监控量测技术在地铁深基坑开挖施工中的应用

杨　勃，李晓伟（.陕西铁路工程职业技术学院，讲师，陕西　渭南　74000，.中铁一局集团第五工程公司，工程师，陕西　西安　70043）



监控量测技术在地铁深基坑开挖施工中的应用

杨勃1，李晓伟2
（1.陕西铁路工程职业技术学院，讲师，陕西渭南714000，2.中铁一局集团第五工程公司，工程师，陕西西安710043）

摘要：本文介绍了合肥地铁一号线徽州大道站深基坑施工工程开挖概况，结合该深基坑施工钢支撑的支撑方案，分析了深基坑钢支撑控制的有效方法，尤其是对钢支撑变形监控进行深入研究，为类型工程提供有效的借鉴经验。

关键词：深基坑；钢支撑；监控量测

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.006

目前地铁站场施工中，由于基坑深度过大，基础失稳破坏极易发生。所以在深基础施工过程中，对基坑的变形控制很有必要，为此结合合肥地铁一号线徽州大道站深基坑施工钢支撑的支撑方案，来分析深基坑钢支撑控制的有效方法，尤其是钢支撑变形监控进行深入研究，为类型工程提供有效的借鉴经验。

1　工程概况

1.1车站主体结构湖南路站车站总长189.6 m，主体为地下两层岛式车站，其中地下一层为站厅层，地下二层为站台层，标准段处结构外包尺寸为20.90 m×13.25 m。标准段基坑深17.499 m，本站共设4个出入口和2组风亭，均为单层结构。见图1所示。

图1湖南路站基础钢支撑图

1.2周围环境条件湖南路位于规划道路范围内的丙子村房屋拆迁还有少量未完成，有少量民用电线杆。拆迁后为一片空地，施工场地比较开阔。湖南路大道站场地现状主要为荒地、鱼塘，地形较平坦，施工场地比较开阔，周边环境相对简单。湖南路站～滨湖车辆段出入段线明挖区间为一片开阔的农田，局部有少量房屋，且均已完成拆迁。徽州大道站有雨水、污水管，污水向北排放，雨、污水管在施工期间横跨主体工程，采用贝雷梁悬吊处理（具体施工方案参见本方案内的排水方案）。

1.3工程地质条件本工程场地内的土层划分为人工堆积层、第四纪沉积层、白垩纪基岩三大层。填土的成分复杂，力学性质差异很大，土体的自稳能力差，沉积层自稳性较好。根据地质情况，本区域特殊岩土主要包括填土、膨胀土、淤泥和风化岩，对工程的影响详述如下：

填土：现场实测填土厚度约为0.3～1.7 m，填土以杂填土层为主，为松散土层，堆积时间短，力学性质差异大，稳定性差，会对基坑支护产生不利影响，需重点考虑填土层内土钉墙成孔质量，采用跟管钻进工艺成孔。

膨胀土：粘土层具有弱膨胀潜势，膨胀土具有显著的吸水和失水收缩的变形性能，同时膨胀土还具有胀缩变形的可逆性，在吸水膨胀、失水收缩后，有再吸水再膨胀、再失水再收缩的特性，在膨胀力及其反复胀缩变形条件下，易造成基坑边坡失稳和建筑物结构开裂。在基坑施工过程中，由于施工揭露，边坡土质含水量发生变化，造成膨胀土变形加剧，容易在基坑边坡部位形成浅层滑坡，从而造成基坑边坡垮塌，因此基坑施工过程中应采取尽早封闭措施，防止基地和边坡土体遭受长时间暴晒、风干、寖水等。

淤泥：本站区域内分布有水塘、鱼塘，塘底普遍有淤泥分布，淤泥厚度为0.5～1.75 m，淤泥属软土，稳定性较差；基坑开挖施工前先挖出淤泥。

基坑开挖穿越的地层分别为人工堆积层、第四纪沉积层、白垩纪基岩三大层，具体为①填土，②粘土、②粉质粘土、③粘土、④粘土，⑥全风化泥质砂岩。

1.4水文地质情况地下水的类型，工程所处位置主要受上层滞水的影响。水位深度0.38～2.32 m，水位标高12.30～18.04 m，含水层主要为粉质粘土填土层，上层滞水主要受到大气降水、管沟滲漏、绿化灌溉补给，主要以蒸发的方式排泄。随季节大气降水、绿化灌溉变化而变化，不具有明显的多年连续升降趋势。

