常州地鐵軟土明挖深基坑變形監測及數據分析

胡新業

(常州市中元建設工程勘察院有限公司，江蘇 常州 213000)

常州地鐵1號線已于2019年9月21日開通運營，它是江蘇省常州市建設的第一條地鐵線路，該地鐵在施工過程中遇到了多項軟土明挖基坑變形監測的難題。常州市地處長江下游三角洲蘇南平原，北臨長江，南瀕太湖，境內有眾多湖塘分布，地表水系極為發達。湖塘填埋區及一級階地土質較軟弱，在基坑開挖過程中由于受到施工環境、荷載條件的影響，勢必會引起周圍土層的變形[1]。為保障工程的順利實施，避免坍塌事故的發生，必須加強基坑的變形監測以及對監測數據的分析。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

常州地鐵1號線一期工程總長為34.237 km，河海站為雙層雙跨箱型框架結構、地下二層三跨島式車站，主體結構呈南北走向。車站基坑呈條形，基坑南北總長158 m，凈寬21.1 m，平均深度約為16.4 m，車站頂板上覆土厚約2.20 m，場區地下埋設有多種管道和管溝，如熱力管線、自來水管線、電纜、燃氣管道、光纜等障礙物。本車站開挖工作井深度約為16.8 m，采用800 mm地下連續墻圍護結構。考慮到地形位置的局限性，本車站施工利用明挖順作法，采用砼支撐和鋼支撐的混合支撐型式進行開挖，安全等級設為一級，因此對車站基坑變形控制要求非常高。

1.2 工程地質

根據外業全斷面鉆探取樣和室內土工試驗，剔除個別差異較大的指標，同時按照地質剖面和對收集到的區域地質資料進行綜合分析，擬建場地地基土按成因類型和巖土工程特性劃分成15個單元層、3個亞單元層。各層土的分布、巖性特點以及物理力學指標詳見勘察報告中的“物理力學指標統計表”。本次鉆探控制最大深度為43.50 m，從鉆探情況看，場地大都是由長江沖積而成的沉積土層，且很多地段為湖塘填埋區，沉積土層由于被河流切割，淤積了以淤泥質粉質黏土為主的不等厚度的一級階地較軟弱的土質[2]。

1.3 水文地質

擬建基坑的場地處于長江下游沖積平原地帶，原地面溝塘比較多，很多為湖塘填埋區，因此地下水埋深比較淺。鉆探期間測得鉆孔內綜合穩定地下水位埋深為3.50～4.00 m，場地地下水主要為承壓水，水量豐富，主要為大運河水和長江水的地下側向徑流補給。通過對鉆孔內采集混合水樣作水質分析，來了解場區內地下水的腐蝕性。根據《巖土工程勘察規范》(GB50021—2001)的有關的評價標準，場地地下水對混凝土結構具有微～弱腐蝕性，場地地下水對混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，綜合評價為該場地地下水對建筑材料具有弱腐蝕性[3]。

2 監測實施

2.1 監測控制網的布設

在遠離基坑50 m開外的、通視良好、地基穩定且能長期保存的地方或樓頂布設平面和高程控制點，控制點位應方便進行重復測量。本基坑監測項目一共布設6個平面和高程控制點。依據附近國家基準點并嚴格按照規范要求進行施測，控制點每2個月應復測一次。控制點埋設示意圖如圖1所示。

圖1 控制點埋設示意圖(單位：cm)

2.2 現場監測點位(孔)布設情況

綜合考慮本基坑的施工特點以及設計要求，同時參照現場地質條件等因素來布設監測點。本基坑的監測內容主要有：①地下連續墻頂水平位移和沉降監測，在基坑連續墻頂上一共布設18個監測點，水平位移觀測基準點可與沉降基準點共用，每個監測點之間間隔20 m；②混凝土內支撐梁和鋼管支撐梁的軸力測試，一共選擇18根軸力計和8組鋼筋計、9個監測斷面進行軸力監測；③周邊地面和建筑物沉降監測，在開挖基坑周邊穩定地帶共布置32個建筑物和地面沉降監測點；④圍護結構變形監測，為了掌握基坑側壁的不同側向變形情況，通過支撐梁的內力和基坑位移監測來了解基坑的穩定情況，測斜監測點布設在基坑圍護結構的各邊跨跨中，監測對象為選定的5個護坡樁、19個測斜孔[4]。本基坑的所有監測點布設見圖2所示，軸力測試橫斷面如圖3所示。

