深厚軟土地區地鐵深基坑監測關鍵技術研究

朱忠寧 姚博 陳新平

針對深厚軟土地區地鐵深基坑的監測問題，以杭州地鐵7號線江東三路停車場出入段線的深基坑為例，在闡述工程基本情況的基礎上，明確了監測重點、風險源、監測頻率和警戒值，詳細確定了深基坑的監測方案，并從監測管理體系、信息化施工和技術措施三個方面，總結了監測工作的保證措施。

深基坑施工期間由于土體變形過大常常導致地下管道破裂，周邊建筑物沉降過大等問題，所以，實際施工過程中應加強周邊環境的監測。目前，已有學者針對深基坑施工監測問題進行了一些研究：羅正東等對地鐵深基坑的止水帷幕水平位移和周邊地表沉降進行監測，并與數值計算結果比較分析。郭雪源等對基坑的支撐軸力、圍護結構變形和地表沉降進行了監測，并總結了工程實踐中的施工技術和經驗。侯亞彬等對深基坑圍護結構的樁撐、樁錨和板肋等位置進行了監測，并提出了支護結構側向變形和周邊土體變形的規律。杜建安等采用光纖光格柵傳感器監測了深基坑的地下連續墻和混凝土橫撐的變形，并與數值計算結構比較。周樂木等對基坑降水時支護結構變形、基坑內外水位及周邊建筑物變形進行實時監測，總結了施工關鍵技術。

綜上，多數研究主要是集中于總結深基坑施工過程中各項監測指標的變化規律，并利用規律控制施工過程中的變形，而在深基坑監測方案的詳細闡述和監測工作保證措施等方面的研究尚未完善，本文以杭州地鐵7號線江東三路停車場出入段線的深基坑為背景，提出了實際施工中的關鍵技術，以期指導相似工程。

一、工程概況

1. 工程簡介

杭州地鐵停車場出入段線基坑施工分為4部分，第一部分為盾構工作井，采用800mm地下連續墻支護，基坑開挖深度為12.884m；第二部分為明挖暗埋段，圍護結構形式為工法樁，基坑開挖深度為4.3～10.6m；第三部分為拉森鋼板樁支護段，基坑開挖深度為2.6～4.3m；第四部分為放坡開挖段，基坑開挖深度為0～2.6m。基坑周邊主要為管線、淺基礎建筑物和道路，管線位于盾構井西側，為220V銅質電力管線、DN100天然氣管道和電信及移動光纖，電力管線埋深約0.7米，呈南北走向；然氣管道呈南北走向，距地下連續墻西側外邊線最近距離為4米，埋深約1.2米；電信及移動光纖為架空敷設，高度5米，距離盾構井28米。盾構井西北角存在4層淺基礎民房，房屋主體距盾構井12米。盾構井西側為5米寬瀝青村道。出入段線周邊管線集中于盾構井西側，平面布置見圖1。

圖1 出入段線周邊管線圖（單位：m）

2. 工程水文地質條件

出入段線圍護及主體結構主要穿越①填土層、②粉土層、③粉砂層、⑥淤泥質土層和⑦粘土層。淺層潛水主要賦存于①層、②層和③層粉砂層中，水位一般為0.40～3.40m，地下潛水垂直流向不明顯，水平流速較小。場地主要存在兩層孔隙承壓水，第一層承壓水分布于⑧夾層粉砂中，該層承壓水呈透鏡體狀態分布，水量較小；第二層承壓含水層分布于?層圓礫中，水量極為豐富。

二、監測重點及風險源

基坑開挖會導致土體性狀變化、周圍環境變化、基坑和支護結構本身的安全及穩定性等，風險源情況統計及監測等級見表1。

表1 深基坑常見的風險因素

三、監測方案及實施

1. 監測點布置原則

基坑監測點布置情況應與基坑開挖施工特點及周邊環境有關，具體監測布置見表2。

表2 監測點布置表

2. 深基坑監測施工技術

（1）墻頂沉降、水平位移監測

用沖擊鉆將道釘打入地下連續墻壓頂梁頂或在澆筑地下連續墻壓頂梁頂混凝土時將鋼筋插入，對應墻體測斜孔位置布置。圍護結構變形采用水準儀測量，監測中應固定水準線路。圍護結構水平變形可通過采取視準線法測量或全站儀進行測量。

（2）圍護結構深層水平位移監測

圍護結構側向變形采取在內部設置PVC管的方式，管長與圍護結構長度一致。測斜管的直徑為70mm，布置方式為和地下連續墻Z形鋼筋綁扎。測斜管與工字鋼采用鋼絲綁扎牢或直接在工字鋼上焊接鋼筋將測斜管固定。清水應在吊裝鋼筋籠和工字鋼結束后注入，防止泥漿浸入，并做好測點保護，墻體測斜監測孔埋設見圖2。

圖2 墻體測斜監測孔埋設實景圖

如圖3所示，測斜管綁扎長度與鋼筋骨架相當。測斜管的頂、底兩端用專用塞塞好，蓋好管蓋。測斜管位置應設置在圍護結構鋼筋骨架的外側，與土體接觸的一側。應保持管內部的一組導槽和圍護結構水平延伸方向垂直。測斜管管口在墻頂處應根據實際情況作保護處理，必要時采取加設鋼套管等保護措施。當墻體測斜孔壞掉時，應采用原位補孔。

