復雜地質條件下地鐵車站深大基坑施工監測技術

0 引言

軌道交通的發展緩解了城市的交通壓力，給人們的出行帶來了方便，同時，地鐵車站深基坑的開挖會引起周邊路面和構筑物的沉降、管線的移位，嚴重的還引起周邊路面塌陷、構筑物傾斜和基坑坍塌，對周邊環境和施工安全造成很大的影響，因此施工監控量測工作是確保地鐵基坑開挖中周邊環境安全和施工安全的重要手段，通過施工監測工作，提前了解基坑周邊環境變化和圍護結構變形受力情況，及時采取應對措施，確保車站施工和周邊環境的安全。

我國在深基坑施工監測方面積累了大量的實踐經驗，甘保柱對某地鐵車站深基坑開挖施工過程中圍護結構變形和周邊地表沉降規律進行建模分析，并將數值模擬與現場監測結果進行了對比分析，結果表明數值模擬和現場監測結果變化規律基本一致，可為類似工程的優化設計提供參考；任城等人針對某地鐵風井深基坑進行施工監測分析，結果表明基坑開挖引起的周邊沉降具有明顯的時空效應，施工中需要加強監測并減少施工擾動，確保施工安全；陳攀對某地鐵基坑開展施工監測變形研究，結果表明，軟土深基坑在開挖過程中的地表沉降、圍護結構變形、內支撐軸力呈現隨開挖深度的增加而增加的變化規律，深基坑支護結構的地表沉降和水平位移在空間上表現出長邊大，端部小的特點；薛飛等人對上海地鐵車站深基坑開挖開展施工監測分析，結果表明，地表沉降最大值并不位于基坑邊緣，而是位于距離基坑邊緣8-10m處，沉降速率在基坑開挖到中下部及拆除支撐時最大，此階段要加大監測頻率，確保基坑施工安全；孫健對上海某深基坑開挖及周邊環境進行施工監測分析，設置了圍護結構、周邊環境和地下水位監測方案，結果表明，基坑開挖最周邊的道路影響最大，開始對管線影響不大，后面影響逐步加大，施工中要加強監測。

從目前的研究成果來看，大多數基坑是土質類基坑，地質條件較簡單，缺乏復雜地質條件下基坑開挖的施工監測實踐經驗。因此，本位以某地鐵某車站深基坑工程為研究對象，該基坑地質條件復雜，開挖深度大，上部為淤泥砂混合層，中部為不同粒徑的砂類土，下部為不同風化程度的礫巖，地層變化多，工程性質差異大，開挖支護難度大，制定監測方案，對圍護結構變形、周邊環境安全和地下水位變化開展監測工作，確保了基坑開挖和周邊環境安全，為類似復雜地質條件深大基坑開挖施工監測提供參考。

1 工程概況

車站主體結構為地下三層結構，車站全長435.2m，標準段寬34.1m，深度28.9m，車站主體采用明挖法施工，圍護結構采用1000mm厚地下連續墻。車站通過設置抗拔樁及抗浮壓頂梁輔助抗浮。標準段支撐系統：第一道支撐為鋼筋混凝土支撐800×900mm，支撐水平間距9m；第二、三道為鋼筋混凝土支撐1000*1000mm、1200*1200mm兩種，支撐水平間距9m；第四道為φ609，t=14（壁厚）鋼支撐，支撐水平間距3m；基坑圍護連續墻嵌固段為基底以下進入強風化巖層不小于5m，中風化巖層不小于2.5m及微風化巖層不小于1.5m，車站基坑開挖深度大，地質條件復雜，工程難度大，本站站址處地下管線較多，包含電力、給水、排水及路燈，施工期間主要采用改移措施。

2 工程地質與水文地質

根據勘察資料，地貌為海陸交互相沖積平原，地形平坦，車站基坑開挖范圍從上到下主要為土層為雜填土和素填土，淤泥層、淤泥質土層、淤泥質粉細砂、淤泥質中粗砂層，洪積砂層，洪積軟塑狀粉質黏土層，碎屑巖風化殘積層，全風化泥質粉砂巖，中風化礫巖、含礫砂巖，微風化礫巖、含礫砂巖，地質概況見表1所示。

表1 車站地質概況一覽表

根據勘察資料，地下水埋藏相對較深，地下水位一般埋深16-18m，局部洼地地下水埋藏淺。

3 現場監測

3.1 現場監控量測的主要項目

根據規范和設計要求，現場監測項目主要分圍護結構監測、地層監測和地下水位監測三大部分，監測項目見表2所示。

表2 基坑主要監測項目表

3.2 監控量測點位布置

監控量測點位布置根據前期數值模擬結果的應力、位移分布情況布置，對結構受力和變形的主要區域進行重點監測，使監控量測數據與每個施工工況的施工參數配套，形成一套有效的監測系統，監控量測點位布置見圖1所示。

