上海某地铁车站深基坑信息化施工监测分析

李　伟

(上海岩土工程勘察设计院有限公司，上海200438)



上海某地铁车站深基坑信息化施工监测分析

李伟

(上海岩土工程勘察设计院有限公司，上海200438)

摘要：对上海某地铁车站深基坑工程施工中周边建筑物垂直位移、围护结构变形、钢支撑轴力和地下水位等进行了监测.监测结果分析表明：周边建筑物的沉降主要发生在基坑土方开挖的过程中，基坑施工过程中的时空效应较明显，条形基坑应分段施工；基坑围护在开挖过程中受周边环境的影响，有可能发生一边沉降、另一边上抬的变形现象；围护结构的侧向变形主要发生基坑开挖阶段，最大变形处位于基坑开挖面附近；在基坑开挖中应合理掌握开挖的次序，安装支撑及时，这对于有效控制围护结构侧向变形大有益处；坑外水位的变化能反映基坑围护的密封效果，发现渗漏后需及时处置.

关键词：深基坑；监测；信息化；沉降；轴力

引言

随着城市建设的发展，各地中心城区的建设用地越来越少，向空中求发展、向地下深层要土地便成了工程建设中常用手段.在北京、广州、上海等地基坑施工的开挖深度越来越深.由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，单单根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案，往往含有许多不确定因素，尤其对于地铁、轻轨地下换乘车站的明挖深基坑，它常常出现在大城市中的人口密集、市场繁华的区域，地面高层建筑多，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节[1-5].当前，基坑监测与工程的设计、施工同被列为深基坑工程质量保证的三大基本要素.

地铁工程往往因其地质条件复杂、施工困难、设计计算理论尚不完善等诸多方面的问题，在建设过程中会出现工程质量难以保证、工程进度难以把握、工程风险难以控制的情况，而为确保工程安全进行的施工监测由于条件限制，使得花费大量的人力物力获得的数据得不到充分利用.关键是各类监测数据浩如烟海，必须通过及时有效地分析处理，从中汲取出有价值的内容和信息，及时反馈至相关单位，这对于保证工程质量和基坑、隧道的施工安全具有极其重要的意义.

1地质条件与工程概况

本车站场地周围主要为居民住宅，地势平坦，地面标高约2.28～4.42m，地貌属滨海平原地貌类型.主要土层有：③灰色淤泥质粉质黏土、④1灰色淤泥质黏土层、⑤1-1灰色粉质黏土、⑤1-2灰色粉质黏土、⑤3-1灰色粉质黏土层.

本地铁车站中心里程为CK23+823.575，车站位于东长治路上，沿东长治路走向，横跨旅顺路、商丘路及新建路.车站长约449m，宽15～28m，开挖深度13.8～15.4m.车站主体采用地下二层单柱双跨钢筋混凝土箱型结构，围护结构采用地下连续墙围护.西端头井基坑埋深15.2m，首层为混凝土支撑，下设五道钢支撑，采用800地下墙，明挖顺作法施工；标准段基坑深约13.1m，首为混凝土支撑，下设四道钢支撑，明挖法施工.

车站基坑北侧为东长治路，道路下有多种市政管线，距基坑由近及远依次分布电力管线、煤气管线、上水管线.东长治路北侧沿基坑走向为多层民用建筑，车站东端南侧亦有多层民用建筑，车站西端南侧为待建高层民用建筑(先施工地铁基坑，待本基坑地下结构施工完成后，民用建筑基坑再行施工)，其基坑围护与本基坑围护结构共墙.基坑周边环境及建筑物监测点布设见图1所示.

图1　周边环境监测点平面简图

2基坑监测项目及测点布设

根据本工程的要求、周围环境、基坑本身的特点及相关工程的经验，按照安全、经济、合理的原则，测点布置主要选择在2倍以上基坑开挖深度范围内布点，设置的监测项目主要如下[6-7]：周边建筑物垂直位移监测、围护顶部变形监测、围护结构侧向位移监测、支撑轴力监测、坑外潜水水位观测等.基坑主体监测点平面布置示意图如图2所示.

