地鐵盾構隧道施工對周邊環境影響的監測？
廣州地鐵三號線珠-客區間盾構工程利安花園段通過正在施工的利安花園三期工地,盾構施工前該工地基坑土方開挖已經完成,正在進行工程樁施工。地鐵盾構隧道將從工程樁中間穿過,兩者最近距離1.7~1.8m。利安花園三期基坑用攪拌樁、旋噴樁止水,采用錨噴支護。該地段工程地質條件差,存在較厚的淤泥層和砂層。
盾構施工前利安花園三期周邊較大範圍內地面有明顯沈降,該區域建築大部分為多層建築,其基礎采用靜壓樁(樁長12~18m)或采用錘擊灌註樁(持力層為強風化層),還有部分建築物基礎形式不明。
由於地質和設計原因,該地段地鐵隧道頂部部分需在砂層中成孔,成孔過程中流沙和降水均可能會對周邊環境造成影響:①引起周邊地面、建築物沈降;②引起周邊土體、工程樁位移;③引起周邊水位下降,導致淤泥層固結壓縮,引起周邊地面、建築物沈降;④隧道穿過止水幕墻時由於對止水幕墻及周邊土體的擾動而引起止水幕墻的變形可能拉裂幕墻,造成基坑漏水,從而導致周邊地面、建築物沈降。基於上述考慮,在采取相關加固措施以保證周邊已有構築物安全的同時,應進行嚴密的監測,以確保周邊構築物的安全。
2 監測目的及監測內容
為了及時準確地掌握三號線珠-客區間盾構工程利安花園段施工時周邊環境和建築物的沈降、基坑變形以及對利安花園已成樁的影響,保證利安花園基坑及其前期的建築物、藝苑小區和果園場小區的建築物及其周邊環境的安全,及時發現可能存在的危險並采取相應措施,將地鐵施工對周邊的不利影響減至最小,施工中以周邊建築物及地面(管線)沈降測量、周邊水位測量、基坑止水幕墻頂部位移和沈降測量、工程樁頂部水平位移測量為主要觀測項目,並在隧道和止水幕墻交叉位置、隧道和建築物距離較近的位置進行土體深層變形測量,以便根據監測成果及時反饋信息指導施工,為信息化施工管理提供可靠依據。
具體監測項目及內容如表1。
3 監測方法和測點布置
測點布置以對周邊建築物沈降、利安花園三期基坑止水幕墻變形有較全面的了解為原則,同時,突出影響構築物結構安全的重點項目和重點部位,如地鐵隧道較近建築物和隧道與止水幕墻交叉位置增加水位測孔和土體變形測孔等。
具體情況如下述。
3.1 周邊建築物、地面(管線)沈降測量
沈降監測根據二等水準測量技術要求,按照先控制後加密的原則進行作業。選用進口精密水準儀配合銦鋼尺測量,儀器標稱精度為±0.4mm/km。
測量過程中采用相同的觀測網形,選定使用儀器和觀測人員,並盡可能選擇最佳觀測時段,在基本相同的環境和條件下進行觀測。
由於場區面積較大,為減少測量誤差,***埋設6個測量基準點:在利安花園小區埋設3個測量基準點,其中2個為深埋式基準點;在藝苑小區和果園小區,埋設3個深埋式基準點。所有深埋式基準點均鉆孔至巖層,然後在其頂部設置護罩。水準測量在水準基點穩定後進行觀測。
本項目監測以建築物結構沈降測量為主,同時測量周邊地面沈降,***布置165個測點。每棟樓根據距離地鐵隧道的遠近、基礎形式的不同布置2~12個結構沈降測點和1~4個地面沈降測點;在利安花園三期基坑南側管線位置布置8個地面沈降測點;在隧道與止水幕墻交叉的2個位置各布置6~8個地面沈降測點。
3.2 周邊水位測量
地下水位測量通過鉆孔埋設水位測管,測孔穿過砂層,到達巖層面,深度約18m。采用聲響式水位計觀測,通過每次監測的水面標高來計算地下水位在壹段時間內的累計變化量和平均變化率,從而判斷地下水位的變化對既有建築物或構築物的影響。水位測量***布置19個測孔:在基坑止水幕墻的周邊布置水位測孔,測量止水幕墻後的水位變化,測孔間距為20~40m;在距隧道較近的建築物附近布置水位測孔,測量該位置的水位變化;在果園小區布置2個水位測量剖面,按距離隧道邊3m、10m、20m的距離布置測孔,測量水位變化梯度。
3.3 基坑止水幕墻頂部位移和沈降測量
水平位移觀測使用精密全站儀配合棱鏡,采用極坐標法施測。監測工作基點在基坑四周布置,同時在遠處穩固的地方布置基準點,測量工作基點的變化情況。采用二等水平位移監測標準進行測量,變形點的點位中誤差≤3mm。測點采用強制對中,以減少對中誤差。
其沈降測量方法與周邊建築物、地面(管線)的沈降測量方法相同。
在基坑止水幕墻頂部位移和沈降測量中***布置了21個測點。在基坑止水幕墻的頂部布置測點,測點間距15~30m。
基坑周邊各項監測點布置見圖1。
3.4 工程樁頂部水平位移測量
工程樁頂部水平位移測量方法與基坑止水幕墻頂部位移測量方法相同。
工程樁頂部水平位移測量***布置20個測點。在隧道兩邊82根工程樁中選擇20根樁,在樁頂布置水平位移測點。
3.5 土體深層變形測量
