自动化监测技术在某地铁基坑施工期间的应用

刘志东

(苏州市建设工程质量检测中心有限公司,江苏 苏州 215000)

0 引言

自动化监测技术是利用先进的监测设备和技术手段,对工程现场各种参数进行实时获取和分析的一种技术手段。对于基坑施工项目,它可以实现基坑变形、支护结构受力、周边环境变化等各种工程参数的实时监测,并将监测数据及时传送到控制中心进行分析处理。这样不仅可以及时发现工程施工问题,避免险情的发生,还可以为后续的抢险工作提供科学依据,制定更加合理的抢险方案。

在地铁基坑施工期间,自动化监测通常应用在以下几个方面:1)基坑变形监测可以实时获取基坑的变形情况,包括基坑倾斜度、位移等数据信息。通过对基坑变形的实时监测,可以及时发现基坑变形是否超过设计标准值。通过采取处理措施避免工程险情的发生。2)支护结构受力监测可获取基坑支护结构的受力情况,它通常包括支护结构的应力、位移、内力等数据信息。通过对支护结构受力的实时监测,可以及时发现支护结构受力不均衡、支护结构变形过大等问题。3)周边环境变化监测可对工程周边环境变化进行实时监测,包括地表沉降、裂缝、周边建筑物变形等数据信息。通过对周边环境变化的实时监测,可以及时发现周边环境变化是否对基坑安全造成影响,避免因环境因素导致施工险情的发生[1]。

自动化监测技术的应用,不仅可以实现对工程现场各种参数的实时监测,还可以对监测数据进行分析和处理。监测数据包括监测时间、监测点位、监测参数等。通过对监测数据的分析和处理,可以及时发现监测数据中的异常情况,及时采取措施进行处理,保证监测数据的准确性和可靠性[2]。

1 工程案例概况

该工程案例为地下2层岛式地铁站基坑。车站外包长度为173.6 m,标准段外包宽度为19.7 m,局部加宽段外包宽度为21.5 m,站台宽度为11 m,采用两层双跨框架结构。有效站台中心里程处底板埋深约为17.5 m。车站采用半盖挖顺作法施工,车站顶板覆土厚约3.0 m～3.7 m。车站小里程端左右线均为盾构始发,大里程端左右线均为盾构接收。

施工场地的工程地质和水文地质条件均较差,基坑开挖容易导致围护结构变形过大,进而引起支撑轴力损失、地墙开裂、墙缝漏水等问题,造成围护体系失稳、基坑坍塌等。同时,车站周边存在数量繁杂的地下管线,多数沿道路布置,部分穿越施工主体结构,需要进行迁改。因此在降水和基坑开挖过程中,须对周边环境的沉降进行监测[3]。车站基坑开挖深度标准段开挖深度约17.35 m～17.64 m,端头井开挖深度约19.10 m/19.75 m,①黏质粉土夹粉质黏土层和②粉土夹粉砂层为承压水含水层,承压水水头标高在-0.91 m左右承压水层,经验算车站抗突涌系数为0.81～0.93,直接降水对周边环境的影响较大。

2 监测范围监测等级

工程影响分区依据DGJ 32-J195—2015江苏省城市轨道交通工程监测规程相关规定,结合《苏州轨道交通工程安全质量标准化系列手册第九篇·监测监控》中的相关要求,车站主体结构的监测范围为:

1)工程本体:包括自身围护和支护体系。

2)周边环境:周边地表沉降取2倍基坑开挖深度,周边管线和建筑物取5倍基坑开挖深度。

车站主体自身工程风险等级为二级、基坑周边环境风险等级最高为一级,综合确定车站主体结构的工程监测等级为一级。

基坑工程监测范围及监测对象如图1所示。

3 布点原则及点位埋设

1)建(构)筑物沉降位于1倍H范围内时(H为基坑开挖深度),沿外墙每15 m或每隔2根承重柱布设1个监测点;位于2倍H范围内时,沿外墙30 m或每隔3根承重柱布设1个监测点;外墙拐角处应布点;高耸构筑物每栋测点不少于4个;重要建(构)筑物加密1倍布设;若产权单位禁止在建筑表面钻孔,应用条码尺粘贴于承重结构表面。

2)围护墙体水平位移沿基坑周边布设,车站按照每20 m～40 m一个断面进行测点的布设,基坑短边不宜少于1点;基坑各边中部、阳角部位、深度变化部位、不同围护结构交接两侧以及邻近重要建(构)筑物加密1倍布设,并避开混凝土支撑端部;测斜孔与围护墙(桩)等长布设,避免布设于围护结构背土面和接头位置。固定式测斜系统参数见表1。

