地铁车站基坑变形的第三方监测分析

地铁车站基坑变形的第三方监测分析

1项目总结1.1地下车站结构组成首都国际机场线东门站位于北京市东二环路东侧，东门外道路以北，为东西向。车站西侧为东直门立交北桥和地铁2号线东直门站,南侧紧邻东直门外大街,距北侧西部的城铁13号线东直门交通枢纽结构(地下2层、地上4~5层)仅2m,距北侧东部的东华广场(在建)仅1.4m。机场线东直门站平面位置见图1。机场线东直门站为地下车站,包括主体结构(含安全线)和附属结构两部分。该站结构形式较为复杂,车站主体由6段独立结构组成:A区(单层暗挖双联拱结构,长34.05m,宽18.54m,深27m)、B区(4层双跨单柱箱形结构,长56.70m,宽22.44m,深27.76m)、C区(单层结构,上跨和下穿13号线折返线,长32.16m,宽16.52m,深26.07m)、D区(5层3跨双柱箱形结构,长32.75m,宽22.44m,深26.53m)、E区(双层单跨暗挖结构,长15.13m,宽5.8m,局部宽6.8m)、F区(单层单跨暗挖结构,长14.68m,宽5.5m)和安全线(暗挖单跨单拱结构,长28.20m,宽12.5m),主体结构总长183.86m。B、D区采用明挖法施工,桩撑+桩锚支护体系,B区上部为3层钢支撑,下部为3层锚索;D区上部为4层锚索,下部为2层钢支撑。车站环境控制为特级,基坑安全等级为一级。1.2地下水环境概况该区地层自上而下依次为人工填土层(粉土填土、杂填土)、第四纪全新世冲洪积层(粉土、粉质黏土)和晚更新世冲洪积层(圆砾、中粗砂、粉细砂、卵石等),车站基底位于砾砂层或粉质黏土层中。场区存在3层地下水:①潜水:水位标高26.31~26.65m,埋深14.40~14.80m。②承压水:水头标高17.13~17.50m,埋深23.10~23.90m。③承压水:水头标高12.00~12.57m,埋深27.90~28.60m。地下水对混凝土结构无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性,在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性。基底距第3层承压水约5m。2监控计划2.1避免安全事故发生的风险1)实时监控基坑施工过程中工程结构、周边环境对象的各项变形,提供及时、准确的监测数据,进行必要的预警、预报,避免安全事故的发生,确保工程建设的顺利开展和周边环境的安全。2)将监测结果反馈给设计和施工方,为设计方提供更符合实际情况的参数,便于检验施工效果,调整施工工艺,采取应对措施,实现信息化施工。3)为类似复杂环境下深基坑开挖的重大风险工程积累变形资料,提供典型的监测实例。2.2环境监测工作的工作根据工程特点和设计要求,机场线东直门站第三方监测工作是对施工方的监测检核(部分测点为施工方布设),并对周边环境对象的安全状态进行监控。具体监测项目、监测仪器和精度、监测频率和周期等内容见表1。2.3建立健全预警、报警制度在监测过程中按照预警、报警、控制三级预警管理制度进行预警、报警,并采取相应的控制措施。预警值、报警值分别取控制值的70%、80%。根据工程特点和设计要求,东直门站监测控制指标见表2。2.4测量点的配置12监测水平位移和沉降在基坑角点、边中点、支撑端头位置布设测点,北侧加设测点,共计30个测点,实测20个。22桩体变形监测在基坑角点、边中点、支撑端头位置布设测点,共8个测点。3层钢支撑测点采用施工方测点,在钢支撑中部布设,B区3层钢支撑每层3个测点,D区2层钢支撑,每层2个测点,共13个测点。表面应变计均匀固定在钢支撑四周,每个测点设2~3个应变计。42锚地张力监测采用施工方测点,B区3层锚索每层6个测点,D区4层锚索每层2个测点,共26个测点,实测12个。5监测地表沉降采用施工方测点,每5m布设监测断面,断面上5~10m间距布设测点,实测88个。6结构建筑物的沉降监测采用施工方测点,包括东直门立交桥、竖井井口、既有城铁车站结构、地铁通道等的监测,共40个测点。7结构建筑物的裂缝监测每条裂缝至少布设2组观测标志,1组在裂缝最宽处,1组在裂缝末端,共监测4条城铁地下通道的裂缝。8污水管的监测对工程暗挖段的7800mm×1700mm暗沟、9100mm×4200mm盖板河、ϕ1500污水、ϕ1650污水管进行监测。考虑到该范围内已有较多地表沉降测点,故布设少量地下土体沉降桩,作为间接测点,共13个测点。9结构的水平位移和沉降根据设计要求,监测既有13号线东直门站南端结构的水平位移和沉降。在受施工影响的车站南端头布设3个断面,每个断面上下各1个测点,共6个测点。各监测项目的测点布设具体位置见图2。3监测结果3.1顶水平位移比较监测工作从2006年5月22日—2007年5月30日,由于受施工影响,D区监测数据不太完整,B区监测数据较完整,典型监测曲线见图3。