<P> <STRONG> 1. 概述 <BR></STRONG> 在地下工程建设中，由于工程地质、水文地质、环境条件、荷载条件、材料性质、施工过程的复杂多变和外界其它各种因素的影响，对深基坑工程设计提出一个简单明了、普遍适用的公式是不太可能的，单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题也很困难。另外，由于施工中影响因素的复杂多变，采用相似原理物理模拟施工状态也很难精确预测实际结果。因此，借助于概念设计理论和变形控制理论，对深基坑工程的开挖施工全过程进行现场监测，及时发现险情和反馈信息，采取处理措施，做到动态设计和信息化施工，对于弥补理论的不足，提高基坑工程施工的安全稳定性是十分必要的。 <BR> 润扬长江公路大桥北锚碇基础工程基坑为矩形结构，平面尺寸为69m×50m，深达50m，规模庞大，属国内第一，世界罕见，其围护结构由厚1.2m平均深54m的嵌岩地连墙、12道钢筋混凝土水平支撑及32根钢管混凝土立柱桩组成，结构如图1和图2所示。 <BR> 北锚碇位于长江中间的世业洲上，场区内工程地质条件复杂，上部为第四系覆盖层，总厚度45.7~48.5m。平均深度16m以浅土层为淤泥质亚粘土，透水性较差，16~48m左右深的土层为砂层，是第四系孔隙微承压水主要含水层。地下水位受江水水位影响明显，枯水期地下水标高1.5~1.6m，丰水期地下水标高3.6~4.1m。基岩属燕山晚期侵入岩，岩性主要为花岗闪长岩和后期侵入的岩脉。由于脉岩的穿插，使基岩裂隙发育，且有蚀变、破碎和断裂，有两处构成较小规模的断层（破碎带），局部间夹有断层泥。由于受构造运动和岩脉的穿插入侵，使基岩风化层厚薄不一，强风化层厚度差达20m，微风化面的高程有较大变化。对节理裂隙发育的岩体和强风化、中风化岩体，特别是软弱夹层和破碎带处，均呈沿裂隙面明显的剪切流变。由于场区距长江干流不及200m，水力联系密切，相互渗补，补给水源丰富，致场区地下水呈饱和状态，基坑封水风险极大。 <BR></P>
<P align=center><IMG style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; WIDTH: 430px; BORDER-TOP-COLOR: #000000; HEIGHT: 224px; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000" height=362 alt="" src="/webmanager/SD_PowerWebManager/manager/moduleasp/htmledit/UploadFile/2005615141348607.JPG" width=552 border=0></P>
<P align=center>图1 基坑结构立面图 <BR><IMG style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; WIDTH: 367px; BORDER-TOP-COLOR: #000000; HEIGHT: 274px; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000" height=324 alt="" src="/webmanager/SD_PowerWebManager/manager/moduleasp/htmledit/UploadFile/2005615141448340.JPG" width=431 border=0></P>
<P align=center>图2 基坑结构平面图</P>
