复杂环境下地铁车站施工监测与分析

复杂环境下地铁车站施工监测与分析

地铁工程的车站建设通常采用地下法，环境复杂。由于周围项目条件的复杂性，必须建造许多重要的建筑和建筑物。由此可能产生2类问题:一是地铁施工过程需要基于统一的标准来进行安全与质量控制,而统一标准的制定是基于一类构筑物或建筑物的特征,如果基于一般标准来控制关键区段的施工,一定程度上会造成长线地铁施工过程中关键区段与基于共性的控制标准部分脱节的问题;二是地铁施工过程中,如果根据一般设计标准控制,难以满足基于地铁功能设计的施工方案要求;如果基于一般的施工方案又无法满足周边重要构筑物的设计控制标准,一定程度上造成了城市建设中地下工程开挖与周边已有重要构筑物的安全运营难以协同的问题。沈良帅运用FLAC3D对该类工程3种备选开挖方案进行了施工过程数值模拟分析和方案优化。蔚立元等人分析了特定方案下3条隧道工作面后拱顶下沉量与相应掌子面距离逐渐增大时的变化曲线。徐中华研究了开挖对周边建筑物的影响。李俊探讨了位移、沉降与内力大小及变化规律。郑刚基于实测和建立三维有限元模型,研究了基坑开挖对临近桩基产生的影响。本文对于前面所提出的城市中心隧道施工可能存在的2类问题,及其相应施工方案进行了研究。1基坑及基坑难点武汉地铁2号线循礼门车站位于汉口解放大道与京汉大道之间的江汉路正下方,平行于江汉路布设。车站西端为解放大道及循礼门下穿地道,东端为京汉大道和已建成的轻轨1号线,本站为轨道交通2号线车站,与已建成的轻轨1号线江汉路站换乘。车站为标准地下两层车站,地下一层为站厅层;地下二层为站台层。起止点桩号为CK10+658.000~CK10+841.000,总长183.114m,标准段外包30.5m。主体结构顶板覆土厚度2.42~5.26m左右,底板埋深20.5m,基坑底位于粉砂层(4-1)和粉细砂层(4-2)上,潜水水位在地面以下0.5~2.0m。站台为地下两层岛式站台,车站总建筑面积约为13463.3m2。拟建场区地势平坦,原始地貌属长江冲积一级阶地,地层自上而下描述如下:杂填土,层厚0.8~4.2m;粘土层,层厚3.6~11.5m;粉质粘土,厚度6.4~8.0m;淤泥质土,层厚1.2~3.6m,呈透镜状;粉质粘土、粉土、粉砂互层,厚度2.2~7.2m;粉砂,厚度4.7~10.0m;粉细砂,厚度15.7~25.4m;粉质粘土层一般厚约2.0~3.0m,最大可达5.6m;含砾中粗砂,厚度1.3~3.5m,底板埋深约在47.0~50.0m间;砾卵石,厚度0~3.8m,分布不连续,埋深在47m以下;砂砾岩,厚度0.4~0.8m,埋深49.5~52.1m;泥岩,基岩顶板高程为-28.1~-24.3m,埋深49.1~51.8m。循礼门车站离武汉轻轨两侧最近距离分别为1.25m和2.38m。二桥墩截面3.8m×4.2m,下部4根48m摩擦桩,桩径1.2m。车站施工中,地铁车站围护结构与轻轨桥墩的位置及盖挖段加固方案如图1、图2所示。2武汉地铁关键施工地段监测方案施工监测是信息化施工的重要组成部分,对于复杂环境下的关键施工区段尤为重要。可以分析车站开挖周围土体在施工过程中的变形特征,明确工程施工对原始地层的影响程度及其潜在风险;可以分析围护桩及支撑的受力变形情况,并进一步进行稳定性分析;可以及时分析施工方法的实施效果,反馈相关信息,对开挖、支护参数进行及时调整。一般来说,基坑的变形测量工作应从施工前开始,到结构稳定后终止。