各种监测在临近既有线深基坑及桩基施工的应用

卢成华 中铁二十四局集团浙江工程有限公司

根据《中长期铁路网规划》，铁路建设规模将不断扩大，既有线改造的成效也很显著，因此临近铁路既有线施工桥涵深基坑及管桩等冲击性桩基对既有线运营的威胁也越来越大，对既有线进行围护的措施至关重要。同样，反映围护措施得力与否的各种监测手段也是不可或缺的，这些监测包括：深层土体位移监测、孔隙水压力监测、地表沉降和位移监测、既有铁路线路监测等。如今信息化已贯穿施工始末，监测手段作为信息化施工的重要组成也越来越受重视。

1 工程背景

由于上海动车段工程建设需要，沪杭线K14+000～K17+700段需进行改线，K14+855.13桃浦路中桥为改线上的中桥，此框架桥主体为5+12.5+12.5+5m结构，基础采用PHC600预应力管桩（桩长为28m）施工，基坑开挖深度为6.5m，属深基坑施工，且该框架临近既有沪杭正线，与沪杭正线最近的一排管桩距线路中心仅20m，开挖后的基坑边缘距线路中心仅13.5m。无论是管桩施工还是深基坑开挖，对列车流量巨大的既有沪杭正线的安全运营，其威胁都是很大的，如何在施工过程中保证列车运营的安全，除了制定施工方案外，印证施工方案是否正确及指导施工的各种监测也是至关重要的。

本中桥施工时，在临近沪杭正线一侧采用φ1.5m钻孔桩防护，并于钻孔桩空隙中施工φ0.7m高压旋喷桩达到止水作用，基坑其余三侧由于是空旷平地，故采用放坡大开挖施工基坑。

2 监测目的和基本原则

2.1 监测目的

（1）确保桩基施工影响区域内铁路的安全和稳定，为控制施工对周围环境的影响提供判断数据；

（2）确保基坑开挖影响区域内铁路的安全和稳定，为控制施工对周围环境的影响提供判断数据；

（3）及时为工程施工提供反馈信息，随时根据监测资料调整施工程序，消除安全隐患，是工程信息化施工的重要组成部分；

（4）为优化施工方案提供依据；为理论验证提供对比数据；

（5）积累区域性设计、施工、监测的经验。

2.2 基本原则

（1）基坑开挖的安全等级为二级，因此最大影响范围控制按二级控制保护要求进行；

（2）桩基施工影响范围：按两倍于桩基深度确定最大影响范围，在此范围内的铁路、土体和基坑本体均作为本工程监护的对象；

（3）所采用的监测仪器必须满足精度要求且在有效的检校期限内，采用方法正确、监测频率适当，符合设计和规范规程的要求，能及时准确提供监测数据，满足施工安全的要求。

3 各种监测的类型

3.1 深层土体水平位移监测（土体测斜）

3.1.1 原理

本项监测是在施工管桩和基坑开挖时用测斜仪由下至上量测预先埋设土体中测斜管的变位情况，以了解在临近箱体的深层土体位移情况。用30型钻机在设计孔位钻至30m深度，采用PVC测斜管，将其放入钻孔内，管间用套管衔接，接头用自攻螺丝拧紧，并用防水胶带密封。管壁内有二组互为90度的导向槽，使其中一组导槽与围护墙体水平延伸方向基本垂直，并在管内注满清水，防止其上浮，测斜管管底及管顶用布料堵塞，盖好管盖。埋设时，测斜管的一对槽口必须与基坑延伸方向垂直。

3.1.2 布置方式及观测方法

观测点布置在围护钻孔桩与既有沪杭正线间，沿钻孔桩边布置4个土体测斜监测点，间距为10m，编号为CX1～CX4，采用测斜仪及读数仪观测。在施工前用测斜仪由下至上每1米量测位移，连续测两次，确定初始值。基坑开挖后定期每1米量测位移，计算出与初始值比较自上而下每1米的水平位移量，结合孔口经纬仪实测位移值，计算围护钻孔桩体及土体水平位移变化曲线。

