摘 要:介紹監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析方法在暗挖地鐵信息化施工中的應(yīng)用,主要結(jié)合北京地鐵5號(hào)線東四站在暗挖施工中采用的地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法,以預(yù)測暗挖下穿建筑物的最終沉降值,同時(shí)采用軟件計(jì)算,并與實(shí)際值比較。
關(guān)鍵詞:地鐵車站; 監(jiān)控量測; 數(shù)據(jù)分析
1 工程概況
北京地鐵5號(hào)線東四車站位于朝陽門內(nèi)大街與東四北大街相交的十字路口東側(cè),南北走向,車站兩端為三層三跨明挖結(jié)構(gòu),中間為單層暗挖結(jié)構(gòu)(外拱為扁平馬蹄形斷面,二襯為三拱兩柱暗挖結(jié)構(gòu)) ,車站總長19915m,其中暗挖段長為99110m,暗挖段車站總寬為23186 m,高10164 m,車站中心里程為K9 + 575125。暗挖段下穿朝陽門內(nèi)大街和朝內(nèi)菜市場。
朝陽門大街為雙向6車道,兩邊設(shè)自行車和人行步道,寬約35 m,為瀝青混凝土路面;朝內(nèi)菜市場為三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),設(shè)一層地下室,采用鋼筋混凝土柱明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ),明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)深111m,箱形基礎(chǔ)深約6m。
東四站的主體結(jié)構(gòu)從菜市場下方穿過,拱頂距地面為13m,距菜市場箱形基礎(chǔ)約7 m。菜市場橫斷面寬3210m,縱向長42175 m,菜市場為獨(dú)立柱基礎(chǔ),柱基礎(chǔ)埋深約111m,柱間距6115m,為1989年的建筑,車站的
暗挖段基本位于菜市場的正下方,長度方向全部穿越。
2 施工及監(jiān)測方法
211 施工方法
根據(jù)暗挖斷面結(jié)構(gòu)形式,東四站采用洞柱法(亦稱中柱法)施工,即將暗挖斷面分為15個(gè)小斷面,分柱洞、中洞、邊洞,施工時(shí)先開挖柱洞1、2、3號(hào),施工地梁Ⅰ、鋼管柱Ⅱ及天梁Ⅲ,然后開挖中洞4、5、6,襯砌Ⅳ、Ⅴ完成后,最后開挖邊洞7、8、9并襯砌Ⅵ、Ⅶ。見圖1。
212 地表沉降觀測方法
(1)朝內(nèi)菜市場的沉降觀測在朝內(nèi)菜市場的基礎(chǔ)角點(diǎn)上布設(shè)沉降觀測點(diǎn),在獨(dú)立柱基礎(chǔ)上采用沖擊鉆鉆孔,埋設(shè)沉降觀測點(diǎn)。進(jìn)行柱 基礎(chǔ)沉降觀測,重點(diǎn)監(jiān)控柱間沉降差。
(2)地表量測點(diǎn)布置
暗挖下穿朝陽門內(nèi)大街段,在地表布設(shè)沉降觀測點(diǎn),地表沉降觀測點(diǎn)橫向點(diǎn)與點(diǎn)距離215～10 m,每斷面布置13個(gè)點(diǎn),沿車站縱向每排間距5 m,由南向北共計(jì)布置10排。
213 施工步序及階段地表沉降情況
為下穿朝內(nèi)菜市場提供施工經(jīng)驗(yàn),暗挖施工從南側(cè)開始施工,即先施工下穿朝陽門內(nèi)大街段。施工于2004年4月15日開始,至2005年3月底,完成南側(cè)下穿朝陽門內(nèi)大街段柱洞、中洞的開挖及襯砌,邊洞完成開挖7號(hào)洞約20m, 8號(hào)洞完成開挖9 m, 9號(hào)洞仍未開挖。截止3月底,實(shí)測地表沉降最大值為22160mm。下穿菜市場段暗挖主體完成柱洞1、2、3號(hào)開挖,菜市場外部沉降最大值為29191 mm (位于最南側(cè))。柱間沉降差13162mm,小于3‰柱間沉降差控制標(biāo)準(zhǔn)。
3 數(shù)據(jù)分析
311 總體思路
以實(shí)測地表沉降值,預(yù)測菜市場下方暗挖主體結(jié)構(gòu)襯砌全部完成后,菜市場沉降值分析采用以下3種方式:
(1)以第一、第二排沉降觀測點(diǎn)(東西橫向)從導(dǎo)洞開挖、柱洞襯砌、中拱開挖及襯砌幾個(gè)階段進(jìn)行地表沉降值作二級(jí)、三階多項(xiàng)式分析,分析推導(dǎo)每階段沉降值,并預(yù)測邊洞開挖沉降值及對(duì)朝內(nèi)菜市場的影響;
