轨道交通地下车站深基坑工程围护桩监测关键技术研究

【摘要】地下车站及明挖区间基坑工程是轨道交通工程建设的重要组成部分 。 为使本工程的建设顺利进行 ， 让基坑工程施工与监测符 合 “安全可靠 、技 术先进、经济合理、确保质量”的原则，对济南地铁 R2线工程 车站基坑、 明挖车站的施工组织设计及施工过程 、 监控量测的实施方案 和监测成果进行了广泛的调查研究 ，同时借鉴了国内其它城市 地铁车站基坑监控量测的有关 经 验 和 数据 。   本技术可 适用于济南 轨道交通 采用 明挖 法 施工的地下车站 、 区间工程的基坑 工程围护的监测。

【关键词】轨道交通;深基坑;监测

1、概况

车站概况：本车站为地下二层岛式车站，车站中心里程SK22+370.551，主体规模189.75m×21.30m（内径），站台中心处顶板覆土约5米，底板埋置深度约17.9米，站中心轨面标高为12.950m。

基坑概况：本站基坑标准段深度约18.11m，东端头井段深度约19.31m，西端头井段深度18.76m，轨排井及中储粮5层宿舍楼加强段深度约18.14～20.82。基坑周长约440米，开挖面积约4370平方米。

围护体系：标准段采用900@1200，1000@1300的钻孔灌注桩，桩长22.81米，沿基坑深度方向设置三道支撑，其中第一道为钢筋混凝土支撑，第二道为φ800钢管支撑，其余均采用φ609钢管支撑;东、西端头井1000@1300的钻孔灌注桩，桩长25.34米，沿基坑深度方向设置四道支撑（第四道支撑为钢支撑倒撑），其中第一道为钢筋混凝土支撑，第二道为φ800钢管支撑，其余均采用φ609钢管支撑。

基坑影响分区：根据《城市轨道交通工程监测技术规范》及类似工程经验确定本项目主要影响区为1倍基坑开挖深度范围内，次要影响区为1～2倍基坑开挖深度范围，可能影响区为2～3倍基坑开挖深度范围。

施工方法及特点：明挖顺做法施工，基坑分两期施工，先施工东北侧的一期基坑，一期基坑施工完毕后实施二期基坑施工部位的管线切改工作，后施工位于西南侧的二期基坑。

监测等级：由于本工程自身风险为二级，周边环境风险为二级，根据《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911-2013 得出工程监测等级为二级。

2、监测方案

2.1监测点的布设、保护及监测方法

2.1.1支撑轴力监测

（1）监测点布设

布點原则：①同一断面在全部混凝土支撑及钢支撑上均布设支撑轴力监测点;②沿基坑纵向每隔2～3根支撑布设一个监测点;③监测点宜与桩体变形监测点处于同一断面。在支撑端部布置钢支撑测点，在支撑1/3跨度位置布置砼支撑钢筋应力测点;断面间距约20m。一、二期共布设监测点15组（编号ZCL-1-1～ZCL-3-15），分别布设于第一道钢筋砼支撑和第二、第三道钢支撑），总计监测点位45个。

（2）监测点埋设及保护措施

在给支撑进行绑扎钢筋时埋设振弦式钢筋计，进行监测混凝土支撑。在每一个截面的四角均进行布设，以便于能够反映出支撑杆件真实的受力状况。支撑的主筋和钢筋计要尽量轴心相对连接，安装可使用钢筋套筒连接或焊接法。在使用焊接法安装时要特别注意焊接时保证钢筋计部位的温度要小于80℃，当温度高于此限定温度时易造成钢筋计内部的元件失灵，无法正常工作。因此，在工作时，可采用湿布进行表面包裹、浇水降低表面温度等措施。焊接工作完成后，要注意将导线分股标识清楚，并进行保护。

采用钢弦式频率轴力计进行钢支撑的轴力监测，钢支撑端头和轴力计安装架在安装时要对中并且牢固焊接。为了防止钢支撑受力后轴力计陷入钢板，要在将安装轴力计位置的桩体上预先焊接一块250×250×25mm的加强垫板。等焊接件冷却之后将轴力计推入安装架并用螺丝固定好。安装时要注意各接触面均应保持干净平整，为了确保钢支撑在受力状态下通过轴力计正常传递到围护结构上，要确保钢支撑轴线和轴力计保持在同一直线上。

（3）监测仪器

① GXR-1010型振弦式钢筋测力计;

② FXR-1040型振弦式轴力计;

③ XP02频率读数仪。

（4）监测方法

每次监测时由频率读数仪测出每个钢筋计的频率读数，并应注意：

①在基坑开挖前应进行2-3次稳定值的测试，取平均值作为计算应力变化的初始值。

②在进行支撑轴力量的量测时，同一批支撑尽量在相同的时间或温度下进行量测，每次读数均应记录温度测量结果。

（5）数据处理及分析

钢筋计测量轴力的计算公式为：

式中：

F混凝土支撑受力（kN）（计算结果精确至1 kN）

Fg钢筋计受力（kN）（计算结果精确至1 kN）

As为钢筋截面积（m2）

Ag为钢筋计截面积（m2）

Ac为支撑混凝土截面积（m2）

fi为钢筋计的本次频率（Hz）

f0为钢筋计的初始频率（Hz）

K为钢筋计的标定系数（kN/Hz2）

Ec为混凝土弹性模量（MPa）

Eg为钢筋弹性模量（MPa）

轴力计的工作原理是：当轴力计受轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变了钢弦的振动频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化，即可测出所受作用力的大小。

式中：

P为支撑轴力（kN）

K为轴力计的标定系数（kN/F）

ΔF为轴力计输出频率模数实时测量值相对于基准值的变化量（F）

b为轴力计的温度修正系数（kN/℃）

ΔT为轴力计的温度实时测量值相对于基准值的变化量（℃）

B为轴力计的计算修正值（kN）

根据式（1-1）～（1-3）计算轴力值，并绘制轴力—时间变化曲线图;根据设计规定的轴力限值和轴力—时间变化曲线图分析支撑轴力是否处于安全范围，并在监测报告中给出监测分析和建议。

参考文献：

[1]《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999（2003版 ）.

[2]《工程测量规范》GB50026-2007.

[3]《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008.

[4]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99.

[5]《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009.

[6]《建筑变形测量规范》JGJ8-2007.

作者简介：

王佳（出生年月：1982年8月），性别：女，民族：汉，籍贯：黑龙江，学历：大学本科，现工作或学习单位：山东城市建设职业学院及职称：助教，研究方向：土木工程道桥方向。

尹茜（出生年月：1978年11月），性别：女，民族：汉，籍贯：山东，学历：大学本科，现工作单位：山东城市建设职业学院及职称：讲师，研究方向：建筑工程