由监测结果可知,桩顶水平位移数值较大,B区基坑南侧和北侧的监测点自监测开始(2006年5月—9月底)向南均有较大位移,北侧测点最大位移26.4mm(北侧东角点),南测点最大位移24.7mm(南侧西角点)。分析认为,桩顶整体南移的原因主要是既有城铁结构随气温升高膨胀,对基坑支护结构挤压,使基坑结构上出现东北-西南对角线的较大变形。2006年10月后桩顶整体向北回移,印证了气温影响的观点。监测结束时,桩顶均向基坑内部位移。D基坑南、北侧的监测点也有类似的向南整体移动的现象。3.2桩顶沉降趋势由于受基坑土方开挖、基底土体回弹以及C区上部开挖的影响,B、D基坑在2006年9月左右上浮比较明显,最大值为12.5mm(北侧东部),施工结束后的2007年7月,由于C区加载作用,桩顶呈下沉趋势,最大值为-8.0mm(南侧东部)。桩顶沉降典型监测曲线见图4。受基坑北侧既有城铁车站结构挤压和在建东华广场基坑开挖回弹的影响,B、D基坑在监测期间整体呈北高南低的状态,2006年1月之后变化才比较平缓。3.3监测数据分析桩体变形监测结果也反映了基坑受周边荷载和土体回弹影响,大部分监测孔有整体南移和向北回归的过程,反映在监测曲线上表现为大量变形负值(正值为向临空面的变形)的出现。施工过程中,部分监测孔监测数据超过预警值,但超值不大。最终累计变化最大值17.83m,位于D基坑东侧-1.5m处,变形方向向东,大部分测孔数据未超值。桩体变形典型监测曲线见图5。3.4b桩体变形支撑轴力均未超过预警值,锚索拉力点有3个测点超过预警值。B基坑共3道钢支撑,最下部第3道钢支撑所受轴力最大,接近基坑中部,相应附近桩体变形较大;D基坑共4层锚索,其中第3层锚索所受拉力最大,也是基本位于基坑中部。3.5基坑沉降情况竖井井口沉降在施工初期变化缓慢,受工程施工、环境条件、地质条件等综合影响,大约在2006年5月基坑整体出现南移时,竖井井口呈上浮趋势,6月后逐渐下沉,最大沉降量为-9.0mm,2007年4月又呈上浮趋势。整个监测过程中,累计沉降量较小,变化速率也较小。3.6基坑整体南移,设载体或n东直门立交桥在施工初期变化缓慢,受工程施工、环境条件、地质条件等综合影响,2006年7月基坑整体南移时,东直门立交桥呈上浮趋势;2006年11月,基坑整体向北回移,东直门立交桥逐渐转为下沉。在整个监测过程中,最大上浮量为+3.6mm,累计沉降量较小,变化速率也较小。3.7沉降趋势监测地下管线自监测工作开展以来,一直呈下沉态势,最大沉降量达到-38.8mm,监测后期变化比较平稳。地下管线沉降量虽然较大,但未出现破坏现象。3.81既有13号线车站结构对比13号线车站结构监测典型监测曲线见图6,由监测结果可知,由于基坑开挖的土体回弹和气温变化的影响,13号线车站结构约从2006年8月开始出现上浮,随着气温的逐渐降低,2006年11月底,车站结构开始下沉,之后变化逐渐趋于平稳。最大上浮量达到+5.2mm,最大沉降量为-4.4mm。研究认为既有13号线车站结构出现上浮、下沉的变化过程主要原因是气温的季节性变化。在2006年11月之后,随着C区上跨13号线既有折返线基坑开挖的完成,既有折返线结构出现上浮,相应13号线车站结构出现向北的水平位移。C区上跨基坑完成回填,下穿开始施工,既有折返线变为沉降后,既有车站结构水平位移量逐渐较小,累计最大水平位移达22.9mm。3.91暗挖段下沉量的测定本工程共监测了隶属于13号线东直门站的3条地下通道,结果表明,在暗挖段以及安全线暗挖段下穿中心位置附近,13号线地下通道的下沉量最大,最大沉降量为-34.9mm。监测末期,变化速率减小,变形逐步趋于稳定。3.1013号线通道的裂缝监测本工程在13号线地下通道发现了4条裂缝,最大宽度达到5.3mm,每天的发展速率小于0.07mm。3.11地表沉降变化由监测结果可知,暗挖段对上方土体的影响比较大,A区暗挖段地表最大沉降量达到-52.4mm,测点位于暗挖段中心线上方地表,紧邻B基坑西侧;安全线暗挖段的地表最大沉降量达到-38.5mm,测点位于安全线暗挖段中心线北侧10m附近。受基坑开挖影响,地表沉降整体上从安全线暗挖段到A区暗挖段呈逐步增大趋势。B、D基坑周边地表沉降监测初期呈上浮状态,然后逐渐下沉,最大沉降量达到-16.0mm,测点位于B区南侧东部;最大上浮量达到+8.9mm,测点位于D区南侧中部。地表沉降监测典型曲线见图7。4周边基坑变形经过历时1年4个多月的第三方监测工作,首都国际机场线东直门站的施工顺利完成。准确的监测数据和及时的预警报警使多起安全警情得到及时、有效的处理。通过东直门基坑的第三方监测,总结了宝贵的工程经验,得到以下认识:1)机场线东直门站基坑周边的既有13号线东直门地铁站、在建东华广场基坑等,对工程基坑的变形产生了较大的影响,基坑出现整体南移和向北回移的特殊现象。2)基坑工程施工周期较长,因温度的季节性变化使既有13号线车站结构产生热涨冷缩效应,进而影响基坑结构,造成基坑整体的相应变形。类似近处存