一种基坑安全施工控制方法与流程

1.本发明涉及基坑施工领域。更具体地说，本发明涉及一种基坑安全施工控制方法。


背景技术：

2.对于靠近既有铁路线路的基坑施工，若在进行基坑支护用的钻孔桩施工时发生塌孔、缩孔，或者在高压旋喷桩施工时压力过高，都会影响既有铁路路基的稳定性。同时，基坑施工时，自身的稳定性同样影响到施工进度以及施工安全，因此基坑施工一般遵循“竖向分层、先撑后挖、对称开挖、不得超挖”的原则开挖，在基坑开挖过程中及时跟进基坑内横向、纵向钢支撑施工。但钢支撑受温度影响，易因压力消减造成支撑端部移动脱落，影响支撑效力。针对上述问题，现有技术一般仅在施工过程中对基坑变形进行监测，未考虑对既有铁路线路的影响。而对于基坑内的钢支撑，通常由人工进行淋水降温或者通过铁楔楔紧，依赖人工经验，效率以及可靠性低。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基坑安全施工控制方法，所述基坑的一侧靠近既有铁路线路，包括：
5.对基坑的围护结构和既有铁路线路进行沉降监测和位移监测，并根据各监测点的沉降和位移变形值和变形速率进行分级预警；
6.对基坑内水平设置的各钢支撑进行轴力及温度监测，并根据各钢支撑的轴力或温度变化对各钢支撑进行加热或降温。
7.优选的是，基坑的围护结构包括沿基坑外周间隔设置的多个防护桩以及设置在防护桩外侧的双排高压旋喷桩止水帷幕；基坑的围护结构的沉降和位移监测点包括设置在阳角处的防护桩以及中部的防护桩顶部的多个观测螺栓。
8.优选的是，对既有铁路线路的沉降监测和位移监测包括轨道的沉降和位移监测、路基的沉降和位移监测以及接触网立柱的沉降和倾斜度监测。
9.优选的是，路基的沉降和位移监测点包括设置在路基两侧的沉降监测桩、沿竖直方向间隔设置在路基本体内的多个沉降计、沿竖直方向间隔设置在路基基底内的多个沉降计、设置在路基边坡外侧的多个观测边桩以及设置在路基边坡内的测斜仪。
10.优选的是，根据各监测点的沉降和位移的变化值以及变化速率分三级进行预警；
11.一级预警：当δui＜0.6u
i0
或vi≤4mm/d时，既有铁路线路或基坑处于正常状态，持续进行监测；
12.二级预警：当0.6u
i0
≤δui≤0.8u
i0
或4mm/d＜vi≤6mm/d时，既有铁路线路或基坑处于低风险状态，增加对各监测点的监测频率，并针对出现风险状态的监测点调整基坑开挖工艺；
13.三级预警：当δui＞0.8u
i0
或vi＞6mm/d时，既有铁路线路或基坑处于高风险状态，
暂停基坑施工，并对施工方案、开挖进度、支护参数进行调整，以使各监测点的沉降或位移变形值达到一级预警状态后继续进行基坑施工；
14.其中，u
i0
为监测点ui的沉降或位移的控制基准值，δui为监测点ui的沉降或位移当日当前频次的累计变形值，vi为监测点ui沉降或位移当日的变化速率。
15.优选的是，通过钢支撑辅助控制系统对各钢支撑进行加热或降温，各所述钢支撑由多个节段的钢管拼接而成；
16.所述钢支撑辅助控制系统包括控制元件、集成水箱、管路系统以及流量调节系统，所述集成水箱内设置有温控组件，用以调整所述集成水箱出水口的水温；所述管路系统包括多条温控支路，多条所述温控支路与所述钢支撑一一对应设置，所述温控支路包括多个串联的温控单元，分别与各节段的钢管一一对应，且套设在对应的钢管上；任意所述温控支路的两端分别与所述集成水箱的出水口和进水口连通；所述流量调节系统包括多个流量调节阀，分别与多条所述温控支路一一对应，任意所述流量调节阀串联在对应的所述温控支路靠近所述集成水箱的出水口一端；
17.所述温控组件和各所述流量调节阀分别与所述控制单元连接。