<P><BR> 地连墙分别嵌入强风化、弱风化、微风化，嵌固情况极为复杂。 <BR><STRONG> 2. 北锚基坑信息化施工系统 <BR></STRONG> 润扬大桥北锚工程是大桥的关键控制性工程，工程规模大，技术难度很高，且缺乏国内外类似工程实践经验，同时，锚位处工程地质、水文地质复杂多变，坑位地下水受江水补给影响，且与南岸防汛大堤相距最近处仅约70m，要求在今年大汛前完成墙体构筑，时间紧迫。因此， 对北锚基坑施工各受力阶段、不同工况条件下地连墙“围护-支撑”结构的变形和位移，以及坑外地表沉降进行预测与控制，使其被约束在规定的容许值范围内，是保证工程施工安全和防汛大堤不受影响的关键。信息化施工就此产生。 <BR> 深基坑工程信息化施工是一种融勘察、设计、施工、监测和管理于一体的施工方法，它根据在基坑开挖过程中及时量测得到的信息，由已编好的软件进行理论解析或数值分析，再结合工程地质条件和结构受力变形等情况做出综合判断，确定修改后的设计参数与施工对策。据此，北锚基坑信息化施工体系由信息采集、信息处理、信息反馈三部分组成。 <BR> 2.1 信息采集 <BR> 信息的采集是通过监测系统实现的。基坑开挖监测主要内容有三个方面，即变形监测、应力应变监测和地下水动态监测。变形监测包括地下连续墙垂直沉降和平面位移监测、地下连续墙纵向变形监测、基坑内支撑立柱回隆监测、坑外地基沉降及水平位移监测、长江大堤及附近建筑物变形监测；应力应变监测包括地连墙墙体钢筋应力监测、支撑轴力监测、围檩内力监测、支撑立柱内力监测；地下水动态监测包括坑内外地下水位监测、坑外孔隙水压力监测。此外，还进行了土压力监测、地下连续墙和支撑及围檩的温度监测。根据北锚基坑的特点制定了合理的监测系统监测方案。监测点布置见图3，监测频率见表1。 <BR> 施工监测频率 表1 <BR><BR><IMG style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; WIDTH: 544px; BORDER-TOP-COLOR: #000000; HEIGHT: 632px; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000" height=635 alt="" src="/webmanager/SD_PowerWebManager/manager/moduleasp/htmledit/UploadFile/2005615141656227.JPG" width=551 border=0></P>
<P align=center>图3 监测点布置图</P>
<P> 2.2 信息的处理和反馈 <BR> 监测人员将采集的信息，运用专门的软件进行处理，提交监测报告给业主、施工单位、监理、设计单位和科研单位，供各相关单位分析研究。北锚基坑施工的分析研究工作包括： <BR> 1）空间模型的计算反演分析 <BR> 通过地质钻探所获得的关于地质的参数不可能完全反映岩土的特性，因此，在设计计算中，因岩土参数取值问题而使得计算结果不能完全反映基坑的受力状况。在基坑施工中，将施工监测所收集到的信息参数作为已知参数，通过有限元结构模型计算反演求锚区的主要地质参数，再利用反演所得参数通过动态设计模型预测下一阶段施工中地连墙和支撑体系内力及位移等参数的变化，将预测值再与下一阶段施工监测所采集到的数据进行比较和分析，如此循环，使设计所取参数更符合实际情况。 <BR> 北锚基坑施工每开挖一层土方进行一次全面的有限元结构模型计算反演分析和预测，并根据基坑的实际状况及时调整分析模型，同时在施工过程中对某些施工专题问题展开研究。 <BR> 2）人工智能反分析预测 <BR> 北锚基坑施工的安全受多种不确定性因素影响，很难从某一种或几种外界影响因素来作出判断，施工中所收集到的监测数据也常带有很强的离散性，因此要建立一种具有各因素相互制约或影响关系的模型是十分因难的。 <BR> 神经网络分析方法，具有较强的非线性动态处理能力，无需知道两个变化参数之间的关系，可实现高度的非线性映射，其较强的学习、存储和计算能力，特别是较强的容错特性，适用于从实例样本中提取特征，获取知识，从而建立相互之间的非线性映射。人工神经网络具有较强的抗干扰能力，个别测点的误差将不会对预测结果产生大的影响。神经网络分析方法这一特性正适应了北锚基坑的特性。 <BR>北锚基坑开挖过程中，采用基于Matlab平台的神经网络多步滚动预测的研究方法，将预测时间步长定为7天，每7天提供一次预测报告，同时在施工过程中根据所研究的成果随时对基坑施工提出指导性意见。 <BR> 3）结构（包括封水）安全的复核计算———正演分析 <BR> 基坑施工前，若计划实施的施工方案与原设计计算所模拟的工况有差别，则根据新工况对结构（包括封水）进行复核计算，然后才能对相关施工方案作改动。