临近地铁站体和历史风貌保护建筑的超大深基坑综合监测技术

□文/闫 磊 赵 宝 郑 彬 朱明华 张 敏

临近地铁站体和历史风貌保护建筑的超大深基坑综合监测技术

□文/闫 磊 赵 宝 郑 彬 朱明华 张 敏

随着科技的迅猛发展，建筑施工空间将逐步向地下开发，地下空间的开发利用日趋成熟化、常规化。某深基坑工程周围紧邻4座保护性建筑，其中最近处距离基坑仅4 m，位于重点保护建筑核心区，同时该深基坑还紧邻城市已运营地铁，与地铁接触长度达213 m，深基坑施工难度特别大。文章结合该工程在深基坑施工过程中所运用的各项监测技术，做了分析和总结。

地铁；深基坑；保护性建筑；综合监测

1 工程概况

某工程为大型商业建筑总建筑面积为203 300 m2，其中地下总建筑面积为66 200 m2，地上总建筑面积为137 000 m2，基底平面面积约 13 000 m2，基底标高-19.060 m，地处天津古河道上方，地下土层与工程相关部分多为淤泥质粘土，对基坑的整体稳定相当不利。基坑分为4个区，见图1，采用地下连续墙作为围护结构，地下连续墙宽1 m、深34.4 m，沿基坑周围连续设置，各个区之间以临时地连墙分隔，自成独立体系。Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅳ区通过三道钢筋混凝土桁架对撑与地下连续墙连接，共同作用保证基坑的整体稳定。Ⅲ区除首道为钢筋混凝土内支撑，其余三道为伺服系统钢支撑。

图1 基坑分区

2 工程难点

该基坑一侧紧贴已运营的地铁站，与地铁零距离接触，中部仅间隔一道1 m厚地下连续墙。地铁站体为地下3层，基坑埋深约21.46 m，盾构井埋深约22.61 m。基坑开挖深度19.060 m，与地铁接触长达213 m且地下结构局部与地铁站体连通。如此衔接紧密的结构关系，对该基坑施工的监测，为基坑预警提出很高要求。

另外，基坑处于2座重点保护等级和2座特殊保护等级历史风貌建筑核心区。2座特殊保护等级历史风貌建筑紧邻基坑，建筑物年龄均在81 a以上且距离基坑最近处仅为4 m。另外2座重点保护性建筑与基坑隔街相邻。此4座历史风貌建筑在历史上都具有相当重要的意义，其中包括地标性建筑、历史名人下榻旅馆、国家级文艺汇演场所以及百年历史老店。

除此之外，基坑四周紧邻城市主干道，基坑周边各类管线错综复杂，包括0.4 m输配水管，1 m雨水管，0.8 m污水管，0.3 m天然气管等，其中最近线路距离基坑仅1 m。基坑细微的变动及不合理降水都可能造成周边管线下沉，出现管线破裂风险。

如此复杂的环境中进行施工，监测技术必须对基坑任何微弱的变化都要做到前期预测并及时报告可能发生的危险，这无疑对该工程监测技术提出了严峻挑战。

3 综合监测

3.1 开工前安全风险性评估

鉴于该工程难点较多、较复杂，在项目开工前聘请鉴定检测中心对紧邻的地铁、4座保护性建筑及该工程本身进行前期安全风险性评估。

3.1.1 评估程序

包括前期准备—评估计划—评估实施—评估报告—专项方案—方案实施等6个流程。其主要工作内容为风险识别；风险估计与评价；风险分级与清单编制；风险处置措施。

3.1.2 风险识别清单

工程周边建筑沉降风险；周边管线沉降、破裂风险。

3.1.3 风险等级评估

周边建筑沉降和周边管线沉降风险均为一级。

采用LEC安全风险评价法对工程自身风险进行分析。该方法认为影响事故危险性的3个主要因素为发生事故可能性的大小L；风险因素出现的频繁程度E；事故发生后产生的危害C。而事故的危险性D=L·E·C。该工程基坑施工风险D值综合评定结果为72，属较大风险。