表1 固定式测斜系统参数表

3)支撑轴力钢筋测力计埋设于支撑梁1/3位置,在浇筑混凝土时将钢筋测力计安放在混凝土支撑断面4个角上,将钢筋应力计的导线用护套管保护好,引至集线箱并编号,共计布设8个轴力监测断面,每个断面每层支撑均对应布设。钢筋测力计安装有碰焊法和绑焊法两种方法。现场埋设图见图2,图3,振弦式传感器参数见表2,静力水准图及其参数见图4,表3。

表2 振弦式传感器参数表

4 抢险案例

4.1 险情原因

某地铁车站基坑经现场检查发现,在地表以下8 m～14 m范围内发生地下连续墙绕流现象,开挖前对接缝处进行坑外注浆没能完全封堵(见图5)。由于土方开挖施工扰动、基坑暴露时间较长及后期注浆压力挤压,造成围护墙体突涌,围护墙深层水平位移、地表沉降、建筑物沉降、墙顶沉降增大,从而导致监测数据累计变化量超过控制值。

表3 静力水准参数表

4.2 监测数据采集与处理

在车站EQ14地下连续墙抢险期间,自动化监测设备采集数据显示多处预警,地下连续墙施工突发险情,多处部位出现Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级预警。自动化监测设备对险情期间墙体深层水平位移、建筑沉降以及支撑轴力等进行实时监测并输出数据。本文统计了2021年该车站墙体深层水平位移多天连续变形的情况数据,见表4。

表4 深层水平位移最大变形统计表 mm

根据详细的监测数据,绘制了CX7测点2021年多天连续变形情况曲线图,见图6。

建筑物JZ2-4测点2021年多天连续变形数据见表5。

表5 建筑沉降多天连续变形情况(JZ2-4测点) mm

根据详细的监测数据,绘制了JZ2-4测点2021年多天连续沉降变形情况曲线图,见图7。

支撑轴力监测2021年多天连续变形数据,见表6。

表6 支撑轴力监测多天连续变形情况 kN

根据详细的监测数据,绘制了ZL3-1/2/3测点2021年多天连续轴力变化情况曲线图,见图8。

1)由表4深层水平位移最大变形统计表趋势可以看出,9月14日—9月18日基坑开挖深度为15 m,多天监测数据位移变化量为2.82 mm,在同样工况下基坑突涌时9月18日—9月19日,墙体深层水平位移日变化量突增6.61 mm,速率已达报警值。由表4深层水平位移最大变形统计表趋势可以看出,在基坑同工况下没有发生突涌时,墙体深层水平位移变形量趋于平稳,基坑发生突涌时基坑变形速率达到报警值,抢险结束后监测数据恢复平稳状态。

2)由表5建筑沉降多天连续变形情况可以看出,9月14日—9月18日基坑开挖深度为15 m,多天监测数据沉降量为0.1 mm,基坑突涌期间9月18日—9月19日建筑物日沉降量为-7.3 mm,单次沉降速率已达报警值。由表5趋势图分析得出,未发生突涌时,建筑物沉降变形量趋于平稳,基坑发生突涌的情况下建筑物沉降速率超过报警值,在抢险结束后监测数据恢复平稳状态。

3)由表6支撑轴力监测多天连续变形情况可以看出,9月13日—9月18日基坑开挖深度为15 m,多天监测数据测点在报警值范围内,9月19日险情发生后,轴力ZL3-1测点超过报警值,抢险结束后监测数据恢复平稳状态。

4.3 抢险措施制定

在此情况下,本项目所采用的自动化监测设备发挥了巨大的作用,数据实时上传指导施工,能够及时对超限部位进行实时监测与报警,缩短了施工单位抢险反应时间,避免了更大的施工事故发生。险情发生后,施工单位会同监测单位共同制定了抢险措施,主要包括[4-6]:

1)及时堵漏,防止变形进一步扩大。2)钢支撑预加轴力损失后按设计要求及时加压或及时加撑,避免地连墙围护结构变形过大。3)在保证安全与质量的前提下,加快施工节奏,及时浇筑该段底板,减少基坑暴露时间。4)密切关注监测数据变化,依据监测数据变化情况,调整相应的现场处置措施。

5 结语

在这次抢险过程中,自动化监测突显了数据及时性、实时性,在无人值守的夜里自动化监测及时预警,极大地减少损失,及时发现基坑突涌发生,减少基坑损失。基坑突涌时,从监测数据能看出自动化监测数据预警及报警情况,体现了自动化监测数据的及时性、实时性,监测数据实时上传,及时指导施工采取措施,在这次抢险过程中发挥了极大的作用,得到了各方人员的认可,可减少基坑突涌的损失,为轨道自动化相关的项目提供借鉴,也为自动化大面积发展提供了良好的帮助。