在基坑施工过程中，应根据基坑的运行情况和实际的施工步骤，对原结构计算模型进行动态优化，并将反演分析所推出的更为可靠的岩土技术参数替换原取值对结构进行正演分析计算。通过优化后的计算模型，采用反分析所得参数，按预定的施工过程和方法进行分析，预测下一步开挖后地连墙和支撑体系一些参数的变化（如：位移量、沉降量、土压力、孔隙水压力及结构内力等），在施工中与监测所采集到的数据进行比较、分析，若预测值远大于或远小于监测所采收集到的数值，应及时调整设计方案或施工工艺，确保基坑不会因缺少安全度而发生事故。 <BR> 4）基坑施工的动态调整 <BR> 监测数据的采集、统计及正、反演分析只能称之为信息化，而在施工中根据信息化所提出的要求及时对施工进行动态的优化调整，才能统称为信息化施工。因此在施工过程中，监测成果要及时发布，参与信息收集、分析、研究人员和基坑施工人员必须经常性沟通，确保信息化反映的要求在施工中得到很好落实，这样才能充分发挥信息化施工在基坑工程施工中的优势。北锚基坑施工中，根据信息化提出的要求在基坑施工时及时对施工措施和施工顺序进行调整，取得了较好的效果。 <BR> <STRONG> 3. 信息化施工对基坑开挖的指导作用</STRONG> <BR> 在基坑开挖过程中，信息化的施工方法对基坑成功开挖到底起到了积极作用。 <BR> （1）北锚基坑初始开挖时，支撑轴力测量初值往往出现负值，从支护结构受力分析上无法解释该问题。信息化施工科研小组从非结构因素入手，进行了大量的计算和分析，得出结论：混凝土收缩及徐变是导致支撑轴力初始值为负值的主要原因，并且混凝土收缩及徐变对支撑轴力的影响与荷载引起的轴力处于同一数量级。为实际了解收缩影响的大小，并更准确测量支撑内的实际轴力，信息化施工监测小组根据科研小组的建议修改了原监测方案，在支撑中适 当添加了钢筋计和混凝土应变计。 <BR> （2）在基坑开挖过程中，信息化施工科研小组利用非线性有限元程序，通过对坑外几种不同降水方案的计算分析，预测可能发生的变形和内力，并通过对这些降水方案的比较，提出相应的建议，指导基坑坑外降水工作。 <BR> （3）北锚深基坑在开挖至第六层时，地连墙变形增长迅速，信息化施工科研小组根据地连墙测斜结果对地连墙的弯距进行分析，结果表明地连墙在长边中点嵌岩位置可能出现塑性铰。对基坑第七层开挖结果进行预测，发现地连墙长边中点下端位移出现拐点（见图4），说明地连墙的嵌岩区域已经进入塑性。根据预测结果，施工单位进一步优化各施工工序间的衔接，减少工作面曝露时间，并加大基坑外侧的降水，保证了基坑安全施工。 <BR> （4）为加快施工进度，确保在洪水期来临前完成北锚基坑封底的施工，同时解决部分区域（岩面凸出处）第十二道支撑无法施工的问题，对北锚原设计方案进行调整，将第十二道支撑和基底找平层相结合进行施工。为确保方案安全可行，信息化施工科研小组对变更方案进行了分析预测。预测结果表明，该方案安全可行。 <BR></P>
<P align=center><IMG style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; BORDER-TOP-COLOR: #000000; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000" alt="" src="/webmanager/SD_PowerWebManager/manager/moduleasp/htmledit/UploadFile/2005615141858746.JPG" border=0></P>
<P align=center>图4 地连墙位移预测图 <BR></P>
<P align=left><STRONG> 4. 结语 <BR></STRONG> 润扬长江公路大桥北锚碇基坑工程规模宏大，深度居全国第一，水文地质条件复杂，结构和封水不定因素多，风险极大，信息化施工起到了确保基坑安全、指导施工科学的重要作用。目前，基坑已安全开挖至基底，并顺利完成了封底及底板混凝土的浇筑，正在进行内隔墙的施工。 </P>
<P> </P>
<P align=right>(吉林阮 静陈策)<BR></P>