(2)以點(diǎn)3、5、7、9、11五個(gè)點(diǎn)縱斷面(南北)分各開挖階段的沉降曲線;
(3)以第一排點(diǎn)3、5、7、9、11五個(gè)點(diǎn)在時(shí)間效應(yīng)上沉降曲線分析。根據(jù)上述數(shù)據(jù),推測在下穿朝內(nèi)菜市場暗挖主體結(jié)構(gòu)襯砌全部完成后的沉降值。
312 橫向沉降數(shù)據(jù)分析
截止2005年3月底剛完成中洞仰拱第一段襯砌,故取南側(cè)第一、二排點(diǎn)分析,第一排點(diǎn)里程: K9 + 532;第二排點(diǎn)里程: K9 + 537。考慮時(shí)間效應(yīng)影響,反饋到地表沉降值按滯后7 d天左右考慮。以K9 + 537段為例分析見表1。
313 縱向沉降數(shù)據(jù)分析
縱向取3、5、7、9、11五條線分5個(gè)縱向斷面分6個(gè)階段進(jìn)行沉降分析,推測縱向沉降差對(duì)菜市場的影響。現(xiàn)以7號(hào)點(diǎn)為例分析如下( 7號(hào)點(diǎn)各階段沉降值見表2) 。
根據(jù)各階段沉降值可以看出在7個(gè)施工階段,縱向無明顯的沉降差, 5 m 范圍內(nèi)縱向沉降差最大值13162 mm,坡度2127‰,小于3‰。
314 時(shí)間效應(yīng)數(shù)據(jù)分析從時(shí)間效應(yīng)上分析,以K9 + 532斷面量測點(diǎn)的3、5、7、9、11 點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并作了3 階多項(xiàng)式趨進(jìn)線,反映地表沉降規(guī)律。現(xiàn)以7號(hào)點(diǎn)為例來進(jìn)行分析(圖2) 。
4 軟件計(jì)算
為更準(zhǔn)確確定在暗挖通過菜市場后的沉降終值,采用了3D σ有限元分析軟件進(jìn)行分析,建立模型,預(yù)測各階段沉降量及危及建筑物情況。根據(jù)現(xiàn)場情況,首先采取的具體措施為: (1)根據(jù)地質(zhì)及建筑構(gòu)造情況,建立三維立體模型; (2)根據(jù)現(xiàn)場南側(cè)已開挖段量測結(jié)果,進(jìn)行反分析地層參數(shù); (3)再進(jìn)行未施工段正分析,預(yù)測各階段地表沉降量。理論計(jì)算結(jié)果表明,地表沉降量為29 mm,朝內(nèi)菜市場柱間沉降差最大為17 mm (在未調(diào)整參數(shù)的情況下,地表沉降量理論計(jì)算最大值為5519mm) 。
截止2005年10月底,東四站基本完成暗挖下穿建筑物施工, 經(jīng)實(shí)測菜市場內(nèi)沉降值最大為41136mm,比理論推斷值大314%。菜市場沉降比過路段沉降值要偏大,原因分析如下。
(1)暗挖段分南北兩段開挖,南側(cè)開挖后,過菜市場段已有一定影響,在菜市場下方開挖時(shí)形成二次擾動(dòng),相對(duì)一次開挖沉降值要增大。
(2)降水因素:因受菜市場影響,菜市場西側(cè)采用管井降水,其他降水依靠在暗挖東北側(cè)設(shè)立的輻射降水井降水,尤其是柱洞2號(hào)、邊洞8號(hào)洞存在黏土與砂水的分界,降水局部不徹底,黏土遇水軟化成稀泥,格柵底部為稀泥,對(duì)沉降影響較大。
(3)施工組織因素:因?yàn)橄麓┎耸袌龆问┕ふ荡汗?jié),人員組織有一定難度,施工相對(duì)緩慢,對(duì)沉降也有一定影響。
(4)菜市場本身因素影響:菜市場段結(jié)構(gòu)本身重量加上店內(nèi)顧客較多,相對(duì)于過路段荷載相對(duì)過大,對(duì)沉降加大也會(huì)有一定影響。
暗挖施工錯(cuò)綜復(fù)雜,選用合適的量測方法和數(shù)據(jù)分析方法,對(duì)關(guān)鍵部位施工做到有的放矢,保證施工安全和周圍建筑物等安全。
隨著計(jì)算機(jī)業(yè)的發(fā)展和量測技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)施工過程中各工序可以進(jìn)行數(shù)值模擬,且分析各階段、各步驟數(shù)值情況,可以更好實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化施工,從而對(duì)管線、建筑物保護(hù)等進(jìn)行更全面、客觀、準(zhǔn)確的分析研究。
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