成都東站合建中超大深基坑監(jiān)測技術(shù)研究

1、成都東站合建中超大深基坑監(jiān)測技術(shù)研究【摘 要】在四川成都東站國鐵地鐵合建工程中，由于地質(zhì)情況及周邊環(huán)境復(fù)雜，因此，對(duì)基坑施工監(jiān)測提出安全等級(jí)要求較高。針對(duì)這一要求，結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)基坑監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了研究并采取了相應(yīng)的技術(shù)措施，最終達(dá)到要求，保障了列車的安全運(yùn)營?！娟P(guān)鍵詞】國鐵地鐵合建 超大深基坑 監(jiān)測 安全系數(shù)1 工程概況 四川成都地鐵沙河堡站是地鐵 2、7 號(hào)線的換乘站，車站位于新建國鐵成都東客站下。地鐵 2、7 號(hào)線呈“十”字交叉，7號(hào)線車站為地下 3 層島式車站，底板為軌道面，地下 2 層中板與 2 號(hào)線軌道面交叉，地下 1 層為國鐵西站房（以下簡稱西站房）大廳。地鐵 7 號(hào)線車站采用

2、 3 層三跨的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中地下 1 層為西站房國鐵大廳，建筑總高 16.73m，長度 186 m，寬度 28 m。地下 3 層凈高 7.65 m，地下 2 層凈高 6.97 m。中板及底板自 X向 A 軸線方向 2%結(jié)構(gòu)找坡，基礎(chǔ)底板 1.2 m 厚，中板厚度 0.4 m 與地鐵 2 號(hào)線相連板厚0.7 m，剪力墻地下 3 層墻厚 1.0 m，地下 2 層墻厚 0.8 m，內(nèi)柱尺寸 1 m0.8 m，縱向梁截面 2 m 寬0.9 m 高，橫向0.8 m 寬0.7 m（圖 1）。 地鐵 7 號(hào)線圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁加鋼支撐體系完成，圍護(hù)樁按照使用功能分為普通圍護(hù)樁、立柱樁、玻璃纖維樁 3種

3、?；樱? 號(hào)線地鐵基坑從西站房國鐵 -13.8 m 底板標(biāo)高至 -31.238 m 垂直開挖，巖層 -13.8 m -20.5 m 為中風(fēng)化泥巖，-20.5 m 基底為弱風(fēng)化泥巖，基坑長度 196 m，寬度34 m。支撐體：系采用圍護(hù)樁及兩道鋼結(jié)構(gòu)支撐，圍護(hù)樁共計(jì) 244 根，玻璃纖維樁 16 根，立柱樁 36 根，樁徑 1.2 m，樁長20.5 m，土面開挖至基底樁嵌入泥巖深度不少于 3.5 m，水平鋼支撐共計(jì) 106 根，斜支撐 48 根。樁間土面采用 120 mm厚，8150 mm 網(wǎng)噴混凝土組成。 普通圍護(hù)樁主要是為滿足基坑開挖過程中對(duì)土體側(cè)壓力支撐及為鋼支撐提供支撐點(diǎn)；立柱樁的主要

4、作用是因基坑跨度較大，以增加鋼支撐體系的整體剛度；玻璃纖維樁的主要作用是提供盾構(gòu)區(qū)間連接預(yù)留（圖 2、3）。2 基坑地質(zhì) 本工程基坑開挖面積大、施工影響范圍大，且一直保持正常運(yùn)營的既有成昆鐵路從基坑中部橫穿而過，周邊環(huán)境情況復(fù)雜，屬于復(fù)雜條件下的深、大基坑工程。若基坑工程出現(xiàn)破壞，將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。所以，本工程的安全等級(jí)為一級(jí)（最高等級(jí)）。因此，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB 50330-2002）和建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ 120-99）的規(guī)定，必須對(duì)本工程進(jìn)行嚴(yán)密的施工動(dòng)態(tài)監(jiān)控。 在基坑開挖深度范圍內(nèi)依次分布有人工素填土、人工雜填土、軟土、成都黏土、粗圓礫土、粉土、粉質(zhì)黏土、

