某铁路明挖隧道基坑监测优化分析
2015-06-11
1 工程概述
某新建客运专线铁路站前工程DK798+360~DK798+750段为敞开明挖四线隧道基坑，隧道基坑宽度约为32.0m，开挖深度为4.00m～8.50m，两侧边坡根据地质不同按1：1.00~1：1.50进行放坡开挖，基坑边坡采用φ22@1500*1500 mm土钉+100mm厚C20喷射砼护面作为临时支护形式；其中DK798+360~DK798+700开挖深度范围土层主要为泥质粉砂岩，边坡按1：1.00设计；里程段DK798+700~DK798+750开挖深度范围内主要为粉质粘土，边坡按1：1.50设计。平时少雨季节时，该段隧道基坑地下水位一般在地表以下8m～9m，地下水位基本处于基底以下。
本明挖隧道设计为二级基坑，设计图纸按线路20 m设置1个监测断面，分别对基坑周围地表沉降、边坡坡顶水平位移、土钉轴力和基坑周围地下水位等进行监测，以确保基坑的安全可靠。（隧道监测横断面见图1-1所示）
2 设计监测项目
2.1 隧道基坑周围地表沉降
根据设计要求，隧道基坑周围两侧地表各布设4个观测点，距基坑边线分别为2m、6m、12m、20m，其中，坡顶观测点为水准观测点和水平位移观测点兼用点。监测断面间距为20m，可根据实际施工情况进行调整。隧道基坑周围地面沉降变形要求不大于40mm，因此，水准网的观测需按国家二等水准施测，每个测点的测站高差中误差不大于0.5毫米。基于上述设计要求，隧道周围地表沉降观测采用Leica-DNA03数字水准仪（精度为0.7mm，加测微器0.3mm）配合0.5cm分划铟钢标尺测设观测点顶部高程的变化量来实现。
2.2 隧道基坑边坡坡顶水平位移
根据设计要求，隧道基坑边坡坡顶水平位移设计控制值不大于30mm。因此，平面网的观测需按监测点坐标中误差为1.5mm。监测断面间距为20m，可根据实际施工情况进行调整。基于上述设计要求，边坡坡顶水平位移观测设备采用Leica-TCR1201+R400（精度为“1″，1.0+1.5ppm”）进行极坐标法水平位移外业观测，其水平角、边长观测测回数一般不低于两测回。
2.3 土钉轴力
根据设计要求，基坑两侧边坡中土钉轴力的测试位置分别为距土钉外端1m处和2/3L处。监测断面间距为20m，可根据实际施工情况进行调整。土钉轴力的监测通过在土钉中按设计位置埋设锚杆测力计来实现，并通过高性能弦式频率读数仪测设支撑轴力计的变化量来推断土钉的整体受力变化。
2.4 隧道基坑周围地下水位
根据设计要求，在隧道两侧的土体中距基坑边线至少2m处各埋设一水位测试孔，地下水位监测管埋设深度不小于基坑开挖深度+0.5m。监测断面间距为20m，可根据实际施工情况进行调整。
3 监测结果分析
DK798+360~DK798+700开挖深度范围土层主要为泥质粉砂岩，而DK798+700~DK798+750开挖深度范围内土层主要为粉质粘土，为DK798+360~DK798+750范围内的土层突变区域。按设计要求布设监测断面，监测断面较多，因此监测结果分析时主要根据土层分布情况取2010年4月~2011年2月期间基坑典型监测断面进行分析。
3.1 隧道基坑周围地表沉降观测结果分析
由于隧道基坑周围地表沉降观测点数量过多，仅对基坑两侧坡顶观测点的沉降观测结果进行分析。
3.1.1 隧道基坑DK798+360~DK798 +750左侧7个月内的累计沉降值为-0.80mm～6.38mm（未超过设计限值40mm），目前，沉降速率为0.01mm/d～0.03mm/d。
3.1.2 隧道基坑DK798+360~DK798+ 685右侧（岩质边坡）7个月内的累计沉降值为-2.36mm～9.29mm。 DK798+725 ~DK798+745右侧（土质边坡），由于2010年5月7日凌晨暴雨导致边坡发生滑坡，目前的累计沉降值高达306.33mm～677.68mm（DK798+745-D5点）（远远超过了设计限值40mm），目前，沉降趋势已经稳定，沉降速率为0.01mm/d，如图3-1。
3.2 隧道基坑边坡坡顶水平位移观测结果分析
3.2.1 隧道基坑DK798+360~DK798+ 750左侧边坡坡顶观测点6个月内沿基坑边线法线方向的累计位移值为7.92mm（向基坑内）～15.97mm（向基坑内）。
3.2.2 隧道基坑DK798+360~DK798+ 705右侧（岩质边坡）边坡坡顶观测点6个月内沿基坑边线法线方向的累计位移值为7.88mm～15.70mm。而DK798+725~ DK798 +745右侧（土质边坡），由于2010年5月7日凌晨暴雨导致边坡发生滑坡，其位移累计值为137.62mm～178.48mm，远远超过了设计限值30mm，目前已趋于稳定，如图3-2。
3.3 土钉轴力观测结果分析
DK798+680和DK798+700两个土钉轴力监测断面的土层条件均为泥质粉砂岩。
3.3.1 6个月内，监测断面DK798+680的土钉轴力累计变化量为-2.56KN（受压）~11.75KN（受拉），目前已趋于稳定，如图3-3。
3.3.2 6个月内，监测断面DK798+700的土钉轴力累计变化量为-18.26KN（受压）~9.02KN（受拉）目前已趋于稳定，如图3-4。
因此，两个断面的土钉轴力非常小，也即泥质粉砂岩段边坡是很稳定的。
3.4 隧道周围地下水位观测
3.4.1 DK798+360和DK798+380两个监测断面的地下水位监测结果表明： ZW798+360、YW798+360、ZW798+380、YW798+380水位管内均无水。根据地质勘察报告可知，DK798+360~DK798+380范围内的地下水位标高约为+3.10m，低于基坑坑底标高（约为+7.275m），与监测结果一致。
3.4.2 DK798+720和DK798+740两个监测断面上的地下水位监测结果表明：最大地下水位下降值为2.967m（YW798+740），并于6月中旬趋于稳定。两个监测断面地下水位累计变化量～时间曲线见图3-5。
4 结论
4.1 由于DK798+360~DK798+700开挖深度范围内的土层主要为泥质粉砂岩，同时，结合上述监测结果可知，各项监测指标都比较稳定，尽管是暴雨季节（5月7日～5月12日），均未超出设计警戒值，因此，DK798+360~DK798+700范围内监测断面设计间距为20m可以进行优化（建议值为50m）。而且，由于地下水位本来就低于基坑地表标高，因此，无需布设地下水位监测孔，在雨水季节只需做好地表水排水措施即可。
4.2 里程段DK798+700~DK798+750开挖深度范围内主要为粉质粘土，为DK798+360~DK798+750范围内的土层突变区域，同时，结合上述监测结果可知，应为重点监测区域，因此，该区域内应该严格按照设计要求进行监测。