圖1 測點布置示意圖

3.3 施工監測實施

3.3.1 圍護結構監測

在基坑中部布置坑底回彈測量斷面，距坑底邊緣1/4底寬處，設置斷面不少于二組，每一測量斷面至少三個測點；沿基坑縱向每個開挖階段設置1個立柱樁隆沉測點，定位點及水準點設置在基坑外；隆起觀測采用幾何水準法，高程允許誤差不大于1mm，在觀測點位置埋設隆起觀測標，觀測頻率為1次/天，支護結構的水平位移采用全站儀、收斂儀等進行監測，具體圍護結構監測見表3所示。

表3 圍護結構監測項目匯總表

3.3.2 周邊環境監測

①采用自動安平精密水準儀，配2m銦鋼尺。

②儀器安裝。挖開地下管線，設置直接觀測點進行監測，對不能開挖布置直接測點的管線應結合地表沉降測點布置；對于在施工影響范圍內的地下管線，沿長度方向每隔5m左右布設一個監測點，監測點采用φ18鋼筋，頂端磨平，打入地面下50cm，并低于地面5cm，同路面隔離，測量的基點選擇在通視良好、施工影響范圍以外的地方，基點不應少于2個，以便進行聯測，保障監測結果的準確性。

③監測頻率。根據設計要求，基坑開挖1-2次/天，主體結構施工階段測量頻率為1次/天，周邊環境監測項目見表4所示。

表4 周邊環境監測項目匯總表

3.3.3 地下水位監測

地下水影響基坑開挖的安全和穩定性，為了降低車站基坑開挖過程中地下水位的升降對施工的影響，確保基坑開挖安全，要對地下水位進行監測。在基坑附近，圍護結構外側，布設地下水位地下觀測井點。

采用鉆機或沖孔法成孔，選用60mm井管，采用鋼套管護壁，井底標高位于基底以下3m，采用電測水位儀測量，觀測時，所有井點統一時間測量靜水位。

地下水位觀測頻率：觀測時間間隔為30min、1h、2h、4h、8h、12h，后面每隔12h觀測一次，主體工程施工結束后，停止監測，地下水位監測見表5所示。

表5 地下水位監測項目匯總表

4 量測數據分析與控制

4.1 監控量測控制標準

基坑施工開挖中，根據對監測數據的分析，評估周邊環境的安全性，判斷圍護結構的穩定性，并及時反饋，指導現場施工，建立Ⅲ級管理標準見表6所示。

表6 Ⅲ級管理標準

根據有關規范規定及設計要求，提出控制基準見表7。

表7 監測報警值

4.2 量測數據分析與預測

根據實測數據，繪制位移和應力隨時間變化的曲線圖，并進行回歸分析，以判斷該測點可能出現的最大位移值或應力值，評估結構和建筑物的安全狀況。

典型的動態回歸曲線示意圖如圖2所示。

圖2 時態回歸曲線示意圖

監測中，要及時分析監測結果，把數據輸入監測系統，及時匯報監測日報，并按期向施工、監理和設計單位提交監測月報，同時對當月施工情況進行評價，并提出施工建議。

4.3 量測數據發生突變的處理對策

施工過程中如發生量測數據有較大變化，應立即采取以下措施：①停止開挖，并對基坑加強支護；②上報項目部，啟動應急預案，并及時上報相關單位；③對周邊道路或建筑物等發生突變的，實施全過程監控；④如涉及周邊地表的安全，及時聯系相關部門，采取有效措施。

4.4 質量保障措施

針對復雜地質條件下車站基坑監測項目的特點設立專業組織機構，成立監控量測小組，由具有豐富施工經驗、較高結構分析和計算能力的專業技術人員擔任組長，負責監測工作的組織計劃、外協工作以及監測資料的質量審核，保障監量測數據的真實性及連續性，確保基坑開挖和周邊環境的安全。

5 結語

為研究復雜地質條件下深大基坑施工監測技術，以某地鐵車站基坑施工為例，首先對基坑的復雜地質條件進行了分析研究，根據設計和規范要求，制定了圍護結構變形、周邊環境變化和地下水位變化等施工監測項目，對監測點的布置、監測頻率和報警值進行詳細說明，建立了施工監測III級管理標準，最后對基坑處于復雜地質條件下基坑監測的數據分析方法、數據突變的處理方法和施工監測的保障措施進行了研究。

通過全體工作人員的不懈努力，該車站基坑已經施工完成，現場監測結果表明，在車站復雜地質深大基坑開挖過程中，圍護結構變形、周邊道路及建筑物沉降累計變形值和變形速率均在規范和設計要求的報警值內，地下水位變化也在可控范圍，表明該基坑在復雜地質條件下的開挖施工能確保安全穩定，對周邊環境的影響也在可控范圍內，可為類似復雜地質深大基坑施工監測提供借鑒。