綜合管廊基坑監測方法

馮 晶 中交三航局第三工程有限公司

1 前言

綜合管廊基坑的施工需要做到安全、質量、進度及周邊環境的協調統一，如何將圍護結構的變形及受力控制在合理的范圍內至關重要，而既有的力學理論還無法準確地對施工過程中的各種變形及受力進行精確計算，只有通過全方位的監控量測來了解管廊圍護結構的變形和受力情況，并且通過監測數據監控施工過程，指導施工，達到信息化施工的目的，確保綜合管廊施工的安全。

2 工程概述

橫江大道（西江互通連接線城南河路至S356段）建設工程起點位于城南河大橋南側落地點，順接橫江大道（緯三路—城南河路段）快速化改造工程，終點接356省道，與三橋北接線交叉設西江互通，總長7.107km；本標段內容為土方工程（含渣土工程）、路基工程、橋涵工程、隧道工程、河道工程、人行地道工程、管線工程、綜合管廊等土建工程施工，以及標段范圍內天橋工程和智能公交站臺等相關工程基礎和預留預埋的施工。

3 監測目的

本項目的施工監測，既是對施工的控制及指導，也是設計工作的后續，能為設計及時調整設計參數提供依據，準確地說施工監測是施工、監測和設計三方互動、共同確保隧道圍護體系穩定的過程。

4 監測點的布置

綜合管廊明挖基坑的監測對象為基坑支護結構和周邊環境。基坑支護結構監測對象主要為圍護樁、支撐及立柱，周邊環境監測對象主要為工程周邊巖土體、地下水、建筑物、地下管線及市政基礎設施等。

依據相關規范及設計要求，本工程擬進行監測的項目及測點布置見表1，由于施工現場環境復雜，現場埋設時，測點位置將根據實際情況進行適當調整。

表1 綜合管廊基坑監測項目及布置

5 監測方法

5.1 水平位移基準網布設

本項目水平位移基準網共設置基準點5個，其中3個為既有基準點（編號為E07～E09），工作基點6個（編號為BS1～BS6）。基準點及工作基點采用有強制對中裝置現澆混凝土觀測墩或者埋設專門觀測標石的方式布設。水平位移基準網布網示意圖見圖1。

圖1 水平位移基準網布網示意圖

5.2 水平位移基準網測量

基準網測量工作開始之前應對委托單位移交的首級平面控制網基準點進行檢查，確認基準點點位穩定、設施完好后方可使用。

（1）GPS靜態測量法：根據工程現場情況，對基準點采用衛星導航定位靜態測量，具體觀測采用大地三邊形或四邊形同步圖形擴展方式進行布網，相鄰同步環之間由2個公共測站相連，每個同步環由3或4個測站組成，每個環同步觀測2個時段，每時段觀測至少60min。

（2）全站儀邊角測量法：采用全站儀對位移基準點及基準點與工作基點進行測量時，位移觀測等級按照二等進行。

5.3 豎向位移基準網布設

本項目豎向位移監測共設置基準點6個，其中3個為既有基準點（編號為E07～E09），工作基點5個（編號為BM1～BM5）。基準點采用現澆鋼筋混凝土固定墩或挖坑埋石方式布設，工作基點采用道釘或者“L”型測標鉆孔埋設。豎向位移基準網路線圖見圖2。

圖2 豎向位移基準網路線圖

5.4 豎向位移基準網測量

本項目豎向位移控制網按照JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》中變形觀測等級為二等的相關技術要求進行測量。