测量前应对施工现场工程土质情况及支护工程进行原始记录;当天气、地震等环境因素显著变化时,应增加观测频率,基坑结构体与土体趋于稳定期间可延长观测频率,剧烈变动期间应缩短观测频率。对武汉地铁关键施工区段的施工,根据基坑施工方案的技术特点及周边环境,以及仪器特点、规范要求等进行监测,监测项目及其相关信息如表1所示。循礼门车站采用施工和第三方同时监测,以施工监测为例。设桥墩沉降观测点4个,桥墩位移观测点4个,从2008年7月13日到2008年11月28日,累计监测102次。到2009年1月13日,最大沉降12.0mm,相邻桥墩最大差异沉降11.3mm。监测点布置如图3所示,施工方和第三方监测的累计沉降如图4和图5所示,桥墩沉降变形如图6和图7所示。由图5可以看出,临近基坑的2个桥墩Q2、Q3的沉降较大,而较远的2个桥墩沉降相对较小。这样,引起了Q1、Q2与Q3、Q4间较大的差异沉降,且2组差异沉降均超过10mm,均已超过初始设想的工程预警值。3轻轨桥墩沉降监测技术主体结构基坑围护采用地下连续墙,地下连续墙深度48.5m;支护结构的顶板抬高段设置5道支撑,其中第1道采用钢筋混凝土支撑,第2~5道采用钢支撑,第4道采用双拼设置。盖挖段设5道支撑,第2道采用钢支撑,其它均采用钢筋混凝土支撑。其余段设置4道支撑,第1道采用钢筋混凝土支撑,其它3道为钢支撑,第3道采用双拼支撑。钢支撑均采用直径609mm,壁厚16mm的钢管。为加强基坑的稳定,在5个大的拐角处,设300厚C30混凝土角撑,层数同支撑,上下与钢支撑错开。鉴于基坑施工过程中影响到相关桥墩前期沉降已超过10mm,在架设钢支撑并进一步开挖土方的过程中应做到以下几个方面。3.1在紧邻基坑的桥墩Q2、Q3的其它3个面,加设了沉降监测点,在墩顶加设了水平位移监测点。3.2施工现场条件许可前提下,在基坑降水过程中,提高监测频率。3.3加大施工协调力度,加快地下连续墙围护结构施工进度,确保在地下连续墙完全封闭后再进行基坑降水开挖施工,以减小地下水流失引起的轻轨桥墩变形。3.4在基坑降水开挖前,进行轻轨桥墩附近孔隙水压力和地下水位监测。3.5采用基坑内降水试验,检查地下连续墙止水效果,确保基坑降水有效进行。如降水不利,应对地下连续墙渗漏水处进行墙内及接头缝注浆,特殊情况下可考虑采用化学注浆方法处理。3.6为减小基坑开挖过程中围护结构变形引起的轻轨桥墩沉降,施工时应注意做到先撑后挖,确保基坑支护体系的稳定性,尽量避免基坑土方超挖现象。3.7基坑紧邻桥墩均匀沉降、不均匀沉降、最大水平位移超出相关规范的规定时,根据实际情况可采用自动连续监测系统以全面准确的掌握轻轨桥墩的沉降、水平位移变化情况,加强信息化施工,并会同各方及时采取可行的措施。在以上措施实施后,相关桥墩沉降及差异沉降在基坑开挖工程中趋于稳定(图8、图9)。以施工方监测数据为例,远离基坑的两桥墩(Q4与Q1)沉降分别稳定在7mm和5mm,相邻基坑的两桥墩(Q3与Q2),沉降分别稳定在15mm和18mm。施工方监测数据与第三方监测数据绝对值上存在一定差别的原因是监测过程中监测点的布置、监测人员的构成等因素造成。总体来说,双方的监测数据基本吻合。4基坑沉降随通过措施地铁施工中,一定程度上存在长线地铁施工关键区段与基于共性的控制标准部分脱节的问题。本文以武汉地铁2号线循礼门车站为例,基于土层分布情况,分析了基坑与轻轨桥墩的相对位置,调整优化了施工方案,采取增加监测点,