18.优选的是，所述钢支撑的两端分别与基坑的侧壁固定连接，且所述钢支撑的两端与基坑的侧壁之间设置有轴力计，所述钢支撑的内部设置沿其长度方向间隔设置有多个温度传感器，各所述轴力计与各所述温度传感器分别与数据采集装置连接，各所述数据采集装置分别与所述控制元件连接。
19.优选的是，所述温控单元包括螺旋缠绕在钢管上的扁管、包覆在所述扁管外周的隔热层以及紧密套设在所述隔热层外侧的外壳；相邻两个所述温控单元的扁管通过管道连通。
20.优选的是，所述扁管的内侧涂覆有导热层。
21.本发明至少包括以下有益效果：
22.1、本发明提供的基坑安全施工控制方法，以基坑变形和既有铁路线路变形为监测对象，通过对基坑的围护结构和既有铁路线路同时进行沉降监测和位移监测，及时发现施工过程中基坑、既有铁路和周边环境变形发展趋势，及早发现施工存在的安全隐患，确保基坑施工安全及结构的稳定性，达到有效控制基坑施工对既有铁路和周边环境影响的目的。
23.2、本发明提供的基坑安全施工控制方法，同时考虑基坑的围护结构和既有铁路线路沉降和位移形变值和形变速率，建立三级预警机制，在发现基坑的围护结构或既有铁路线路出现异常形变时及时采取对应的措施。
24.3、本发明提供的基坑安全施工控制方法，通过钢支撑辅助控制系统对各钢支撑进行加热或降温，达到对各钢支撑的及时、精确地调整和维护，保证各钢支撑能够保持在设置的温度状态的轴力状态下。
25.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.图1为本发明中基坑的围护结构的沉降和位移监测点布设平面示意图；
27.图2为本发明既有铁路线路的路基的沉降和位移监测点布设立面示意图；
28.图3为本发明所述管路系统的结构示意图；
29.图4为本发明所述温控单元的截面结构示意图；
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
31.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.如图1～图4所示，本发明提供一种基坑安全施工控制方法，所述基坑的一侧靠近既有铁路线路，包括：
33.对基坑的围护结构和既有铁路线路进行沉降监测和位移监测，并根据各监测点的沉降和位移变形值和变形速率进行分级预警；
34.对基坑内的水平设置的各钢支撑104进行轴力及温度监测，并根据各钢支撑104的轴力或温度变化对各钢支撑进行加热或降温。
35.在这种技术方案中，以基坑变形和既有铁路线路变形为监测对象，通过对基坑的围护结构和既有铁路线路同时进行沉降监测和位移监测，及时发现施工过程中基坑、既有铁路和周边环境变形发展趋势，及早发现施工存在的安全隐患，确保基坑施工安全及结构的稳定性，达到有效控制基坑施工对既有铁路和周边环境影响的目的。
36.其中，基坑的围护结构包括沿基坑外周间隔设置的多个防护桩102以及设置在防护桩外侧的双排高压旋喷桩止水帷幕101；如图1所示，基坑的围护结构的沉降和位移监测点包括设置在阳角处的防护桩102以及中部的防护桩102顶部的多个观测螺栓105。进一步地，相邻两个观测螺栓105的间距不大于20m。所述观测螺栓105采用冲击钻于防护桩102表面钻一定深度的空洞，埋设测钉，露出立柱表面一定距离，标注记号作为监测点。
37.对既有铁路线路的沉降监测和位移监测包括轨道的沉降和位移监测、路基的沉降和位移监测以及接触网立柱的沉降和倾斜度监测。对轨道和接触网立柱的监测通过人工采用相关仪器在非通行期间进行监测。
38.既有铁路线路的路基的沉降和位移监测点包括设置在路基两侧的沉降监测桩202、沿竖直方向间隔设置在路基本体内的多个沉降计203、沿竖直方向间隔设置在路基基底内的多个沉降计205、设置在路基边坡外侧的多个观测边桩201以及设置在路基边坡内的测斜仪204。路基本体以及路基基底内的沉降计可通过在路基上钻孔并放置pvc护管，将各沉降计放置于pvc护管内进行安装。