3.2 孔隙水压力监测

3.2.1 原理

本项监测是在施工管桩过程中量测不同深度处土中的孔隙水压力以反映施打的速率。用钻机钻孔，分别在地面下10m、15m、20m处放置三个孔隙水压力计，孔隙水压力计在埋设时应浸泡饱和，

排除透水石中的气泡，观测段内应回填

透水材料，并用膨润土或注浆封孔。

3.2.2 布置方式及观测方法

观测点分别在测斜孔边布置，编号为K1～K4，采用频率仪观测。孔隙水压力计埋设后应量测孔隙水压力的初始值，且宜逐日定时连续量测一周，取三次测定稳定值的平均值作为初始值。

3.3 既有沪杭正线的位移监测

3.3.1 原理

本项监测是在施工管桩和基坑开挖时观测沪杭正线线路的水平及垂直位移。

3.3.2 布置方式及观测方法

观测点沿沪杭正线布置，间距10m，编号为W1～W5，采用精密水准仪及铟钢尺、经纬仪观测。

垂直位移：采用独立高程系统。观测时采用闭合水准测量（对非闭合线路上的测点，从闭合线路引测必须控制在2站以内），测量监测点的高程，计算本次变量和累计变量。观测时高程中误差不得超过0.5mm，并对基准点进行定期检查（一月一次），如两次高差超过1.0mm，即以新高程值为起算高程；对仪器进行定期检查（一月一次），i角不大于6秒，保证水准测量资料的可靠性。

水平位移：采用坐标法，将水平位移观测点与平面控制点建立独立坐标控制网。观测各测点坐标的变化量，计算水平位移本次变量和累计变量。

3.4 基坑周围土体表面位移监测

本监测是在基坑开挖时观测基坑周围土体表面的垂直和水平位移，沿基坑四周布置，观测方法与既有沪杭正线的位移监测相同。

4 监测频率及报警值

表1 观测频率表

根据《建筑地基基础设计规范》，并结合本工程特点，初步拟定的观测频率原则如表1所示。

根据本工程要求，我公司会同建设方、监理方等有关单位根据设计中考虑的安全储备度、工程重要性、周边环境保护等级等因素综合确定以下报警值 (详见表2)：

表2 综合报警值

当监测数据达到报警要求、或若遇到特殊情况，如暴雨、台风或大潮汛等恶劣天气以及其它意外工程事件，给予了适当加密观测。

5 监测对施工的指导作用

5.1 桩基施工阶段

按照施工方案，在施工管桩时，按每天6～7根的速率施工，并以规定的观测频率观测各种观测点，从观测的数据来看，均未超过报警值。以深层土体监测为例，其监测数据如图1所示：

图1 深层土体监测数据图

项目部考虑到本工程工期紧，任务重，且鉴于前阶段观测数据的安全性，决定提高管桩施工的速率，以每天施工9根和11根的速率施工，经过观测，发现每天施工9根时深层土体检测值未超出报警值，而按照每天11根的施工速率时超过了报警值，其观测值如图2所示：

由于每天施工11根管桩的施工速率其深层土体位移超过了日报警值，项目部根据观测数据对施工方案进行了调整，以每天9根的施工速率，并采用将施工应力向远离既有线方向的施工顺序进行施工，既保证了施工安全又保证了施工进度。

图2 监测数据报警图

5.2 基坑开挖阶段

由于在本工程与既有沪杭正线间采用钻孔桩围护及高压旋喷桩止水，基坑开挖时，检测值无论是日观测值还是累计观测值均未超出报警值，验证了施工方案的正确性，也保证了施工安全和既有线的运营安全。

6 结束语

在国民经济大力发展的今天，文明施工、安全施工倍受瞩目，铁路建设亦如此。临近既有铁路施工的安全威胁很大，如何保证既有线列车的运营安全，保证施工的安全，除了制定缜密、可行的施工方案外，信息化施工也是相当重要的，它不仅可以用于印证施工方案的正确性，也可以及时指出施工过程的偏差和不足，并用于改进施工方案，指导下一步施工，保证工程全过程的安全。