5、中砂、泥巖等土層。其中成都黏土、黏土、礫石土、泥巖等有弱中等膨脹性，且局部有強(qiáng)膨脹性。泥巖質(zhì)軟，遇水易開裂，節(jié)理發(fā)育，屬于典型的工程性質(zhì)不良的地基土。3 基坑監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用3.1 車站監(jiān)控量測項(xiàng)目（圖 4、圖 5） 車站監(jiān)測主要項(xiàng)目包括:圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、土體側(cè)向變形、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、孔隙水壓力）圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力、地面沉降、地下水位、支撐軸力、橫撐變形、鋼筋應(yīng)力、對(duì)采取臨時(shí)懸吊的管線、既有鐵路線路沉降變形和降水試驗(yàn)。3.2 監(jiān)測依據(jù) 根據(jù)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程、計(jì)算資料及類似工程經(jīng)驗(yàn)制定本工程監(jiān)測警戒值如下： （1）位移報(bào)警值：位移40 mm（周邊無建筑物、支撐和地下管線）； 位移20 mm（周邊有

6、建筑物、支撐和地下管線）； （2）沉降報(bào)警值： 沉降30 mm（周邊無建筑物、支撐和地下管線）； 沉降20 mm（周邊有建筑物、支撐和地下管線）； （3）土壓力報(bào)警值為設(shè)計(jì)土壓力值的 2 倍（考慮到因支護(hù)橫撐作用產(chǎn)生的局部壓力集中現(xiàn)象）； （4）孔隙水壓力報(bào)警值為該處地下水位所產(chǎn)生的靜水壓力理論值的 1.11.2 倍。3.3 成都東站地鐵 7 號(hào)線深大基坑 P laxis 有限元模擬 Plaxis是歐美十余所大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的巖土工程專用有限元軟件，程序應(yīng)用性非常強(qiáng)，能夠模擬復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，尤其適合于變形和穩(wěn)定分析。目前已在歐美、亞太地區(qū)廣泛應(yīng)用。該軟件能 提供 多 種 土體 本 構(gòu) 關(guān)系 ，

7、如 TheMohr-Coulomb model、The Jointed-Rock model、Soft-Soil-Creep model和用戶自定義土體本構(gòu)模型等。對(duì)土工常用結(jié)構(gòu)形式如板、樁、墻、錨桿、路基、隧道等都可以實(shí)現(xiàn)模擬。3.3.1 模型建立 對(duì)于本基坑工程，可以用二維平面應(yīng)變模型來模擬基坑的三維支護(hù)（圖 5）。以鋼管橫撐 HCZL7-1/7-2 處為計(jì)算截面?？紤]到基坑周圍受到的荷載作用，在0.00 平面上預(yù)加10 kN 荷載，在 -18.8 平面上預(yù)加 10 kN 荷載作用。3.3.2 施工步驟 （1）每次開挖至下一根錨桿位置，進(jìn)行錨桿和網(wǎng)噴施作。直至開挖至 -18.8 m 處；

8、（2）開挖至 -20.4 m 后，施作網(wǎng)噴和支護(hù)樁； （3）分別開挖至 -22.5 m、-24 m 后，施作樁間網(wǎng)噴； （4）開挖至 -26.4 m 后，施作樁間網(wǎng)噴；加第一排橫撐，預(yù)加應(yīng)力 -550 kN； （5）分別開挖至 -29 m、-31 m 后，施作樁間網(wǎng)噴； （6） 開挖至 -32.4 m 后，加第二排橫撐，預(yù)加應(yīng)力-900 kN； （7）分別開挖至 -31 m、-33 m、基坑底，施作樁間網(wǎng)噴。3.3.3 計(jì)算結(jié)果分析 （1）基坑變形及應(yīng)力 從圖 6 圖 11可見，整個(gè)系統(tǒng)潛在滑移面在基坑上部邊坡處。正常情況下該處強(qiáng)度折減安全系數(shù)為1.488（計(jì)算曲線見圖14），滿足要求。且深基