39.基坑的围护结构以及既有铁路线路的沉降监测采用水准测量进行监测，水准测量采用高精度自动安平电子水准仪配合专用铟瓦尺施测。监测时选用施工控制点作为水准基点建立基准网，每一测区的水准基点不应少于三个。在基准网建成后，应在第一次施测结束后每1～2个月进行一次复测，稳定以后3～6个月复测一次。各监测点的当日沉降量绝对值
大于等于1mm时则认为监测点发生了变形或存在变形趋势；当累计沉降量绝对值大于等于2mm时，则认为沉降监测点发生了沉降变形。实时记录各监测点的观测值及沉降变形值，并绘制时间沉降变形曲线，进行变形分析。
40.基坑的围护结构以及既有铁路线路的位移监测采用视准线法进行水平位移监测，仪器可选用2级全站仪。在基坑开挖深度3倍范围以外不受施工影响的稳定区域设置基准点，在基坑周围较稳定的位置设置工作基点，直接在工作基点上架设仪器对各监测点进行观测。
41.然后根据各监测点的沉降和位移的变化值以及变化速率分三级进行预警；
42.一级预警：当δui＜0.6u
i0
或vi≤4mm/d时，既有铁路线路或基坑处于正常状态，持续进行监测；
43.二级预警：当0.6u
i0
≤δui≤0.8u
i0
或4mm/d＜vi≤6mm/d时，既有铁路线路或基坑处于低风险状态，增加对各监测点的监测频率，并针对出现风险状态的监测点调整基坑开挖工艺；
44.三级预警：当δui＞0.8u
i0
或vi＞6mm/d时，既有铁路线路或基坑处于高风险状态，暂停基坑施工，并对施工方案、开挖进度、支护参数进行调整，以使各监测点的沉降或位移变形值达到一级预警状态后继续进行基坑施工；
45.其中，u
i0
为监测点ui的沉降或位移的控制基准值，即沉降或位移的变形最大容许值，δui为监测点ui的沉降或位移当日当前频次的累计变形值，vi为监测点ui沉降或位移当日的变化速率。
46.当监测点ui的δui或者vi中任一项达到二级预警或三级预警状态，无论该监测点位于基坑的围护结构或者既有铁路线路，均需采取对应的措施。
47.在基坑施工过程中需要在每层开挖完成后及时进行钢支撑施工，考虑到环境温度应力对钢支撑结构的不利影响，采用钢支撑辅助控制系统对各钢支撑进行加热或降温，以保证各钢支撑能够保持在设置的温度状态下，进而使钢支撑的轴力同样保持在设置状态下。各所述钢支撑根据长度需要由多个节段的钢管拼接而成；
48.所述钢支撑辅助控制系统包括控制元件、集成水箱、管路系统以及流量调节系统，所述集成水箱内设置有温控组件，用以调整所述集成水箱出水口301的水温；参照图3，所述管路系统包括多条温控支路，多条所述温控支路与所述钢支撑一一对应设置，所述温控支路包括多个串联的温控单元303，分别与各节段的钢管一一对应，且套设在对应的钢管上；任意所述温控支路的两端分别与所述集成水箱的进水口304和出水口303连通；所述流量调节系统包括多个流量调节阀302，分别与多条所述温控支路一一对应，任意所述流量调节阀302串联在对应的所述温控支路靠近所述集成水箱的出水口301一端；
49.所述温控组件和各所述流量调节阀302分别与所述控制单元连接。
50.所述钢支撑的两端分别与基坑的侧壁固定连接，且所述钢支撑的两端与基坑的侧壁之间设置有轴力计，所述钢支撑的内部设置沿其长度方向间隔设置有多个温度传感器，各所述轴力计与各所述温度传感器分别与数据采集装置连接，各所述数据采集装置分别与所述控制元件连接。
51.在上述技术方案中，所述轴力计用以监测对应所述钢支撑的轴力，所述温度传感器可以固定在所述钢支撑的内壁上，用以监测所述钢支撑的温度。各所述数据采集装置用
