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的變位能夠控制在允許范圍之內(nèi)。【關(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, 城市地下空間的開發(fā)和利用將越來越成為城市發(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越高, 地下空間開發(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)開挖建設(shè)大深度地下空間, 往往面臨施工場(chǎng)地狹小、周圍重要設(shè)施眾多的情況; 同時(shí), 地下施工在開挖時(shí)往往會(huì)引起地下水位的降低, 進(jìn)而導(dǎo)致周圍地基的沉陷, 嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起周圍地基的塌陷, 給鄰近建(構(gòu))筑物和地下市政設(shè)施帶來嚴(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 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在外圍采取支撐形式或壓沉形式來控制沉箱下沉速率及下沉姿態(tài)。在施工過程中,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)沉箱周圍土體的水平與垂直、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 在沉箱周圍共布置 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如圖 2 所示。 總體而言, 開始 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以內(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圍土體沉降的影響很小。2.4 鄰近建筑物沉降 鄰近建筑物各測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線如圖 5 所示。沉箱施工過程中, 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, 說明沉箱施工對(duì)這些測(cè)點(diǎn)沉降的影響較小。2.5 管線沉降 鄰近管線各測(cè)點(diǎn)在沉箱施工期間的沉降曲線如圖 6 所示。就沉降曲線的整體形狀而言, 沉箱施工對(duì)各管線變形的影響并不大, 且各管線測(cè)點(diǎn)的垂直變形并無明顯的變化規(guī)律。管線各測(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 沉箱周圍水位測(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 沉箱周圍測(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 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)地周圍建(構(gòu))筑物和地下管線并未發(fā)生過大的變形和位移, 說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)沉箱周圍土體的水平與垂直、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 在沉箱周圍共布置 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如圖 2 所示。 總體而言, 開始 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以內(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圍土體沉降的影響很小。2.4 鄰近建筑物沉降 鄰近建筑物各測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線如圖 5 所示。沉箱施工過程中, 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, 說明沉箱施工對(duì)這些測(cè)點(diǎn)沉降的影響較小。2.5 管線沉降 鄰近管線各測(cè)點(diǎn)在沉箱施工期間的沉降曲線如圖 6 所示。就沉降曲線的整體形狀而言, 沉箱施工對(duì)各管線變形的影響并不大, 且各管線測(cè)點(diǎn)的垂直變形并無明顯的變化規(guī)律。管線各測(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 沉箱周圍水位測(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 沉箱周圍測(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 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)地周圍建(構(gòu))筑物和地下管線并未發(fā)生過大的變形和位移, 說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。