2　钢支撑施工

徽州大道站基坑标准段竖向设置三道钢支撑，水平间距3.5 m，k 28+939.232～k 28+990.232竖向设置二道钢支撑，水平间距3.5 m，小里程盾构段设置四道撑，水平间距3.5 m，内支撑采用ф 609，壁厚t= 16 mm的钢管，第一道角撑为1 500 mm×1 500 mm× 300 mm的钢筋混凝土撑，其余两个为1 500 mm× 1 500m m×20 mm的三角形钢板撑；腰梁采用2根50 C工字钢，角撑竖向间距与钢支撑相同，钢管支撑采用2台80 t履带吊吊装。

2.1钢支撑施工流程基坑支护施工工艺见图2所示。

图2基坑支护施工工艺图

2.2钢腰梁及钢支撑架设随着基坑的开挖深度，逐层安装纵向连系梁、钢腰梁及钢支撑（见图3所示）。

图3钢腰梁斜撑节点平面图

2.2.1钢腰梁的安装钢腰梁的安装顺序根据开挖顺序安装，钢腰梁结构为2根50 C型工字钢双拼。三角支架用L 100×12角钢加工，用膨胀螺栓固定于围护桩内，上端用可伸缩性的钢筋与围护桩内的钢筋或膨胀螺栓连接牢固。

2.2.2钢支撑安装钢支撑架设必须先撑后挖，严格按设计要求及时施加预应力（见表1）；钢腰梁安设完成后，在钢腰梁上放出支撑中心位置，立即进行支撑架设（见图4）。

表1湖南路站钢支撑预加力与轴力设计值

图4钢腰梁节点平面图

3　基坑监控量测

3.1施工监测内容为确保施工期间结构稳定和安全，结合本工程地形地质条件、支护类型、施工方法等特点，确定监测项目基坑每一开挖段设一组墙体变形的监测点。

1）建（构）筑物沉降、倾斜监测项目监测范围取基坑边缘两侧各2.0 H（H为基坑开挖深度）范围。

2）地下管线仅对污水、雨水、上水、燃气等刚性、压力管线进行沉降及差异沉降监测，监测范围取基坑边缘两侧各2.0 H范围。

3）道路及地表沉降监测范围取基坑边缘两侧各2.0 H范围。

4）车站基坑全部开挖面及支护体系。

对于其余监测项目的监测频率，尚应根据设计要求和现场实际情况选定。

3.2周围管线监测

3.2.1监测方法主要监测基坑开挖引起的地表变形情况。按一级变形测量精度等级，用精密水准仪、铟瓦尺与地面沉降监测相同的方法进行观测、记录数据处理。根据量测结果进行回归分析，判断基坑开挖对地表变形的影响。

3.2.2测点布置原则测点布设在基坑两侧10 m范围以内，采用地质钻孔机钻孔成型后，放入PVC专用测管，及时做好孔口标高的测量记录，四周用粘土填实。纵向50～100 m一个量测断面，一个断面布置1个测孔。

3.3围护结构的水平位移及沉降监测

3.3.1监测方法围护结构水平位移监测主要使用全站仪及配套棱镜等进行观测。水平位移的观测方法较多，可以根据现场情况和工程要求灵活应用。常用的测量方法有：视准线法、小角度法、投点法、三角网法等。

3.3.2测点布置原则位移监测点按照20 m左右的间距布设在围护结构上端。基准点和工作基点均为变形监测的控制点，基准点一般距离施工场地较远，设在影响范围以外，用于检查和恢复工作的可靠性；工作基点埋设强制观测墩，布设在基坑周围较稳定的4个角，直接在工作基点上架设仪器对水平变形监测点进行观测。

3.3.3量测频率量测频率见表2。

表2监控项目安全、警戒、控制值、监测频率一览表

3.3.4量测精度量测精度±1 mm。

对汾河流域节水灌溉发展水平的准确评价，是正确认识汾河流域节水灌溉发展水平、推动本区域节水灌溉发展的基础，是制定区域节水政策、方案和措施的科学依据。近年来，节水灌溉发展水平综合评价已经由最初的定性描述分析或定量数据比较发展到定性与定量相结合[1]，由依靠主要指标构建简单的评价体系发展到利用多指标或多目标构建综合评价体系。

