu)累積變形指隧道水平2監(jiān)控點(diǎn)距離與初始值的差值,正值表示向隧道外擴(kuò)張,負(fù)值表示向隧道內(nèi)收斂。

測點(diǎn) 3用來監(jiān)測隧道的隆沉,樁基施工后,監(jiān)測到隧道結(jié)構(gòu)上隆了0.5 mm,上隆量很小,這也反映出樁基施工對地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響較小。

圖5 隧道結(jié)構(gòu)變形隨時間的變化

3 結(jié)論

通過對大石—漢溪區(qū)間地鐵隧道結(jié)構(gòu)地面沉降變形、地層周圍土體水平位移和地鐵結(jié)構(gòu)(里程ZJK16+292 m)變形觀測,并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到以下結(jié)論:

(1)地鐵隧道的地面沉降在公路匝道樁基施工過程中存在波動,離樁基越遠(yuǎn)的地方沉降越小,但最終都能趨于穩(wěn)定,其中第1類和第2類沉降點(diǎn)均是在旋挖成孔時產(chǎn)生較大的隆起,之后隨著混凝土的灌注漸漸下沉直至穩(wěn)定,但穩(wěn)定值仍是向上隆起。

(2)在樁基施工過程當(dāng)中,每個測斜管對應(yīng)的土層位移在地鐵和民宅方向搖擺,偏移方向搖擺不定,對某一具體位置,偏向地鐵或民宅的程度也不相同,這跟樁基成孔和灌注混凝土的施工過程有關(guān),也與地面荷載和降雨等天氣因素有關(guān),總體來看,土層水平位移從底部到地表逐漸增加,呈現(xiàn)非線性增加的規(guī)律。

(3)地鐵結(jié)構(gòu)累積變形基本上呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律,并且變形值很小,最大值為0.97 mm,說明樁基施工對地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響很小。

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