测斜技术在西安地铁二号线暗挖竖井中的应用

王鹏飞，寇永照，隋旭东，李 岳

(1.西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安 710054;2.北京住总市政工程有限责任公司，北京 100029)

地下工程施工中的基坑工程包含较多突变因素，是土木工程中最为复杂的技术工程之一［1］，集地质工程和结构工程等多学科于一体，具有强烈的地域性、综合性、实践性和风险性［2，3］。有效地控制基坑变形，使基坑施工既安全又经济，需要进行不断探索。

本文针对西安地铁二号线暗挖竖井的基坑工程实例，通过对该基坑支护结构的变形监测，并对监测结果进行分析，为类似的基坑支护结构提供参考。

1 工程概况

西安市轨道交通2#线南延段TJSG-25标凤栖原—韦曲南盾构区间位于北长安街主干道，北起凤栖原，途经西韦巷、韦曲西街、文化街，南到航天城车站，东西两侧为商用房和住宅楼，地形呈北高南低的斜坡，地面高程为460.22～433.99 m，相对高差26.23 m。本区间施工方法主要为盾构法，凤栖原站后单渡线采用矿山法施工。盾构吊出井设置在北长安街上，茗景城小区西北侧。

1.1 工程地质及水文地质概况

盾构吊出井位于黄土塬地貌单元，拟建工程场地在勘探深度50.0 m范围内地层主要为第四系堆积物，由全新统人工填土、上更新统风积黄土、残积古土壤、中更新统风积黄土、残积古土壤组成。场地地层从上到下共划分7个工程地质层。

根据详查报告，黄土塬区含水层主要为第四纪中更新统黄土中的孔隙水。地下水潜水位埋深8.6～15.6 m，水位高程425.39～445.76 m，潜水含水层厚度＞50 m。水位年内变幅0.5～2.0 m。

1.2 基坑的支护结构

盾构吊出井内净空尺寸为18.0 m×23.5 m，盾构吊出井采用φ1200@1500的钻孔灌注桩围护。土体侧向变形设计控制值为22.6 mm，监测预警值为18.0 mm。

2 围护桩土体侧向变形监测

2.1 测斜孔的布设原则

测斜管布置在基坑平面上挠曲计算值最大的位置，如悬臂式结构的长边中心，设置水平支撑结构的两道支撑之间。孔与孔之间布置间距宜为20～50 m，每侧边布置1个监测点，如图1所示。

图1 测点布置

2.2 测斜仪的使用原理及方法

测斜仪可分为活动式和固定式两种，在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。活动式测斜仪主要由测头、测度仪、电缆和测斜管4部分组成。应用时先在土体中预埋测斜管，土体发生变形后，整个测斜管随之产生相应变形，通过测斜仪逐段测量倾斜角度，就可得到测斜管每段的水平位移增量，测斜管工作原理如图2。

式中，L为探头轮距，一般取0.5 m，ri为某一深度倾斜角。

图2 测斜管工作原理

当测斜管埋设进入相对稳定土层或非变形土层时，则可认为管底是位移不动点，管口的水平位移值Sn即为各分段位移增量的总和

1)观测前，首先用模拟测头检查测斜管导槽是否畅通，检查模拟测头或真探头上螺丝是否松动。

2)采集数据时将测试电缆的大接头与测头连接，将测试电缆的小接头插入测度仪上的“传感器”插头，顺时针旋转，直到定位销到位。

3)将测头导轮插入测斜管的导槽内，缓慢下到孔底，并停留10～15 min，使探头与测量环境一致，一般先测可能出现最大位移的方向，即滑坡主位移方向。

4)将测头由孔底开始自下而上沿导槽全长每隔0.5 m测读一次，并随时检查仪器上显示孔深与仪器电缆上的标记孔深是否一致，测量完毕后，将测头旋转180°插入同一对导槽进行反测。

2.3 监测频率

在基坑开挖前应测得初始值，且不少于2次。在基坑开挖阶段，应每天测量一次，当变形监测值达到预警值或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数，当有事故征兆时，应连续监测。

2.4 监测结果分析

选取基坑北侧03号孔的监测数据，测斜深度—位移曲线如图3所示。

从2010年12月13日—2011年5月1日这半年的时间里，测斜孔底部的增量是很小的，虽然不能完全保证孔底位移为0，但已满足工程要求。从深度—位移的曲线中，可以看出测斜管水平位移随时间的变化趋势。从2010年12月15日到2011年1月1日，随着基坑开挖深度的增加，基坑的位移变化比较大，在随后的一段时间里，随着钢支撑的架设，衬砌的进一步施工，基坑的位移继续增加，但增速明显放缓。在半年的监测时间里，累积最大位移为4.82 mm，在安全允许值内，基坑比较安全，可以进行正常施工。

图3 测斜深度—位移曲线

3 结语

通过西安地铁二号线暗挖竖井基坑工程的监测，可以得出以下结论:

1)测斜技术的使用能够第一时间在现场了解测量结果，具有时效性强的特点，可确保基坑工程的动态化设计与信息化施工。

2)测量工作不受现场普通施工作业的影响，也无通视条件的限制，确保能及时、有效地实施监测工作。

3)各个测斜孔之间相互独立，不存在测量误差的传递问题，能够保证测量结果的准确性。

4)通过测斜技术对基坑变形的监测，可以及时了解基坑位移的变化，能够及早发现潜在的危险性，预防工程事故的发生。

虽然测斜技术有很多优势，但是对于基坑工程的变形监测还须采用综合测量手段，以取得更全面、有效的测量数据，更全面、客观、准确地分析与把握基坑工程的变形情况，更有力地指导施工。

［1］ 高峻合，赵维柄，施建勇，等．基坑测斜技术研究［J］．河海大学学报(自然科学版)，1998，26(3):120-124．

［2］ 夏才初，潘国荣．土木工程检测技术［M］．北京:中国建筑工业出版社，2001．

［3］ 梁才．深基坑的监测与控制［J］．施工技术，2010，39(增 2):100-104．

［4］ 贺俊，杨平，张婷．复杂条件下深基坑施工变形控制及周边环境监测分析［J］．铁道建筑，2010(7):96-99．