紧邻高铁深基坑变形监测分析

汪 新

(上海铁路局经营开发处，上海 200071)

1 工程概况

拟建的一建筑设二层地下室，基坑面积8 650 m2，开挖深度10.35 m。基坑东侧紧邻高速铁路，坑边距铁路坡脚仅15 m，该侧高速铁路对位移、沉降控制要求非常严格。基坑西侧紧邻马路，坑边距路边仅6 m。基坑南侧及北侧为空地，条件较好。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)，本工程基坑安全等级为一级。

基坑采用钻孔桩+2道钢筋混凝土内支撑的支护结构，基坑东侧(邻近高铁)钻孔桩为 φ1000@1 200 mm，其余侧钻孔桩为φ800@1 000 mm，同时于坑内设置管井进行降水，基坑四周采用三轴搅拌桩止水封闭。

2 工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据勘察报告，开挖范围内地层自上而下为:

1层为杂填土，松散，主要由粉质土组成，层厚1.50～5.70 m。

2-1层为粉质黏土，软塑，局部软可塑，层厚0～2.70 m。

2-2层为黏质粉土，湿，稍密，层厚0.90～3.00 m。

2-3层为砂质粉土，稍密 ～中密，厚度1.30～4.30 m。

2-4层为砂质粉土混粉砂，中密～密实，厚度3.60～6.80 m。

3-1层为淤泥质粉质黏土，流塑，层厚7.10～14.90 m。

3-2层为粉质黏土，软塑～流塑，层厚0～9.00 m。

2.2 水文地质条件

场地地下水为第四系孔隙潜水和承压水。孔隙潜水主要赋存于上部第四系粉质黏土、粉土层中，水位埋深在1.10～4.70 m。孔隙承压水主要赋存于下部粉砂和圆砾中。

3 基坑监测

3.1 监测目的

1)了解围护结构的变形、受力及周围土体的沉降情况，对围护结构的稳定性进行评价。

2)对基坑周边地下水位、地表沉降、变形等进行监控，分析基坑施工对周边环境的影响。

3)通过获得的围护结构及周围环境在施工中的综合信息，对设计和施工方案的合理性进行评价，为优化施工组织提供可靠依据，并指导后续施工。

3.2 监测项目

根据监测目的和设计要求，确定基坑本身监测项目为:地下水位、支护桩沉降和水平位移、周边地表和道路沉降、深层水平位移、支撑轴力、立柱沉降。

本工程的监测重点除基坑本身外，由于基坑东侧坑边距高速铁路只有15 m，高铁路基坡脚、路肩、接触网立柱基础及钢轨沉降也作为监测重点，提高报警值和控制值的标准，加大监测频率，进行动态监测，必要时采取措施确保高铁安全。沿相邻的铁路线每隔20～30 m设立一个监测断面。监测点布置见图1。

图1 监测点平面布置示意

3.3 监测周期及监测频率

监测周期为自基坑土方开挖至地下室侧壁回填至标高0。监测频率见表1，高铁部分的监测频率见表2。

表1 基坑部分的监测频率

表2 高铁部分的监测频率 次/d

3.4 监测控制标准

根据基坑支护设计文件及基坑规范要求，各监测项目的控制值和报警值如表3所示。

表3 监测控制值和报警值

4 监测结果分析

4.1 监测结果指导施工

通过基坑监测，发现现场施工中出现了一些问题，依据监测数据对施工方案进行了局部调整，问题得到解决。

1)基坑非对称开挖引起支撑轴力骤然加大

2013年10月17日，开挖基坑东南侧，未开挖西南侧，N10监测点(位于南侧中部第1道支撑)轴力由－4 825 kN增长为－5 574 kN，变化值为749 kN，如图2所示。对基坑监测数据进行分析得知，基坑非对称开挖后，支撑受力不均导致支撑轴力增大，故建议施工单位开挖东南侧的同时，也开挖西南侧，保证基坑对称开挖，之后支撑轴力减小为5 263 kN，保证了基坑的开挖安全。

图2 N10监测点轴力变化曲线

2)换撑局部不完整引起土体深层水平位移加大

2013年12月11日，基坑拆除南侧第2道支撑，CX5监测点(位于东南角)深层水平位移当天增加2.8 mm，周围变形增大。通过现场分析，原因为下部底板换撑局部不完整，建议施工单位对底板浇筑不完整处进行补充浇筑。处理后，CX5监测点深层水平位移量得到稳定，如图3所示。

图3 CX5深层水平位移变化曲线

3)基坑外侧降水引起地面沉降

基坑开挖过程中西侧马路中部出现多条裂缝，最宽达10 mm。通过监测数据分析得知，基坑西侧坑外不断降水，地下水位下降，造成地面沉降，产生裂缝。施工单位停止坑外降水后，后期沉降趋于稳定，裂缝未进一步发展。

4.2 监测结果综合分析

对支护结构及邻近高铁安全状况综合分析如下。

1)基坑支护结构

支护桩沉降和水平位移、土体深层水平位移、支撑轴力、立柱沉降监测值均在控制值范围内，基坑支护结构安全。

2)高铁设备、设施

高铁设备、设施的变形首先表现在基坑东侧支护桩的桩顶水平位移、土体深层水平位移和水位变化上。根据监测数据，这三项监测值均在控制值范围内。

选取基坑中部高铁监测剖面的数据进行分析。剖面上有钢轨监测点PT15(距坑边25 m)、路肩监测点ST5(距坑边21.6 m)、路基坡脚监测点ST13(距坑边16.3 m)，其中，路肩、坡脚的沉降报警值为8 mm，控制值为10 mm;钢轨的沉降报警值为6 mm，控制值为8 mm。根据监测数据分别作出基坑开挖以来10月15日、11月15日、12月15日的沉降曲线，如图4所示。可见路基坡脚沉降量略微超过控制值，路肩、钢轨沉降量正常。说明基坑开挖对高铁设备、设施的影响在安全范围内。

图4 高铁坡脚、路肩、钢轨监测点沉降曲线

5 结论

本工程运用基坑监测技术，针对基坑非对称开挖引起支撑轴力骤然加大、换撑局部不完整引起土体深层水平位移加大、基坑外侧降水引起地面沉降等问题，及时调整施工方案，有效防止了施工中可能发生的基坑失稳，保证了基坑的安全开挖，同时减小了对周边环境的影响，保证了高速铁路的安全运营。

［1］李瑞杰.地铁工程深基坑施工监测技术应用［J］.铁道建筑，2010(5):53-55.

［2］贾彩虹，杨国忠，张雪颖.苏州地铁超宽超深基坑工程监测与分析［J］.铁道建筑，2010(10):61-65.

［3］孔德森，吴燕开.基坑支护工程［M］.北京:冶金工业出版社，2012.

［4］贺跃光，杜年春，吴盛才，等.工程施工监测与数据处理［M］.北京:人民交通出版社，2013.