某鐵路明挖隧道基坑監(jiān)測優(yōu)化分析
2015-06-11
1 工程概述
某新建客運專線鐵路站前工程DK798+360~DK798+750段為敞開明挖四線隧道基坑，隧道基坑寬度約為32.0m，開挖深度為4.00m～8.50m，兩側邊坡根據地質不同按1：1.00~1：1.50進行放坡開挖，基坑邊坡采用φ22@1500*1500 mm土釘+100mm厚C20噴射砼護面作為臨時支護形式；其中DK798+360~DK798+700開挖深度范圍土層主要為泥質粉砂巖，邊坡按1：1.00設計；里程段DK798+700~DK798+750開挖深度范圍內主要為粉質粘土，邊坡按1：1.50設計。平時少雨季節(jié)時，該段隧道基坑地下水位一般在地表以下8m～9m，地下水位基本處于基底以下。
本明挖隧道設計為二級基坑，設計圖紙按線路20 m設置1個監(jiān)測斷面，分別對基坑周圍地表沉降、邊坡坡頂水平位移、土釘軸力和基坑周圍地下水位等進行監(jiān)測，以確保基坑的安全可靠。（隧道監(jiān)測橫斷面見圖1-1所示）
2 設計監(jiān)測項目
2.1 隧道基坑周圍地表沉降
根據設計要求，隧道基坑周圍兩側地表各布設4個觀測點，距基坑邊線分別為2m、6m、12m、20m，其中，坡頂觀測點為水準觀測點和水平位移觀測點兼用點。監(jiān)測斷面間距為20m，可根據實際施工情況進行調整。隧道基坑周圍地面沉降變形要求不大于40mm，因此，水準網的觀測需按國家二等水準施測，每個測點的測站高差中誤差不大于0.5毫米?；谏鲜鲈O計要求，隧道周圍地表沉降觀測采用Leica-DNA03數字水準儀（精度為0.7mm，加測微器0.3mm）配合0.5cm分劃銦鋼標尺測設觀測點頂部高程的變化量來實現。
2.2 隧道基坑邊坡坡頂水平位移
根據設計要求，隧道基坑邊坡坡頂水平位移設計控制值不大于30mm。因此，平面網的觀測需按監(jiān)測點坐標中誤差為1.5mm。監(jiān)測斷面間距為20m，可根據實際施工情況進行調整?；谏鲜鲈O計要求，邊坡坡頂水平位移觀測設備采用Leica-TCR1201+R400（精度為“1″，1.0+1.5ppm”）進行極坐標法水平位移外業(yè)觀測，其水平角、邊長觀測測回數一般不低于兩測回。
2.3 土釘軸力
根據設計要求，基坑兩側邊坡中土釘軸力的測試位置分別為距土釘外端1m處和2/3L處。監(jiān)測斷面間距為20m，可根據實際施工情況進行調整。土釘軸力的監(jiān)測通過在土釘中按設計位置埋設錨桿測力計來實現，并通過高性能弦式頻率讀數儀測設支撐軸力計的變化量來推斷土釘的整體受力變化。
2.4 隧道基坑周圍地下水位
根據設計要求，在隧道兩側的土體中距基坑邊線至少2m處各埋設一水位測試孔，地下水位監(jiān)測管埋設深度不小于基坑開挖深度+0.5m。監(jiān)測斷面間距為20m，可根據實際施工情況進行調整。
3 監(jiān)測結果分析
DK798+360~DK798+700開挖深度范圍土層主要為泥質粉砂巖，而DK798+700~DK798+750開挖深度范圍內土層主要為粉質粘土，為DK798+360~DK798+750范圍內的土層突變區(qū)域。按設計要求布設監(jiān)測斷面，監(jiān)測斷面較多，因此監(jiān)測結果分析時主要根據土層分布情況取2010年4月~2011年2月期間基坑典型監(jiān)測斷面進行分析。
3.1 隧道基坑周圍地表沉降觀測結果分析
由于隧道基坑周圍地表沉降觀測點數量過多，僅對基坑兩側坡頂觀測點的沉降觀測結果進行分析。
3.1.1 隧道基坑DK798+360~DK798 +750左側7個月內的累計沉降值為-0.80mm～6.38mm（未超過設計限值40mm），目前，沉降速率為0.01mm/d～0.03mm/d。