3.1.4 风险辨识

单元、安全风险事件、风险因素辨识结果见表1。

表1 风险辨识结果统计

3.1.5 风险处置措施

针对风险源，加强工程检测。根据基坑设计施工说明以及相关规范要求情况，结合工程实际，需进行以下项目的监测：桩顶水平位移、沉降；围护体定向水平位移（测斜）；钢筋混凝土支撑轴向力；地下水位；地下孔隙水压力、土压力；基坑周围地表沉降；基坑周围建筑物沉降变形；基坑周围地下管线沉降变形；围护体钢筋应力；土体分层沉降；土体水平位移；立柱变形。

按照监测频率要求，在基坑开挖期间进行相关项目监测，监测数据预报警值对比，为预警工作提供重要数据依据。

3.2 地铁监测技术

3.2.1 监测重点和难点

基坑围护结构同地铁车站、风道的围护结构共用，受卸载和基坑降水等影响，基坑对应的地铁里程DK12+971～DK13+220范围内受基坑开挖影响较大应进行重点监测。临近地铁一侧基坑的施工直接影响到共用围护结构的稳定，进而影响到地铁站体及轨道。因此，对地铁车站及附属结构的全面监测，直接关系到地铁安全运营。

3.2.2 监测项目及监测频率

地铁车站监测项目见表2。

表2 地铁车站监测项目

地铁车站监测频率见表3。

表3 地铁车站相关监测频率

3.2.3 监测布点情况

静力水准仪共布置48个监测断面，见图2。

图2 地铁站体地下三层静力水准仪监测布点

J1～J5、J21～J24为地铁隧道区间监测断面，J6～J20、J30～J44为地铁车站监测断面。车站位置每个监测断面间隔为10 m，共计布设30个监测断面 (J6～J20、J30～J44)。隧道区间共布设 18个监测断面(J1～J5、J21～J44、J25～J29、J45～J48），每个监测断面间隔15 m，在左右线结构及轨道道床均布设监测断面及监测点。在车站及隧道接触部位存在两个结构缝，在这两个结构缝位置两边各布设一个断面（J5～J6、J20～J21、J29～J30、J44～J45），并且该断面距结构缝距离为0.5～1.0 m，加强对结构缝的变形监测。

地铁车站、隧道共计布设36个隧道、道床结构水平、竖向位移监测断面，在车站位置，地铁车站每个监测断面间隔13 m，共计布设24个监测断面。地铁隧道在距结构缝1 m位置布设一个监测断面，向隧道方向每隔25 m距离布设一个监测断面，隧道区间共计布设12个监测断面，在左右线结构及轨道道床均布设监测断面及监测点。

地铁车站附属结构地面位置，每隔8～12 m布设一个沉降监测点，共计布设15个附属结构沉降监测。

负一层底板上每隔20 m布设一个竖向位移监测点，共计布设11个竖向位移监测点。

基坑施工开始之前，应对所有监测点位进行测量，得到本项目地铁保护区监测初始值，为以后的监测数据对比分析提供依据，切实保证地铁安全运营。

3.2.4 监测成果分析

对于地铁站体，本例选取地下三层静力水准仪监测进行分析总结，地下三层为地铁运营的主要空间，也是整个地铁站体最为重要的环节。因此，该处的稳定与否直接关系到地铁及乘客的安全。

地铁站体地下三层J37竖向位移监测点整体变化较为平稳，变化量在±2.00 mm范围内波动；累计变化量最大值则在17 mm左右出现波峰，后期呈逐渐下降趋势；而变化率除个别点位变化较大（-0.30 mm/d），其余均较为平稳，见图3。整体而言，地铁站体呈现稳定安全状态，各项指标均在可控范围之内。

图3 地铁站体J37点竖向位移监测

地铁车站附属结构——地铁风亭与基坑仅相隔一道地下连续墙，基坑的微弱变形都可能影响到地铁风亭的结构安全稳定。因此，本例选取变化最大的地铁风亭竖向监测结果进行分析，见图4。

图4 地铁风亭及通道沉降监测布点

地铁风亭竖向位移数据统计表显示，变化量均在±1.00 mm内波动，而累计变化量最大值在11.00 mm左右，变化率在-0.20～0.30mm/d范围内波动。所有指标均在可控范围内，地铁风亭处于安全稳定状态，见图5。