土體深層變形測量(測斜)選用精密測斜儀觀測。用測斜儀觀測不同深度土體側向位移時,首先將帶有十字定向導槽的專用測斜管鉆孔預埋在土體中,在隧道開挖前測量初值。其過程如下:將儀器探頭沿十字定向導槽放至測管底,從底至頂每0.5m測壹次數值;隧道開挖過程中測量值與初值比較的差值既是每0.5m由於開挖引起的位移量,從底至頂每0.5m的位移量累計即是不同深度的位移量(測管底埋入不動層,認為管底不動)。土體深層變形測量***埋設10個測斜測孔,測孔深度為20m。在隧道與止水幕墻交叉的2個位置各布置3個測斜測孔,測量土體深層變形;在距隧道較近的建築物附近各布置1個測斜測孔,測量土體深層變形。
4 監測頻率
從工程實際情況出發,測量分為兩部分,壹部分是所有測點定期普遍測量,壹部分是對盾構機刀盤位置前後的測點進行加密觀測。觀測周期、次數:
(1)各監測項目測初值2次。
(2)地鐵隧道施工前期階段(1個月),7天測量壹次。
(3)地鐵隧道施工階段(3個月),所有測點3天測量1次;盾構機刀盤通過利安花園三期基坑時對其位置附近(盾構機前後50m、隧道左右邊線15m範圍內)的測點1天測量2次。
(4)地鐵隧道施工後(3個月),第壹個月7天測量1次;第二個月15天測量1次;第三個月測量1次。
5 監測資料分析
5.1 周邊建築物、地面(管線)沈降測量
周邊的新中國造船廠、利安花園、果園小區、藝苑小區建築物沈降監測點及其範圍內的地面點在地鐵隧道施工期間均沒有較大沈降,處於穩定狀態,特別是果園小區內加固註漿線以東的地面點沈降量較小,說明地鐵隧道施工對周邊建築影響較小;地鐵隧道經過位置上方的地面監測點在盾構機通過時出現較大沈降,其中最大累計沈降量為154.4mm,說明地鐵隧道施工對隧道經過位置上方的地面影響較大。由於監測方及時反饋資料,通知施工方註意,進行加固註漿,通過采取措施使其逐漸趨於穩定,沒有造成太大影響。盾構隧道工程通過淤泥層和砂層時對地面影響較大,在以後類似地質條件段施工中需要加強註意。
5.2 周邊水位測量
在地鐵盾構機通過基坑止水幕墻前,基坑止水幕墻周邊布置的水位測孔出現較大變化,而周邊建築物附近布置的水位測孔變化較小,通過進行加密監測後分析,認為是由於利安花園三期基坑施工降水的影響,說明地下水的聚散與消散與地下應力變化有密切關系。在地鐵盾構機快要通過基坑止水幕墻時,利安花園三期基坑施工降水井已填,所有水位測孔在地鐵盾構機通過利安花園三期基坑過程中變化均較小,沒有異常出現。
通過對所有水位觀測資料的分析,說明地鐵盾構工程由於開挖面較小和及時註漿加固對周邊水位影響較小。
5.3 基坑止水幕墻頂部位移和沈降測量
地鐵盾構隧道通過利安花園三期基坑是本項目監測的重點,在基坑止水幕墻頂部***布置21個位移和沈降測點。在地鐵盾構機通過利安花園三期基坑過程中,其中大部分觀測點的水平位移小於20mm,位移大於20mm的有三個點,具體情況見表2。
表2中位移較大的點位均為地鐵隧道和利安花園三期基坑止水幕墻交叉位置處,而且在盾構隧道施工經過時出現較大位移,盾構隧道施工之後這些點位逐漸趨向穩定。
基坑止水幕墻頂部沈降監測點沈降位移較大的點也出現在地鐵隧道和利安花園三期基坑止水幕墻交叉位置處,其中最大累計沈降量為-32.5mm,說明地鐵隧道施工對隧道經過位置上方的基坑止水幕墻影響較大。
對所有基坑止水幕墻頂部水平位移和沈降位移觀測資料進行分析的結果表明,地鐵盾構工程通過地面既基坑下部過程中對基坑止水幕墻影響較大,尤其是地鐵隧道和基坑止水幕墻交叉位置處位移量超過警戒值。在施工過程中要采取有效的控制措施使地鐵盾構工程施工對地面即有工程的影響達到最小,以免造成基坑坍塌等不良後果。
5.4 工程樁頂部水平位移測量
由於基坑工程施工的影響,利安花園三期基坑內工程樁頂部平面位移監測工作僅在盾構施工進入基坑後才開展了壹個月左右,監測期間位移量較小。後來因為基坑內工程樁頂受到施工影響,埋設的平面監測點位遭破壞,停止了對工程樁的監測。
5.5 土體深層變形測量
本項目***布設10個測孔,大部分測孔位移量小於10mm,土體主要位移範圍為4~10m,最大位移位於6.0m處,位移量為13.25mm。在整個施工期間,土體均向開挖側位移,且開挖過程中位移速率較大,開挖完成後變形逐漸緩和,並趨於穩定,位移變化在安全範圍內,未出現異常。
6 結 論
在廣州地鐵三號線珠-客區間盾構隧道施工中,通過第三方監測,掌握了利安花園三期基坑及其前期的建築物、藝苑小區和果園場小區的建築物及其周邊環境在地鐵盾構隧道施工過程中的動態變化,及時地進行了預測和信息反饋,用監測成果調整設計並指導施工,達到了信息化施工的目的,為以後的工程作了技術儲備。
在地鐵隧道經過淤泥層和砂層等不良地質條件時,需要采取嚴密的監測措施,尤其是要進行第三方監測,通過第三方與施工方監測成果的比較分析,及時掌握施工對周邊環境的影響,才能達到大型地下工程安全施工的目的。
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