3.1.2 隧道基坑DK798+360~DK798+ 685右側（巖質邊坡）7個月內的累計沉降值為-2.36mm～9.29mm。 DK798+725 ~DK798+745右側（土質邊坡），由于2010年5月7日凌晨暴雨導致邊坡發(fā)生滑坡，目前的累計沉降值高達306.33mm～677.68mm（DK798+745-D5點）（遠遠超過了設計限值40mm），目前，沉降趨勢已經穩(wěn)定，沉降速率為0.01mm/d，如圖3-1。
3.2 隧道基坑邊坡坡頂水平位移觀測結果分析
3.2.1 隧道基坑DK798+360~DK798+ 750左側邊坡坡頂觀測點6個月內沿基坑邊線法線方向的累計位移值為7.92mm（向基坑內）～15.97mm（向基坑內）。
3.2.2 隧道基坑DK798+360~DK798+ 705右側（巖質邊坡）邊坡坡頂觀測點6個月內沿基坑邊線法線方向的累計位移值為7.88mm～15.70mm。而DK798+725~ DK798 +745右側（土質邊坡），由于2010年5月7日凌晨暴雨導致邊坡發(fā)生滑坡，其位移累計值為137.62mm～178.48mm，遠遠超過了設計限值30mm，目前已趨于穩(wěn)定，如圖3-2。
3.3 土釘軸力觀測結果分析
DK798+680和DK798+700兩個土釘軸力監(jiān)測斷面的土層條件均為泥質粉砂巖。
3.3.1 6個月內，監(jiān)測斷面DK798+680的土釘軸力累計變化量為-2.56KN（受壓）~11.75KN（受拉），目前已趨于穩(wěn)定，如圖3-3。
3.3.2 6個月內，監(jiān)測斷面DK798+700的土釘軸力累計變化量為-18.26KN（受壓）~9.02KN（受拉）目前已趨于穩(wěn)定，如圖3-4。
因此，兩個斷面的土釘軸力非常小，也即泥質粉砂巖段邊坡是很穩(wěn)定的。
3.4 隧道周圍地下水位觀測
3.4.1 DK798+360和DK798+380兩個監(jiān)測斷面的地下水位監(jiān)測結果表明： ZW798+360、YW798+360、ZW798+380、YW798+380水位管內均無水。根據地質勘察報告可知，DK798+360~DK798+380范圍內的地下水位標高約為+3.10m，低于基坑坑底標高（約為+7.275m），與監(jiān)測結果一致。
3.4.2 DK798+720和DK798+740兩個監(jiān)測斷面上的地下水位監(jiān)測結果表明：最大地下水位下降值為2.967m（YW798+740），并于6月中旬趨于穩(wěn)定。兩個監(jiān)測斷面地下水位累計變化量～時間曲線見圖3-5。
4 結論
4.1 由于DK798+360~DK798+700開挖深度范圍內的土層主要為泥質粉砂巖，同時，結合上述監(jiān)測結果可知，各項監(jiān)測指標都比較穩(wěn)定，盡管是暴雨季節(jié)（5月7日～5月12日），均未超出設計警戒值，因此，DK798+360~DK798+700范圍內監(jiān)測斷面設計間距為20m可以進行優(yōu)化（建議值為50m）。而且，由于地下水位本來就低于基坑地表標高，因此，無需布設地下水位監(jiān)測孔，在雨水季節(jié)只需做好地表水排水措施即可。
4.2 里程段DK798+700~DK798+750開挖深度范圍內主要為粉質粘土，為DK798+360~DK798+750范圍內的土層突變區(qū)域，同時，結合上述監(jiān)測結果可知，應為重點監(jiān)測區(qū)域，因此，該區(qū)域內應該嚴格按照設計要求進行監(jiān)測。