图5 地铁风亭TD6竖向位移监测数据

3.3 重点保护性建筑监测技术

3.3.1 监测重点、难点

4座重点保护等级历史风貌建筑距离基坑分别为4.0、4.9、14.7、22.5 m，均距离基坑较近且都处于基坑影响范围之内。基坑微弱的变形都可能引起保护建筑不均匀沉降，而历史风貌建筑大多历史悠久，结构承载变形的能力较差，很可能使结构产生裂缝，进而影响正常使用。为此，综合考虑重点保护性建筑的结构构造，在4座重点保护性建筑周边布设足够的沉降监测点，进而对建筑物的沉降及倾斜情况进行全面监测。

3.3.2 沉降监测布点情况及监测频率

作为地标性建筑，也是4座重点保护建筑中距离基坑最近的历史风貌建筑，在该建筑周边设置8个沉降监测点，基坑施工阶段每天对其沉降情况进行监测，见图6。

图6 沉降监测点布置

3.3.3 监测成果分析

通过对每天的监测数据进行整理并绘制竖向位移各项指标折线，见图7。该地标性建筑每天的沉降量均在1 mm左右范围内波动，累计沉降最大值在13 mm左右，沉降频率则主要在0.150 mm/d范围内波动，累计沉降频率则逐渐趋于平缓。该地标性建筑主体总高为32 400 mm，累计倾斜率为建筑主体总高的1%时为危险点（即324 mm）。所有指标均显示地标性建筑沉降情况处于可控状态，地标性建筑处于安全状态。

图7 保护性建筑B5点竖向位移监测数据

3.4 基坑监测技术

3.4.1 监测重点及难点

围护结构的变形导致墙后土体的卸载，在土体本身的自平衡作用下，将会产生土体流动，进而影响到周边建筑、管线的稳定。坑外水位的变化则主要是由坑内降水引起，由于围护结构不能保证100%的密实不透水，则在基坑降水过程中，在水头差作用下必然导致坑外水位变化。当坑外水位变化较大时，将造成水土流失，进而影响坑外建筑、管线的稳定。因此，对基坑全方位的监测就显得尤为重要。

3.4.2 监测项目及监测布点情况

该基坑等级为一级基坑，属于超深基坑，监测项目及监测布点情况见图8和表4。

图8 地下连续墙深部水平位移监测布点

表4 基坑监测布点

3.4.3 监测频率

监测频率见表5。

表5 基坑相关监测频率

续表5

3.4.4 监测成果分析

该工程地下连续墙深度达34.5 m，基坑开挖深度为19.06 m，基坑内部均匀分布3道混凝土内支撑，则地下连续墙顶部水平位移在墙外土体作用下变化较大。监测点位JC29处于基坑跨度最大部位中部临时地连墙上，变化情况较为显著。由图9可以看出，变化量在±3.00 mm范围波动；而累计变化量则出现峰值16 mm后趋于恢复平稳状态；变化率也相应出现波动后趋于平稳。这一波动表现在两侧基坑都开挖后，临时地连墙在没有土体作用后，逐渐恢复原位趋势。所有指标均在可控范围之内，基坑处于安全状态。

图9 地下连续墙深部JC29点水平位移监测数据

4 结语

作为深基坑施工的眼睛——深基坑综合监测技术，将地铁站体、基坑及周边重要设施所处情况及微小变形，通过科学有效的测量方法反映到具体数值或曲线，使项目管理人员更加直观地了解工程安全稳定情况并根据数值或曲线的变化趋势，预测即将发生的变化以及可能造成的危险，提前做出防范措施及处理措施，实现深基坑信息化施工，将大问题化小、小问题化无，确保深基坑施工安全。

□赵 宝、郑 彬、朱明华、张 敏/中建一局集团建设发展有限公司。

TU753

C

1008-3197（2015）06-01-05

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.001

2015-09-27

闫 磊/男，1987年出生，工程师，中建一局集团建设发展有限公司，从事工程技术管理工作。