3.3.5相应措施当围护结构的水平位移及沉降超过预警值时，调整钢支撑参数，或同时采用地层加固措施。确保围护结构稳定。

3.4钢支撑轴力监测

图5（A）轴力计实物图

3.4.1监测方法本工程主体明挖基坑开挖共设置了三道钢支撑（小里程盾构井端四道）。采用轴力计（亦称反力计）进行轴力测试。

3.4.2测点布置

1）监测点宜设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中能够起关键作用的支撑上。每道支撑的内力监测点3个，点位布置与竖向保持一致。见图5所示。

图5（B）轴力计埋设断面图

2）钢支撑的监测截面根据测试仪器宜布置在支撑的端头。

3）每个监测点截面内传感器的设置数量及布置满足不同传感器的要求。

4）量测频率：按3.3.3的表2执行。

5）量测精度：0.15%F.S。

6）相应对策：根据量测结果分析钢支撑的受力情况，确定是否调整钢支撑的参数。

7）部分轴力监测数值见表3。

表3湖南路站支撑轴力报告

4　监控量测控制标准

在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。根据以往经验以《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》（TBJ108-92）的Ⅲ级管理制度作为监测管理基准（见表4）。

表4监测管理基准表

Un的取值，也就是监测控制标准。根据以往类似工程经验、监测对象的有关规范及支护结构设计要求及招标文件“技术条件”的要求。

根据上述监测管理基准，可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶则应密切关注，加强监测，监测频率可达到1～2次/天或更多。

5　监控量测信息反馈程序

现场量测数据处理，即时绘制位移—时间曲线散点图，位移（u）—时间（t）关系曲线的时间横坐标下应注明开挖工作面距离量测断面的距离。将现场量测数据绘制成u—t时态曲线散点图和空间关系曲线。

1）当位移—时间关系趋于平缓时，进行数据处理和回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律；

2）当位移—时间关系曲线出现反弯点时，则表明地层和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视地层动态，并加强支护，必要时应立即暂停开挖，采取停工加固并进行支护处理；

3）根据位移—时间曲线的形态来判断地层稳定性的标准；岩体变形曲线分三个区段，土体蠕变曲线见图6。

图6地层蠕变曲线图

基本稳定区段：主要标志是变形速率不断下降，即d 2 u/d 2 t＜0，为一次蠕变区，表示地层趋于稳定，其支护结构是安全的；

过渡区段：变形速率较长时间保持不变，即d 2 u/ d 2 t=0，为二次蠕变区，应发出警告，及时调整施工程序，加强支护系统的刚度和强度；

破坏区段：变形速率逐渐增加，即d 2 u/d 2 t＞0，为三次蠕变区，曲线出现反弯点，表示地层已达到危险状态，必须立即停工加固。地层稳定性判别标准比较复杂，在评定地层稳定程度时根据工程的具体情况，采用上述3种标准综合分析法，反馈于设计与施工应用。监控量测信息反馈程序见图7所示。

图7监控量测信息反馈程序

6　研究结论

1）经过严密的监测人员定期培训，设备定期进行标定，数据采集和分析，基坑开挖安全顺利完成。

2）监测过程中特别注意了温度对数据的影响，所以在观测时候每天的观测时间是定时的，而且特别注意了气温的稳定性。

3）监测过程中特别注意了位移时间关系曲线的变化，选派专人观测，专人绘制，及时报告和反馈，及时采取了正确的措施，保证基坑监测的可靠性。

通过严密的监控量测和钢支撑体系的受力分析，项目技术人员能够全面掌握侧向土体的动向，达到对施工时间的良好把控，为调整开挖方式选择提供了重要参考，同时确保了支架安全稳定，有力的保证了基坑开挖有序进行。通过本次监控量测达到了预期的良好效果，为施工正常保质，保量，完成奠定了良好基础。

参考文献：

〔1〕范斌，骆汉宾，周诚.武汉地铁工程建设安全预警系统的设计与应用〔J〕.华中科技大学学报（城市科学版）. 2010 （01）.

〔2〕徐俊峰；风险工程监控量测体系在北京地铁8号线西小口站的应用〔J〕.现代城市轨道交通. 2011（S1）.

〔3〕张元连；杨成斌；洞山隧道浅埋段施工中的监控量测工作〔J〕.工程与建设. 2013（06）.

中图分类号：TU94+1 U231.3

文献标识码：B

文章编号：1006-8686（2016）01-0018-06