現(xiàn)代氣壓沉箱施工的環(huán)境監(jiān)測(cè)及分析【摘 要】現(xiàn)代氣壓沉箱施工多應(yīng)用于大城市繁華地段, 為把其對(duì)周邊環(huán)境的影響降到最小, 試點(diǎn)工程對(duì)氣壓沉箱施工進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測(cè)方案, 并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明: 現(xiàn)代氣壓沉箱施工對(duì)周邊環(huán)境的影響較小, 周邊土體、鄰近建筑物以及地管線(xiàn)的變位能夠控制在允許范圍之內(nèi)?！娟P(guān)鍵詞】地鐵隧道 風(fēng)井 氣壓沉箱 地下水 監(jiān)測(cè) 地表沉降0 前言 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速, 大量的城市地下建筑物在沿海軟土地區(qū)興建, 城市地下空間的開(kāi)發(fā)和利用將越來(lái)越成為城市發(fā)展的趨勢(shì); 同時(shí)高層建筑、地鐵、港口、橋涵、重型地下構(gòu)筑物的建設(shè)對(duì)地下建構(gòu)筑物和基礎(chǔ)埋置深度要求也越來(lái)越高, 地下空間開(kāi)發(fā)利用隨之也進(jìn)入了向大深度發(fā)展的態(tài)勢(shì)[1-4]。 在城市中心建筑物密集區(qū)開(kāi)挖建設(shè)大深度地下空間, 往往面臨施工場(chǎng)地狹小、周?chē)匾O(shè)施眾多的情況; 同時(shí), 地下施工在開(kāi)挖時(shí)往往會(huì)引起地下水位的降低, 進(jìn)而導(dǎo)致周?chē)鼗某料? 嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起周?chē)鼗乃? 給鄰近建(構(gòu))筑物和地下市政設(shè)施帶來(lái)嚴(yán)重的影響; 另外, 市區(qū)地鐵隧道、地下高速道路、共同溝以及豎井風(fēng)井系統(tǒng)工程的施工往往受到各方面的限制。相比之下, 氣壓沉箱工法在許多情況下能適應(yīng)上述方面的特殊需求, 因而在工程應(yīng)用中具有不可替代的競(jìng)爭(zhēng)力及廣泛的應(yīng)用前景[5]。 本文結(jié)合上海市軌道交通 7 號(hào)線(xiàn) 12A標(biāo)段浦江南浦站～浦江耀華站區(qū)間中間風(fēng)井氣壓沉箱工程進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)分析, 重點(diǎn)研究了氣壓沉箱施工對(duì)周邊環(huán)境的影響, 以期為今后大型地下工程的設(shè)計(jì)和施工提供一定的參考。1 施工及監(jiān)測(cè)方案1.1 施工方案 該工程根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用了六次制作、四次下沉的施工工藝進(jìn)行沉箱施工。施工中采用了在沉箱外圍設(shè)置支撐及壓沉系統(tǒng)。根據(jù)沉箱不同下沉階段通過(guò)在外圍采取支撐形式或壓沉形式來(lái)控制沉箱下沉速率及下沉姿態(tài)。在施工過(guò)程中,嚴(yán)格氣壓控制, 同時(shí)針對(duì)沉箱下沉不同階段還采取了泥漿減阻, 灌水壓重等手段進(jìn)行施工過(guò)程控制。主要施工工況如表1 所示。
1.2 監(jiān)測(cè)方案 在施工期間對(duì)沉箱周?chē)馏w的水平與垂直、地下水位、孔隙水壓力等進(jìn)行了測(cè)量, 并對(duì)相鄰的煤氣管、建筑物進(jìn)行了沉降監(jiān)測(cè)。施工場(chǎng)地及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖 1 所示。2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析2.1 土體側(cè)移 在沉箱周?chē)膊贾?8 個(gè)土體側(cè)移測(cè)孔, 北側(cè) 3 孔(T5、T6和 T7), 西側(cè) 4 孔(T1～T4), 東南側(cè) 1 孔(T8)。8 個(gè)測(cè)孔在不同工況下的變形曲線(xiàn)如圖 2 所示。 總體而言, 開(kāi)始 3 個(gè)工況下所有測(cè)孔土體的側(cè)移均較小, 量值一般在±5 mm以?xún)?nèi); 各測(cè)孔均在工況 4 下側(cè)向位移最大。