地鐵車站深基坑施工與監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

金鑫

(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司)

地鐵車站深基坑施工是地鐵建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工安全和施工進(jìn)度對(duì)于地鐵建設(shè)的順利進(jìn)行具有至關(guān)重要的作用。然而，地鐵車站深基坑施工面臨的地質(zhì)、水文等各種復(fù)雜環(huán)境條件，對(duì)施工與監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地鐵車站深基坑施工與監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，提出了一系列可行的解決方案。其中，基坑開挖與支護(hù)技術(shù)、地面加固技術(shù)、施工安全措施、監(jiān)測(cè)目標(biāo)與方法、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理等方面的研究成果較為豐富。

1 地鐵車站深基坑施工技術(shù)研究

1.1 土方開挖技術(shù)

土方開挖技術(shù)是指通過(guò)對(duì)基坑周邊的土方進(jìn)行挖掘來(lái)獲得足夠的工作空間，為地鐵車站深基坑施工提供充足的施工場(chǎng)地。土方開挖技術(shù)的主要工作包括土方的勘探、規(guī)劃、開挖、清運(yùn)、填筑等環(huán)節(jié)。其關(guān)鍵點(diǎn)在于要保證開挖過(guò)程中土方的穩(wěn)定性和坡度控制，同時(shí)保證周邊環(huán)境的安全。

1.2 地下連續(xù)墻技術(shù)

地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)是將混凝土漿料鉆孔灌注成固定的地下連續(xù)墻，使其成為整個(gè)基坑的支撐結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的地下支護(hù)技術(shù)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴穩(wěn)定性好。地下連續(xù)墻技術(shù)能夠有效地控制基坑周邊土體的變形和沉降，保證地下工程的穩(wěn)定性和安全性。其作用類似于承重墻，能夠承受土壓力和地下水壓力的作用，防止土體沉降或塌方，從而保證基坑施工的穩(wěn)定和安全。

⑵抗?jié)B性強(qiáng)。地下連續(xù)墻施工過(guò)程中，可以鉆孔注漿或者挖孔灌漿，形成一道密封的防滲屏障，避免地下水的滲流，減少水土流失，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極作用。

⑶施工方便。地下連續(xù)墻的施工相對(duì)簡(jiǎn)單，通常可以采用機(jī)械化施工方式，縮短施工周期，提高施工效率。此外，地下連續(xù)墻施工過(guò)程中，對(duì)周圍環(huán)境和交通的干擾也比較小，可以減少施工對(duì)周圍居民和交通的影響。

⑷適應(yīng)性廣。地下連續(xù)墻可以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和施工工藝要求，可以靈活地設(shè)計(jì)和施工，因此被廣泛應(yīng)用于各種地下工程中，如地鐵車站、地下商場(chǎng)、地下停車場(chǎng)等。

1.3 鋼支撐技術(shù)

鋼支撐支護(hù)技術(shù)是將鋼板、鋼梁等材料組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)度高、剛性好的支撐結(jié)構(gòu)。鋼支撐支護(hù)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)需要結(jié)合具體的施工工藝和工況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，以保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。鋼支撐技術(shù)還可以通過(guò)鋼支撐系統(tǒng)的組裝和拆卸，對(duì)深基坑進(jìn)行支撐和保護(hù)。在深基坑支護(hù)中，鋼支撐技術(shù)的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴強(qiáng)度高。鋼材具有高強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，能夠承受較大的壓力和荷載，在深基坑的支撐和保護(hù)中具有較高的抗壓能力和抗變形能力。同時(shí)，鋼支撐系統(tǒng)采用多種規(guī)格的鋼材組成，能夠根據(jù)不同的工程需求，靈活地組合支撐結(jié)構(gòu)。

⑵施工方便。鋼支撐系統(tǒng)的組裝和拆卸相對(duì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)機(jī)械化作業(yè)快速完成，節(jié)約施工時(shí)間和勞動(dòng)力成本。同時(shí)，鋼支撐系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)不同的地質(zhì)和工程要求。

⑶適應(yīng)性強(qiáng)。鋼支撐技術(shù)可以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和工程要求，例如在較軟的土層或泥質(zhì)地層中，采用鋼支撐系統(tǒng)可以有效地控制土體變形和沉降，保證基坑的穩(wěn)定性和安全性；在巖石層中，鋼支撐系統(tǒng)可以防止巖石破碎、滑落等情況的發(fā)生。