图2　基坑围护结构监测点布置平面简图

3监测结果及分析

3.1周边建筑物垂直位移监测结果分析

周边建筑物监测点M1区垂直位移变化历时曲线如图3(a)～(b)所示，M2区垂直位移变化历时曲线如图3(c)～(d)，从图中可以看出，周边建筑物在基坑围护施工阶段变形量不大，部分监测点有轻微的上抬现象，随着基坑开挖施工的进行，周边房屋均产生了较明显的下沉，在底板浇筑后各监测点的变形量逐渐收敛.其中M2区中部对应的周边房屋的累计沉降量要明显大于M1区的，这主要是由于M2区开挖的平面长度和宽度都要明显大于M1区的，施工过程中是由M1区到M2区依次退挖，这样M2区开挖的时空效应[8]就会明显大于M1的，如果M2区也采用分段开挖施工，对周边环境的影响将会明显减小.

图3　(a) F23、F24、F25、F28、F30监测点

图3　(b) F32、F36、F40、F138、F139监测点

图3　(c) F42、F45～F50、F56监测点

图3　(d) F64、F65、F67、F68、F70、F71监测点

3.2围护顶部变形监测结果分析

M1区、M2区围护结构顶部监测点垂直位移变化历时曲线如图4(a)～(b)，从图中可以看出，M1区监测点在基坑开挖初期，部分监测点有少量的上抬现象发生，然后在基坑的开挖过程中，围护结构有一个较明显的下沉阶段，随着基坑垫层和底板浇筑完成后，围护顶部监测点的沉降趋于稳定.M2区监测点靠北侧一边的均有明显下沉变形，而靠南侧一边的上抬变形较明显，这和基坑北侧是公共道路，车流密集，南侧是待建工地，场地空旷有一定的联系.

图4　(a) Q1、Q2、Q3、Q7、Q8监测点

图4　(b) Q1、Q2、Q3、Q7、Q8监测点

M1区、M2区圈梁顶部监测点水平位移历时变化曲线如图5(a)～(b)所示，从图中可以看出，围护顶部监测点的水平位移主要发生在基坑开挖初期，在支撑及时受力之后，监测点水平位移趋于稳定.由于第一道是混凝土支撑，轴向刚度大，能很好地控制围护顶部的水平位移，监测数据也很好地反映了这一特点.

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图5　(a) Q1～Q6监测点

图5　(b) Q13、Q15、Q17、Q20、Q22、Q23、Q25监测点

3.3围护结构侧向位移监测结果分析

选取有代表性的围护结构测斜孔在土方开挖过程中、底板浇筑后和顶板施工完成的数据汇总如图6(a)～(d)所示.从曲线图可以看出，各监测孔侧向位移最大变形处位于16m深度左右，即基坑开挖面附近；侧向位移变化规律一般表现为累计位移量主要发生在坑内土体开挖阶段至基坑底板施工阶段，之后各监测孔侧向位移速率趋于收敛，在底板浇筑完成到顶板施工阶段，围护结构侧向位移变形量相对较小.

图6　(a) P07孔

图6　(b) P10孔

图6　(c) P16孔

图6　(d) P19孔

3.4支撑轴力监测结果分析

选取有代表性的支撑监测点，其轴力变化历时曲线如图7(a)～(b)所示，从图中可以看出，随着基坑土体开挖，由于土体的卸载各道支撑的轴力均快速增加，然后在底板浇筑后及地下室结构施工期间基本保持稳定，其中第三道支撑轴力的增加速率要明显大于第一道支撑的.这表明开挖过程中，周边土体的侧向压力较迅速地传递给了支撑，因此，基坑开挖过程中应及时安装支撑，以防土体产生过大侧向位移.