以采集各所述轴力计和各所述温度传感器监测的数据，并传输至所述控制元件。当监测到某一所述钢支撑的轴力减小或温度值的超过设定值时，通过所述控制元件调整所述温控组件对应调整所述集成水箱的出水温度，并调整对应的所述流量调节阀，使对应的温控支路上的各温控单元303对所述钢支撑进行加热或降温。其中温度值的设定值为所述钢支撑所采用的材料产生形变时温度变化范围值，即超过这一温度范围对应的钢支撑将产生形变，从而影响其支护效力。所述控制元件可采用本领域常规使用的控制器，如具有相应运算能力的plc控制器。
52.进一步地，考虑到不同基坑深度范围内所述钢支撑在安装时的环境温度不一定相同，进而在调整其温度时，对水温的要求也不一定相同。所述集成水箱的出水温度为各所述钢支撑所需调节水温的均值，因此在各温控支路上设置所述流量调节阀，当所述集成水箱的出水温度与所述温控支路对应的钢支撑所需调节水温相差较大时，增大该所述温控支路的水流量，以适应不同工况下温控要求，达到对各所述钢支撑的精确调整。所述集成水箱的出水温度与所述温控支路对应的钢支撑所需调节水温的差值对应的水流量通过试验确定。所述钢支撑所需的调节水温为所述钢支撑的温度变化值考虑随水流流动衰减后的温度值。所述集成水箱可采用从基坑内抽排出来并经过滤后的水，各所述温控支路流出的水从所述集成水箱的进水口304重新返回所述集成水箱，重复利用。
53.具体地，如图4所示，所述温控单元303包括螺旋缠绕在钢管305上的扁管307、包覆在所述扁管307外周的隔热层308以及紧密套设在所述隔热层308外侧的外壳309；相邻两个所述温控单元的扁管307通过管道连通。
54.所述扁管307的内侧涂覆有导热层306。
55.各所述扁管307螺旋缠绕在对应的所述钢管305上，采用所述扁管307以增加其与所述钢管305的接触面积，所述导热层306可进一步提高所述扁管的导热效率，将水温传递至所述钢管305上。所述导热层306可采用常规导热材料涂覆至所述扁管307的内侧，即与所述钢管305贴合的一侧。并且为减少所述扁管307的水温与环境温度发生交换，在所述扁管307的外侧包覆隔热材料，如玻璃纤维棉毡，形成所述隔热层308。然后在所述隔热层308的外侧安装所述外壳309，所述外壳309可以由多个与所述钢管305等长的片体依次铰接而成，以适应不同直径的要求，并且便于安装和拆卸。
56.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种基坑安全施工控制方法，所述基坑的一侧靠近既有铁路线路，其特征在于，包括：对基坑的围护结构和既有铁路线路进行沉降监测和位移监测，并根据各监测点的沉降和位移变形值和变形速率进行分级预警；对基坑内水平设置的各钢支撑进行轴力及温度监测，并根据各钢支撑的轴力或温度变化对各钢支撑进行加热或降温。2.如权利要求1所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，基坑的围护结构包括沿基坑外周间隔设置的多个防护桩以及设置在防护桩外侧的双排高压旋喷桩止水帷幕；基坑的围护结构的沉降和位移监测点包括设置在阳角处的防护桩以及中部的防护桩顶部的多个观测螺栓。3.如权利要求1所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，对既有铁路线路的沉降监测和位移监测包括轨道的沉降和位移监测、路基的沉降和位移监测以及接触网立柱的沉降和倾斜度监测。4.如权利要求3所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，路基的沉降和位移监测点包括设置在路基两侧的沉降监测桩、沿竖直方向间隔设置在路基本体内的多个沉降计、沿竖直方向间隔设置在路基基底内的多个沉降计、设置在路基边坡外侧的多个观测边桩以及设置在路基边坡内的测斜仪。5.如权利要求1所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，根据各监测点的沉降和位移的变化值以及变化速率分三级进行预警；一级预警：当δu