9、坑范圍的安全系數(shù)大于邊坡處。 （2）橫撐軸力 從表 5 中可看出，上排橫撐 HCZL7-1 實(shí)測最大軸力713 kN，實(shí)測平均值為 364.4 kN，相對(duì)誤差為 0.49%；下排橫撐 HCZL7-2 實(shí)測最大軸力 486 kN，實(shí)測平均值為 231.7 kN，相對(duì)誤差為 17.1%?？梢?，有限元計(jì)算值與實(shí)測值吻合較好。 （3）土體水平位移（圖 12） 模型選取截面處土體測斜管編號(hào)為 TTCX7-2。土體最大水平位移的有限元模擬值為 26.30 mm，實(shí)測土體最大水平位移為 27.12 mm。從表 2 對(duì)比可知，土體最大水平位移相對(duì)有限元模擬值偏大 3.02%，但相差較小，模擬效果良好。 （4）

10、支護(hù)樁水平位移（圖 13） 模型選取截面處樁身測斜管編號(hào)為 ZSCX7-3。從表 7 對(duì)比可知，土體最大水平位移的有限元模擬值為 13.86，實(shí)測值為 12 mm，相對(duì)誤差為 15.5%。對(duì)比可知：樁身最大水平位移有限元模擬值相對(duì)實(shí)測值略大，模擬效果良好。 （5）安全系數(shù)計(jì)算 通過有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算整體結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)如圖14。 通過有限元計(jì)算得出，7 號(hào)線基坑最危險(xiǎn)開挖的兩個(gè)階段（即分別為施加第一和第二道橫撐之前）的整體性安全系數(shù)為 1.448，完全滿足工程要求，因此，基坑的開挖及支護(hù)均是安全、穩(wěn)定的。但需注意的是：在整個(gè)開挖過程中需注意減少可能對(duì)邊坡穩(wěn)定有干擾的可能因素，開挖過程中應(yīng)即時(shí)監(jiān)

11、測邊坡水平位移及變形情況，一旦出現(xiàn)位移及變形過大或發(fā)展過快的情況，應(yīng)加強(qiáng)觀測頻率并且及時(shí)報(bào)告，以便采取應(yīng)對(duì)措施。 （6）特殊情況下安全系數(shù)計(jì)算 2009 年 9 月 11 日和 12 日，7 號(hào)線基坑地下一層出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，其滑移面與上述有限元模擬值吻合。這是由于邊坡在開挖后，邊坡頂部及其排水溝局部出現(xiàn)了裂縫，再加上失穩(wěn)前幾天連續(xù)的降雨，因雨量大、時(shí)間長，使得邊坡開始出現(xiàn)位移突然增大引起開裂，使得雨水經(jīng)過裂縫流入坡體，使得土體自重增加、抗剪強(qiáng)度及粘聚力減小、滑動(dòng)力矩增大和抗滑力矩減小。因此，安全系數(shù)慢慢的減小至臨界值 1 附近時(shí)，邊坡在潛在滑移面上產(chǎn)生了整體滑移。 為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，這里運(yùn)用 Plaxis有限元軟件對(duì)降雨情況對(duì)邊坡的影響進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。由于降雨邊坡滲水的影響，內(nèi)摩擦角直徑折減為原來的 72%，粘聚力折減為原來的折減為原來的 75%。由此計(jì)算出的安全系數(shù)為 1.001（圖15），非常接近于 1 的臨界狀態(tài)，由于雨水滲入邊坡，使得邊坡水平位移與豎直位移都突然增大（水平計(jì)算值為 33.68cm，豎直位移計(jì)算值為 23.84 cm，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了限值），如果再考慮邊坡進(jìn)水對(duì)土重度的影響，滑坡推力會(huì)進(jìn)一步增加，