5.5 初始值測量

5.5.1 圍護樁（墻）頂部水平位移、豎向位移監測

應在相關施工工序前測定，并取至少連續觀測三次的穩定值取其平均值。

5.5.2 圍護樁（土體）深層水平位移監測

應在基坑開挖之前至少一周埋設好測斜管，并取開挖之前連續兩天穩定測試數據的平均值作為初始值，同時應對每個深度進行正、反兩次測量。

5.5.3 基坑外地下水位監測

地下水位管應在基坑開挖前一周埋設結束，基坑開挖前連續觀測并取得穩定的測試數據，作為初始值。

5.5.4 支撐軸力監測

支撐內力監測項目，采用傳感類儀器，應在開挖之前埋設結束，基坑開挖前經過一周的監測取得穩定的監測數據作為初始值。

5.6 圍護樁（墻）水平位移及豎向位移監測

5.6.1 圍護樁（墻）頂部水平位移監測

根據監測基準點或工作基點，架設徠卡高精度全站儀TS30進行測點位移監測，采用自由設站后方交會的方法，自由設站時，設站點每次宜在同一個位置，每個測站觀測相同的一批監測點，不允許監測點觀測采用不同的測站。設站點應與2～3個基準點或工作基點相互通視，且該部分基準點或工作基點的平面分布的范圍大于九十度，設站點與監測點之間的距離不大于500m；所觀測的監測點中，至少有兩個點應在其他測站觀測；并且應該采用邊角同測，水平角和距離觀測測回數應當滿足規范要求。

5.6.2 圍護樁（墻）頂部豎向位移監測

采用水準測量的方法進行監測，水準儀進行豎向位移監測的精度要求為±1.0mm。根據工作基點進行監測點豎向位移測量，測量各個沉降測點的歷次高程，與初始值比較，即為測點的沉降量。

5.7 圍護樁（土體）深層水平位移監測

采用滑動式測斜儀人工采集數據的方式，進行圍護墻深層水平位移監測；監測時，測斜儀探頭放置測斜管底部，待接近管底溫度時再進行量測，每個深度都應該采取正、反兩次量測。

測斜儀測頭下滑動輪作用點相對于上滑動輪作用點的水平偏差可以通過儀器測得的傾角Φ計算得到，計算公式為：

式中：

Δδ1——第i量測段的相對水平偏差增量值；

Li——第i量測段的垂直長度，通常取0.5m；

ΔΦi——第i量測段的相對傾角增量值。

將每段間隔Li取為常數，則水平偏差總量與水平位移δ僅為Δδ1的函數，同時計入管端水平位移量值δ0，即：

5.8 基坑外地下水位監測

按照三等水準的要求測量水位管的管口高程，高程控制采用閉合水準網形式。測試時，水位計的探頭先要被緩慢的放入水位管中，當儀器發出蜂鳴聲時，說明此時探頭已經接觸到水面，讀出水位測量儀的標尺讀數，精確至1mm。地下水位計算公式：

5.9 支撐軸力監測

支撐軸力監測對象有混凝土支撐及鋼支撐，可以采用頻率儀直接采集數據，需自動化監測時，可接入測控單元內實時采集數據；計算方法如下。

5.9.1 混凝土支撐

鋼筋混凝土支撐內力計算方法：

式中：

Nc——支撐內力（kN）；

σS——鋼筋應力（kN/mm2）；

kj——第j個鋼筋計標定系數（kN/Hz2）；

fji——第j個鋼筋計監測頻率（Hz）；

fjo——第j個鋼筋計安裝后的初始頻率（Hz）；

Ajs——第j個鋼筋計截面積（mm2）；

Ec——混凝土彈性模量（kN/mm2）；

Es——鋼筋彈性模量（kN/mm2）；

Ac——混凝土截面積（mm2），Ac=Ab-As；

Ab——支撐截面積（mm2）

As——鋼筋總截面積（mm2）。

5.9.2 鋼支撐

鋼筋計計算公式：

式中：

P——被測鋼筋計所受的力（kN）；

K——鋼筋計的靈敏度系數（kN/Hz2）；

f0——鋼筋計的初始頻率值；

Fi——鋼筋計工作頻率值。

頻率儀的監測精度為0.5%F·S，分辨率為0.2%F·S。

6 結束語

通過對綜合管廊基坑的監測，既可以保證各施工階段的安全和施工過程中結構穩定性符合設計要求，又可以對施工過程中的監測數據進行統計和分析并對施工過程結構的變化進行預測和控制，優化施工工序，提高施工工藝水平。