⑷環(huán)保性好。相比傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)技術(shù)，鋼支撐技術(shù)具有較小的環(huán)境污染和土地占用面積，同時(shí)鋼材可以回收利用，減少了對(duì)環(huán)境的影響。

2 地鐵車站深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

2.1 監(jiān)測(cè)目標(biāo)與方法

基坑變形監(jiān)測(cè)是指對(duì)基坑周圍土體的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)土體變形情況并及時(shí)采取措施。基坑變形監(jiān)測(cè)通常包括水平變形、垂直變形、周邊土體變形等多個(gè)方面。常見的基坑變形監(jiān)測(cè)方法有測(cè)斜儀、測(cè)孔儀、應(yīng)變計(jì)等。其中，測(cè)斜儀是基坑變形監(jiān)測(cè)中使用最廣泛的方法之一，它可以監(jiān)測(cè)地面沿斜向變形的情況。測(cè)孔儀和應(yīng)變計(jì)則是通過(guò)在地下設(shè)置鉆孔或測(cè)點(diǎn)，來(lái)測(cè)量土體的變形情況。在基坑變形監(jiān)測(cè)中，需要注意監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置和數(shù)量，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，還需要對(duì)不同監(jiān)測(cè)方法的測(cè)量誤差進(jìn)行分析和處理，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可比性。對(duì)于數(shù)據(jù)的處理和分析，需要使用專業(yè)的軟件工具，如監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件等。除了傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，還可以使用無(wú)人機(jī)、激光雷達(dá)等新型技術(shù)進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)。這些技術(shù)具有非接觸式、快速高效等優(yōu)點(diǎn)，能夠提高監(jiān)測(cè)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理

本研究采用以下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法和處理技術(shù)：

⑴監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法：地鐵車站深基坑施工過(guò)程中產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)一系列的分析處理，才能得到有價(jià)值的信息，為工程施工提供指導(dǎo)和決策。常用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法包括以下幾種：

①統(tǒng)計(jì)分析法：采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納和分析，得出平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、極差、方差等統(tǒng)計(jì)量，用來(lái)描述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分布特征和變化趨勢(shì)。此外，還可以利用統(tǒng)計(jì)分析法判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否存在異常值，并進(jìn)行修正。

②相關(guān)分析法：通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與施工工藝、環(huán)境因素等相關(guān)因素進(jìn)行相關(guān)性分析，探討監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與這些因素之間的關(guān)系，以揭示數(shù)據(jù)背后的物理機(jī)制和規(guī)律。

③趨勢(shì)分析法：通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列進(jìn)行趨勢(shì)分析，判斷數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)和規(guī)律。常用的趨勢(shì)分析方法包括線性回歸分析、指數(shù)平滑法、滑動(dòng)平均法等。

需要注意的是，不同的數(shù)據(jù)分析方法適用于不同的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類型和分析目的，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理，需要運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和工具，確保數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

⑵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)：在地鐵基坑施工中，對(duì)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)是對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的過(guò)程。這一過(guò)程需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，處理數(shù)據(jù)得到有用的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并對(duì)處理后的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，評(píng)估工程的安全狀況和變化趨勢(shì)。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要使用專業(yè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件，并借助一些數(shù)學(xué)模型或統(tǒng)計(jì)分析方法來(lái)提取有用信息并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析。數(shù)據(jù)處理的結(jié)果應(yīng)該以圖表或文字形式輸出，便于分析和評(píng)估。數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性是數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的校核，排除異常數(shù)據(jù)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，避免數(shù)據(jù)處理中出現(xiàn)的誤差和偏差，保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3 某地鐵站深基坑項(xiàng)目案例分析

3.1 某地鐵車站項(xiàng)目概況

某地鐵站主體基坑采用分倉(cāng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)范圍為右DK16+343.110～右DK16+615.448，總長(zhǎng)272.338m；車站基坑深約16.654m。本站設(shè)置四組風(fēng)亭、兩個(gè)出入口，附屬結(jié)構(gòu)均為地下一層。