所有 8 個(gè)測(cè)孔中, T1 測(cè)孔土體的水平位移最大, 工況 4下的位移達(dá)到 - 27.24 mm。從圖中可以看出, 測(cè)孔距沉箱越遠(yuǎn), 土體側(cè)移相對(duì)越小。2.2 地表沉降 不同施工工況下各斷面地表沉降如圖 3 所示。從 4 個(gè)斷面的地表沉降曲線(xiàn)可以看出, 各個(gè)斷面的最大地表沉降點(diǎn)均在最靠近沉箱的測(cè)點(diǎn), 隨著距沉箱邊距離的增加, 各測(cè)點(diǎn)的地表沉降逐漸減小。最大沉降點(diǎn)位于 4 號(hào)斷面的 D4- 2 測(cè)點(diǎn), 其最大沉降達(dá) - 28 mm。2.3 土體分層沉降 在沉箱兩側(cè)共布置 6 個(gè)土體分層沉降測(cè)孔, 各測(cè)孔土體分層沉降如圖 4 所示。不同深度處各測(cè)孔的沉降規(guī)律基本一致, 沉降量同時(shí)增加或減小。圖 3 和圖 4 監(jiān)測(cè)結(jié)果均表明沉箱施工周?chē)馏w沉降的影響很小。2.4 鄰近建筑物沉降 鄰近建筑物各測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線(xiàn)如圖 5 所示。沉箱施工過(guò)程中, 最靠近施工位置的 J1- 1 的相對(duì)沉降值最大, 其最大沉降達(dá) - 8.36 mm, 發(fā)生在工況 1, 該測(cè)點(diǎn)在工況 4 下沉降值也較大, 達(dá) - 8.03 mm。其余各測(cè)點(diǎn)的沉降值均較小, 一般在±2 mm之間, 說(shuō)明沉箱施工對(duì)這些測(cè)點(diǎn)沉降的影響較小。2.5 管線(xiàn)沉降 鄰近管線(xiàn)各測(cè)點(diǎn)在沉箱施工期間的沉降曲線(xiàn)如圖 6 所示。就沉降曲線(xiàn)的整體形狀而言, 沉箱施工對(duì)各管線(xiàn)變形的影響并不大, 且各管線(xiàn)測(cè)點(diǎn)的垂直變形并無(wú)明顯的變化規(guī)律。管線(xiàn)各測(cè)點(diǎn)中最大沉降點(diǎn)為 M3 測(cè)點(diǎn), 其最大沉降為- 5.4 mm, 發(fā)生在工況 4; 各測(cè)點(diǎn)中最大上抬位置在 M5 測(cè)點(diǎn),其最大上抬位移為 4.0 mm, 發(fā)生在工況 3。2.6 地下水位 沉箱周?chē)粶y(cè)點(diǎn)水位的相對(duì)變化如圖 7 所示。工況 1和工況 2, 沉箱下沉深度較淺, 沉箱底部施工施加的氣壓也較小, 氣壓平衡作用效應(yīng)不明顯, 因此地下水位變化幅度不大, 其中 SW2 測(cè)點(diǎn)的最大水位下降幅度僅為 - 37.8 mm; 隨著箱體的第三次下沉, 所有測(cè)點(diǎn)的水位迅速上升, 且各測(cè)點(diǎn)水位的上升幅度相近, 工況 3 下最高水位點(diǎn)為 SW3 測(cè)點(diǎn), 其水位相對(duì)于初始水位上升了 91.7 mm; 箱體第四次下沉后期,各測(cè)點(diǎn)水位相對(duì)于工況 3 有稍許的下降, 但水位仍高于初始水位。2.7 孔隙水壓力 沉箱周?chē)鷾y(cè)點(diǎn)孔隙水壓力變化如圖 8 所示。距地表越近, 孔壓的變化量越大。距沉箱最近的兩個(gè)測(cè)點(diǎn) SY01 測(cè)孔最大孔壓變化量為 10.67 kPa, 深度 - 6 m; SY02 測(cè)孔最大孔壓變化量為 24.38 kPa, 深度 - 6 m。整體而言, 從工況 2 開(kāi)始孔隙水壓力的變化值較大, 與地下水位的變化原因一致。3 結(jié)語(yǔ) 整體沉箱施工期間, 沉箱周邊土體側(cè)移、地表收分層沉降、地下水位及孔隙水壓力變化均較小, 施工場(chǎng)地周?chē)?構(gòu))筑物和地下管線(xiàn)并未發(fā)生過(guò)大的變形和位移, 說(shuō)明氣壓沉箱工況能夠有效地減小施工對(duì)周邊環(huán)境的影響, 從而進(jìn)一步證明氣壓沉箱式法在工程應(yīng)用中具有不可替代的競(jìng)爭(zhēng)力及廣泛的應(yīng)用前景。