图7　(a) Z1-1～Z1-3、Z1-5、Z1-6监测点

图7　(b) Z3-2～Z3-6监测点

3.5坑外潜水水位监测结果分析

图8(a)～(b)为M1区、M2区坑外潜水水位监测变化历时曲线图，在基坑开挖施工初期，由于基坑西北角和东南角有局部渗水现象发生导致SW1、SW2、SW12水位观测孔内水位有较大的下降，在及时进行堵水施工后，坑外水位变化基本处于稳定状态.坑外水位的变化可以直接反映该处围护的密封效果，如果发现水位有明显下降，应提前做好准备，在基坑开挖过程中及时进行堵漏.

图8　(a) SW1～ SW3、SW5、SW 6监测点

图8　(b) SW8、SW9、SW 12监测点

4结论

(1)周边建筑物的沉降主要发生在基坑土方开挖的过程中，围护施工期间的沉降量较小；基坑施工过程中的时空效应较明显，条形基坑应尽量考虑分段施工.

(2)基坑围护在施工过程中受周边环境的影响，有可能发生一边沉降、另一边上抬的变形现象；总体来看，围护的沉降量要远大于上抬量.

(3) 围护结构的侧向变形主要发生基坑开挖阶段，最大变形处位于基坑开挖面附近，之后侧向位移速率趋于收敛，在底板浇筑完成到顶板施工阶段，围护结构侧向位移变形量相对较小.

(4) 在基坑开挖中应合理掌握开挖的次序，安装支撑及时，这对于有效控制围护结构侧向变形大有益处.

(5) 坑外水位的变化能反映基坑围护的密封效果，在施工过程中，应时刻关注坑外水位的变化，发现渗漏及时处置.

参考文献:

[1]龚晓南.基坑工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]杨国祥,李侃,赵锡宏,等.大型超深基坑工程信息化施工研究—上海外环隧道施工的浦西基坑工程[J].岩土工程学报,2003,25(4):483-487.

[3]安关峰,宋二祥.广州地铁琶州塔站及站后折返线工程基坑监测分析[J].岩土工程学报,2005,27(3):333-337.

[4]谭峰屹,汪稔,于基宁.超大基坑开挖过程中的信息化监测[J].岩土工程学报,2006,28(增):1834-1837.

[5]肖武权,冷伍明,律文田.某深基坑支护结构内力与变形研究[J].岩土力学,2004,25(8):1271-1274.

[6]济南大学.建筑基坑工程监测技术规范(GB50497-2009)[S].北京:中国计划出版社,2009.

[7]中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[8]刘建航,候学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

(责任编辑鲁越青)

Monitoring Analysis of Informationized Construction of Deep Foundation Pit for a Shanghai Metro Rail Station

Li Wei

(Shanghai Geotechnical Investigations and Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200438)

Abstract：Based on the analysis of the monitoring data of a deep foundation pit for a rail station of Shanghai Metro, such as vertical displacement of buildings, deformation of retaining structures, axial force of steel struts as well as underground water levers, some valuable conclusions were drawn. It is shown that the settlement of buildings mainly occurs in the process of excavation, that the time-space effect is apparent in the process of construction of foundation pit, and that the stripe foundation pit should be constructed in sections. Because of the influence of surroundings, one side of the retaining structure may be subsided while the other side may be upheaved. The lateral deformation of the retaining structure mainly occurs in the process of excavation and the maximal deformation is located near the excavation surface. The good order and timely support of excavation help control the lateral deformation of the retaining structure effectively. The water level outside the pit could reflect the sealing effect of the retaining structure, and the timely disposal of leakage should be taken while there is a crack in the retaining structure.

Key words：deep foundation pit; monitoring; informationized construction; settlement; axial force

收稿日期：2016-04-18

作者简介：李伟(1980-)，男，河南舞钢人，工程师，主要研究方向：基坑监测与地基处理.

doi：10.16169/j.issn.1008-293x.k.2016.07.05

中图分类号：TU47

文献标志码：A

文章编号：1008-293X(2016)07-0023-06