i
＜0.6u
i0
或v
i
≤4mm/d时，既有铁路线路或基坑处于正常状态，持续进行监测；二级预警：当0.6u
i0
≤δu
i
≤0.8ui0或4mm/d＜v
i
≤6mm/d时，既有铁路线路或基坑处于低风险状态，增加对各监测点的监测频率，并针对出现风险状态的监测点调整基坑开挖工艺；三级预警：当δu
i
＞0.8u
i0
或v
i
＞6mm/d时，既有铁路线路或基坑处于高风险状态，暂停基坑施工，并对施工方案、开挖进度、支护参数进行调整，以使各监测点的沉降或位移变形值达到一级预警状态后继续进行基坑施工；其中，u
i0
为监测点u
i
的沉降或位移的控制基准值，δu
i
为监测点u
i
的沉降或位移当日当前频次的累计变形值，v
i
为监测点u
i
沉降或位移当日的变化速率。6.如权利要求1所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，通过钢支撑辅助控制系统对各钢支撑进行加热或降温，各所述钢支撑由多个节段的钢管拼接而成；所述钢支撑辅助控制系统包括控制元件、集成水箱、管路系统以及流量调节系统，所述集成水箱内设置有温控组件，用以调整所述集成水箱出水口的水温；所述管路系统包括多条温控支路，多条所述温控支路与所述钢支撑一一对应设置，所述温控支路包括多个串联的温控单元，分别与各节段的钢管一一对应，且套设在对应的钢管上；任意所述温控支路的两端分别与所述集成水箱的出水口和进水口连通；所述流量调节系统包括多个流量调节阀，分别与多条所述温控支路一一对应，任意所述流量调节阀串联在对应的所述温控支路靠近所述集成水箱的出水口一端；所述温控组件和各所述流量调节阀分别与所述控制单元连接。
7.如权利要求6所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，所述钢支撑的两端分别与基坑的侧壁固定连接，且所述钢支撑的两端与基坑的侧壁之间设置有轴力计，所述钢支撑的内部设置沿其长度方向间隔设置有多个温度传感器，各所述轴力计与各所述温度传感器分别与数据采集装置连接，各所述数据采集装置分别与所述控制元件连接。8.如权利要求6所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，所述温控单元包括螺旋缠绕在钢管上的扁管、包覆在所述扁管外周的隔热层以及紧密套设在所述隔热层外侧的外壳；相邻两个所述温控单元的扁管通过管道连通。9.如权利要求8所述的基坑安全施工控制方法，其特征在于，所述扁管的内侧涂覆有导热层。

技术总结
本发明公开了一种基坑安全施工控制方法，所述基坑的一侧靠近既有铁路线路，包括：对基坑的围护结构和既有铁路线路进行沉降监测和位移监测，并根据各监测点的沉降和位移变形值和变形速率进行分级预警；对基坑内水平设置的各钢支撑进行轴力及温度监测，并根据各钢支撑的轴力或温度变化对各钢支撑进行加热或降温。本发明能够及时发现施工过程中基坑、既有铁路和周边环境变形发展趋势，及早发现施工存在的安全隐患，确保基坑施工安全及结构的稳定性。确保基坑施工安全及结构的稳定性。确保基坑施工安全及结构的稳定性。


技术研发人员：郭晓松 王海龙 王晓文 靳壮 程畅 李欢 王冰 蔡太平 吴东
受保护的技术使用者：中铁七局集团武汉工程有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/10/15