1.2 監(jiān)測(cè)方案 在施工期間對(duì)沉箱周?chē)馏w的水平與垂直、地下水位、孔隙水壓力等進(jìn)行了測(cè)量, 并對(duì)相鄰的煤氣管、建筑物進(jìn)行了沉降監(jiān)測(cè)。施工場(chǎng)地及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖 1 所示。2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析2.1 土體側(cè)移 在沉箱周?chē)膊贾?8 個(gè)土體側(cè)移測(cè)孔, 北側(cè) 3 孔(T5、T6和 T7), 西側(cè) 4 孔(T1～T4), 東南側(cè) 1 孔(T8)。8 個(gè)測(cè)孔在不同工況下的變形曲線(xiàn)如圖 2 所示。 總體而言, 開(kāi)始 3 個(gè)工況下所有測(cè)孔土體的側(cè)移均較小, 量值一般在±5 mm以?xún)?nèi); 各測(cè)孔均在工況 4 下側(cè)向位移最大。所有 8 個(gè)測(cè)孔中, T1 測(cè)孔土體的水平位移最大, 工況 4下的位移達(dá)到 - 27.24 mm。從圖中可以看出, 測(cè)孔距沉箱越遠(yuǎn), 土體側(cè)移相對(duì)越小。2.2 地表沉降 不同施工工況下各斷面地表沉降如圖 3 所示。從 4 個(gè)斷面的地表沉降曲線(xiàn)可以看出, 各個(gè)斷面的最大地表沉降點(diǎn)均在最靠近沉箱的測(cè)點(diǎn), 隨著距沉箱邊距離的增加, 各測(cè)點(diǎn)的地表沉降逐漸減小。最大沉降點(diǎn)位于 4 號(hào)斷面的 D4- 2 測(cè)點(diǎn), 其最大沉降達(dá) - 28 mm。2.3 土體分層沉降 在沉箱兩側(cè)共布置 6 個(gè)土體分層沉降測(cè)孔, 各測(cè)孔土體分層沉降如圖 4 所示。不同深度處各測(cè)孔的沉降規(guī)律基本一致, 沉降量同時(shí)增加或減小。圖 3 和圖 4 監(jiān)測(cè)結(jié)果均表明沉箱施工周?chē)馏w沉降的影響很小。2.4 鄰近建筑物沉降 鄰近建筑物各測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線(xiàn)如圖 5 所示。沉箱施工過(guò)程中, 最靠近施工位置的 J1- 1 的相對(duì)沉降值最大, 其最大沉降達(dá) - 8.36 mm, 發(fā)生在工況 1, 該測(cè)點(diǎn)在工況 4 下沉降值也較大, 達(dá) - 8.03 mm。其余各測(cè)點(diǎn)的沉降值均較小, 一般在±2 mm之間, 說(shuō)明沉箱施工對(duì)這些測(cè)點(diǎn)沉降的影響較小。2.5 管線(xiàn)沉降 鄰近管線(xiàn)各測(cè)點(diǎn)在沉箱施工期間的沉降曲線(xiàn)如圖 6 所示。就沉降曲線(xiàn)的整體形狀而言, 沉箱施工對(duì)各管線(xiàn)變形的影響并不大, 且各管線(xiàn)測(cè)點(diǎn)的垂直變形并無(wú)明顯的變化規(guī)律。管線(xiàn)各測(cè)點(diǎn)中最大沉降點(diǎn)為 M3 測(cè)點(diǎn), 其最大沉降為- 5.4 mm, 發(fā)生在工況 4; 各測(cè)點(diǎn)中最大上抬位置在 M5 測(cè)點(diǎn),其最大上抬位移為 4.0 mm, 發(fā)生在工況 3。2.6 地下水位 沉箱周?chē)粶y(cè)點(diǎn)水位的相對(duì)變化如圖 7 所示。工況 1和工況 2, 沉箱下沉深度較淺, 沉箱底部施工施加的氣壓也較小, 氣壓平衡作用效應(yīng)不明顯, 因此地下水位變化幅度不大, 其中 SW2 測(cè)點(diǎn)的最大水位下降幅度僅為 - 37.8 mm; 隨著箱體的第三次下沉, 所有測(cè)點(diǎn)的水位迅速上升, 且各測(cè)點(diǎn)水位的上升幅度相近, 工況 3 下最高水位點(diǎn)為 SW3 測(cè)點(diǎn), 其水位相對(duì)于初始水位上升了 91.7 mm; 箱體第四次下沉后期,各測(cè)點(diǎn)水位相對(duì)于工況 3 有稍許的下降, 但水位仍高于初始水位。2.7 孔隙水壓力 沉箱周?chē)鷾y(cè)點(diǎn)孔隙水壓力變化如圖 8 所示。距地表越近, 孔壓的變化量越大。距沉箱最近的兩個(gè)測(cè)點(diǎn) SY01 測(cè)孔最大孔壓變化量為 10.67 kPa, 深度 - 6 m; SY02 測(cè)孔最大孔壓變化量為 24.38 kPa, 深度 - 6 m。整體而言, 從工況 2 開(kāi)始孔隙水壓力的變化值較大, 與地下水位的變化原因一致。3 結(jié)語(yǔ) 整體沉箱施工期間, 沉箱周邊土體側(cè)移、地表收分層沉降、地下水位及孔隙水壓力變化均較小, 施工場(chǎng)地周?chē)?構(gòu))筑物和地下管線(xiàn)并未發(fā)生過(guò)大的變形和位移, 說(shuō)明氣壓沉箱工況能夠有效地減小施工對(duì)周邊環(huán)境的影響, 從而進(jìn)一步證明氣壓沉箱式法在工程應(yīng)用中具有不可替代的競(jìng)爭(zhēng)力及廣泛的應(yīng)用前景。