圖3 測斜管埋設示意圖

（3）土體深層水平位移監測

土體深層水平位移測點布設在距圍護結構3m內可能產生較大變形的部位或在基坑與被保護對象之間，設置土體測斜孔，孔深大于圍護墻墻底3～5m。用Φ110鉆頭成孔，采用清水鉆進，埋設直徑為Ф70的專用測斜監測PVC管。測斜管內壁有兩組互相垂直的導槽，兩組導槽分別垂直和平行于圍護結構，孔底、孔口用專用蓋封口，孔外用砂或土填充密實。

（4）支撐軸力監測

支撐軸力監測通過在其內部布置應力計進行。布設時，每組設4只鋼筋應力計分別埋設在混凝土支撐截面4個邊中心位置，如圖4所示。

圖4 混凝土支撐軸力傳感器埋設圖

鋼支撐軸力監測通過在其內部安裝軸力計的方式進行，軸力計安裝在支撐的非活絡頭側，鋼托架支撐中心部位，采用全部圍焊的方式，以免其與支撐中心產生偏差，保持兩者中心方向一致可使鋼支撐穩定。

（5）基坑外側水位監測

監測水位管采用鉆孔法埋設，成孔后應先對孔內部的渣土進行清理，孔深一般與基坑同深。PVC透水管位置放在距離孔底2m處，透水管應采用濾網包裹（濾網段一般不短于4m）。管的中下區域回填中砂，保持良好的透水性，其他段采用回填土或粘土將空隙填實（見圖5）。

圖5 水位孔安裝圖

（6）地表沉降監測

若地面表層有硬殼層，地表土體變形監測點應布置在下面的土層中，將φ25mm螺紋鋼標桿插入土體，進入深度不小于600mm。為維持沉降標桿的穩定性和耐久性，應在其外側設置金屬保護管，內徑應不小于130mm，頂部設置管蓋，與原地面齊平，保護管其它位置采用黃砂進行回填。

（7）管線沉降的監測

管線監測根據工程實際情況，采用直接監測點和間接監測點相結合的方式。直接監測點：以陰井蓋接頭作為直接點，對管線作直接沉降監測。管線監測點直接法布設見圖6。間接監測點：在地下管線上方將鋼筋打入地表內，以地表土體豎向位移，間接了解管線沉降位移情況。布設方法與地表點布設方法一致。

圖6 直接布置法示意圖

（8）建筑物沉降

如圖7所示：建筑物變形監測采用在結構上埋設“L”型螺紋鋼的方式，鋼筋直徑為18～22mm，外露端頂部宜加工成球形；監測點應埋設于建筑物主體結構上，距離地表300mm，采用鉆孔方式布設，周邊空隙應回填密實。鋼筋外露部分長度K1應取30～40mm，進入建筑結構部分長度應取墻體厚度的1/3～1/2。

圖7 建筑物沉降測點布設示意圖

3. 監測頻率

重要周邊環境對象在施工前需巡查一次，基準網的豎向位移每月監測1次，基坑圍護結構變形、支撐軸力在底板完成并達到強度前每天監測1次，達到強度后每3天監測1次，頂板完成并達到強度后，每周監測1次。地表土體變形、坑外水位、周邊建筑物、地下管線等在圍護結構施工期間每3天監測1次，在底板完成并達到強度前每天監測1次，達到強度后，每3天監測1次，頂板完成并達到強度后每周監測1次。

4. 監測報警值

根據規范及設計要求，基坑施工期間報警值見表3。

表3 各監測項目報警值、控制值表

四、監測工作保證措施

1. 監測管理體系

針對工程特點、人員經驗等建立完善的監測小組，建立良性的信息反饋機制。為了控制監測數據的嚴謹性，制定了質量保證措施：（1）制定可行的監測實施方案；（2）制定基準點和監測點的保護措施；（3）量測設備、應力計等檢測合格后方可使用；（4）監測內容、步驟等應按照規范進行；（5）根據分析的結果，及時調整監測方案的實施。

2. 信息化施工

基坑施工過程應采取信息化施工：（1）預測基坑結構的穩定性和安全性，調整施工方案；（2）根據周圍的變化情況，對項目的結構進行優化設計，保證設計達到安全、經濟合理的目標。

3. 技術措施

應從監測工作組織策劃、監測方法優選、基準點設定、測點布置、監測儀器、監測人員及數據傳遞和數據處理等多個方面控制監測質量。每月進行一次質量檢查，連續兩次觀測結果進行對比，豎向位移檢查結果差值不超過±1.0mm。每月對沉降監測基準點進行聯測，聯測高程差值不超過±1.0mm，否則以新高程起算。

五、結論

（1）深基坑常見的風險因素主要有：地下連續墻接縫夾泥導致基坑開挖階段滲漏水、涌土與噴砂，基坑圍護結構位移過大和周圍建（構）筑物沉降等。

（2）確定了基坑圍護結構變形、地表土體沉降、坑外水位、周邊建筑物變形和地下管線變形等的監測頻率，并提出了各監測項目的控制值和警戒值。

（3）針對監測質量難以保證的問題，構造了全面的監測管理體系，包括建立完善的監測小組、建立良性的信息反饋機制和采取監測質量保證措施；并提出了從監測工作組織與策劃、監測方法優選、基準點的設定、測點布置、監測儀器、監測人員及數據傳遞和數據處理等多個方面控制監測質量的理念。