圖2 基坑監測點埋設平面圖(單位：mm)

圖3 圍護結構橫斷面設計圖

2.3 圍護樁頂部水平位移監測

(1)觀測方法。為了掌握基坑開挖過程中在水平方向上的位移情況，需要進行圍護樁頂部的水平位移監測，它是施工監測的一項重要內容。監測儀器通常選用高精度全站儀、測量機器人(如徠卡ts60全站儀)，通過正倒鏡取平均值的方法測量每個監測點的絕對坐標。監測點應布設在施測容易、受現場環境條件限制少的地方，對比每一期的數據從而得出水平位移變化值[5]。

(2)監測頻率。基坑開挖施工期間需要每天監測兩次，隨時掌握基坑的變形情況；基坑底板澆筑后需要每周監測兩次；在冠梁(鋼筋混凝土連續梁)澆筑時埋設監測點，凝固后即進行首次觀測作為初始值，聯測已知控制點得出每個監測點的絕對坐標值，以后每隔一周監測一次，直至車站主體全部完工。

2.4 基坑周圍地表沉降監測

(1)觀測方法。利用精度高于±1 mm/km的水準儀(DS1、DS05)配合因瓦尺按照不等距幾何水準的方法進行基坑周圍地表沉降監測，每次觀測前應首先對水準儀和因瓦尺進行檢驗，水準儀的i角應保證不大于±5 s；觀測時從基準點起測，視線高度應大于0.2 m，視線長度小于50 m，后視照準讀數兩次，基輔高差值小于±0.7 mm，最后將觀測值編制成沉降監測成果表。

(2)監測頻率。基坑開挖前的一周進行首次觀測，并記錄下初始值；基坑開挖過程中每隔一天監測一次；底板澆筑后主體結構完成之前需每周監測兩次。

3 基坑變形監測數據分析

根據常州地鐵1號線河海站基坑的施工進度安排，項目組在2016年5月至2017年3月期間一共開展了數個頻次的監測，現選擇基坑周圍建筑物沉降監測和圍護體頂部水平位移監測的數據進行分析。

3.1 基坑周圍建筑物沉降監測數據分析

項目組于2016年5月4日對周邊建筑物進行首次沉降觀測，自最后一段頂板在2017年1月3日澆筑完成，并于2017年3月5日最后一次監測完畢，歷時302 d，共計觀測12個監測頻次，圖4為周邊建筑物沉降變化歷時折線圖。從圖4可以看出，隨著開挖的進行，周圍建筑物沉降量逐漸增加，累計沉降量最大值為-9.17 mm，沉降速率為-0.03012 mm/d，累計沉降量最小值為-0.03 mm，沉降速率為-0.00006 mm/d，在開挖后期，基坑底板強度形成，周圍建筑物沉降量趨于穩定，整個過程的沉降量均在控制范圍內[6]。

圖4 周邊建筑物沉降變化歷時曲線

3.2 圍護體頂部水平位移監測

項目組于2016年5月21日對圍護體頂部進行首次水平位移監測，并于2017年1月19日最后一次監測完畢，歷時243 d，共計觀測9個監測頻次，圖5為圍護體頂部水平位移變化歷時曲線。從圖5看出，隨著開挖的進行，圍護體頂部水平位移量逐漸增加，位移量最大值為3.78 mm，位移量最小值為-0.27 mm，在開挖后期，基坑底板強度形成，圍護體頂部水平位移趨于穩定，整個過程的變化量均在可控范圍內[7]。

圖5 圍護體頂部水平位移變化歷時曲線

4 結語

通過現場監測以及對實測數據的分析，得到以下幾點結論：

(1)常州地鐵1號線河海站軟土明挖深基坑工程開挖過程對周邊及坑底土體變形影響比較明顯。由于在施工過程中采取精細組織、突出重點、分段施工的有效手段，本基坑的周邊環境變形值以及所有圍護體系都處在正常監測控制標準的范圍內。同時依據工程類別和結構形式，并參照《建筑基坑工程監測技術規范》(GB 50497—2009)，通過科學的監測，表明本項目的軟土基坑處于可控制的穩定狀態下。

(2)基坑的開挖應嚴格按照“時空效應”原理進行科學安排，這樣不但能保證基坑的穩定，同時還能保證周圍環境的安全。

(3)全面實施信息化施工的手段，密切關注基坑本身變形和其影響范圍內的周邊環境安全，保障工程的順利實施。