本車站是采用明挖順做法施工，車站標(biāo)準(zhǔn)段總寬度為21.6m，基坑深為16.654m；小里程盾構(gòu)井段寬26.2m，基坑深19.005m，主體基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm 厚鋼筋混凝土連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式。

3.2 基坑內(nèi)支撐軸力監(jiān)測(cè)及分析

⑴布置要求：基坑的支撐監(jiān)測(cè)數(shù)量要求是每層不少于3 根，且在每層內(nèi)的支撐監(jiān)測(cè)數(shù)量不少于本層支撐數(shù)量的10%。對(duì)于砼支撐監(jiān)測(cè)，應(yīng)在支撐長(zhǎng)度的1/3 處進(jìn)行截面布置，避開節(jié)點(diǎn)位置。每個(gè)測(cè)點(diǎn)需使用不少于4個(gè)鋼筋計(jì)，且鋼筋計(jì)應(yīng)截?cái)嘀鹘詈附印楸苊怃摻钣?jì)高溫?fù)p壞，焊接時(shí)需采取必要的降溫措施。

⑵埋設(shè)方法：為確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，安裝前應(yīng)先焊接一塊250×250×25mm 的加強(qiáng)墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計(jì)陷入鋼板，從而影響測(cè)試結(jié)果。待焊接溫度冷卻后，再將軸力計(jì)推入安裝架并用螺絲固定好。這樣可以確保軸力計(jì)的準(zhǔn)確安裝和穩(wěn)定工作，為基坑開挖的順利進(jìn)行提供有力保障。布置如圖1所示。

圖1 基坑軸力計(jì)測(cè)點(diǎn)布置斷面圖

⑶數(shù)據(jù)采集方法：軸力計(jì)采用FLJ 型各種規(guī)格的軸力計(jì)，采用XP02 型振弦式頻率讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到1.0%F·S，并記錄溫度。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及觀測(cè)要求，應(yīng)在安裝軸力計(jì)之后，施加鋼支撐預(yù)應(yīng)力前進(jìn)行軸力計(jì)的初始頻率測(cè)量，以便之后根據(jù)受力情況計(jì)算其受力。同時(shí)，在基坑開挖前應(yīng)進(jìn)行2～3 次穩(wěn)定值測(cè)試，并將平均值作為計(jì)算應(yīng)力變化的初始值。

⑷數(shù)據(jù)處理及分析：軸力計(jì)的工作原理是當(dāng)軸力計(jì)受軸向力時(shí)，引起彈性鋼弦的張力變化，改變了鋼弦的振動(dòng)頻率，通過(guò)頻率儀測(cè)得鋼弦的頻率變化，即可測(cè)出所受作用力的大小。一般計(jì)算公式如下：

式中：

P——支撐軸力(kN)；

K——軸力計(jì)的標(biāo)定系數(shù)(kN/F)；

△F——軸力計(jì)輸出頻率模數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量(F)；

b——軸力計(jì)的溫度修正系數(shù)(kN/℃)；

△T——軸力計(jì)的溫度實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量(℃)；

B——軸力計(jì)的計(jì)算修正值(kN)。

注：頻率模數(shù)F=f2× 10-3。

選取較為典型的6 天17 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制如圖2的鋼支撐軸力變化時(shí)程曲線圖。

圖2 鋼支撐軸力變化時(shí)程曲線圖

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，通過(guò)圖中的6 天鋼支撐軸力變化時(shí)程曲線圖可以看出隨時(shí)時(shí)間的推移，鋼支撐的軸力有所增加，但整體的趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，能夠滿足基坑支護(hù)的要求。

4 結(jié)論

本文圍繞著地鐵車站深基坑施工與監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)展開研究。在基坑施工過(guò)程中，合理選擇和運(yùn)用基坑開挖與支護(hù)技術(shù)、地面加固技術(shù)和施工安全措施，對(duì)于確保基坑工程的安全和穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，對(duì)基坑的監(jiān)測(cè)也是必不可少的，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理，可以對(duì)工程的安全性進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)估。因此，在地鐵車站深基坑施工與監(jiān)測(cè)中，基坑開挖與支護(hù)技術(shù)和施工安全措施的合理運(yùn)用，以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確處理和分析，對(duì)于確保工程的安全和穩(wěn)定具有重要的意義。