武汉地铁车站深基坑监测项目选择研究

周　　荣，余群舟，周　　诚，孙博文，李亚巍　

（华中科技大学　工程管理研究所，湖北　武汉　430074，E-mail：zhou15271803315@163.com）

武汉地铁车站深基坑监测项目选择研究

周荣，余群舟，周诚，孙博文，李亚巍

（华中科技大学工程管理研究所，湖北武汉430074，E-mail：zhou15271803315@163.com）

摘要：在地铁深基坑施工中，通过监测可以为安全事故预防和控制提供信息。针对监测规范中对于监测项目选择规定较为笼统，未考虑实际工况的问题，有必要对地铁深基坑施工监测项目选择进行研究。结合武汉地区工况运用监测案例调研、监测规范比较和专家调查等方法对各个监测项目重要性进行量化，确定武汉地铁监测项目重要程度的优先顺序，结合相关领域专家的施工经验和计算结果进行对比分析。为使规范在武汉地区执行更加有针对性，建议武汉地区地方标准涉及监测项目选择的规定进行调整，为武汉地区地铁深基坑监测方案制定提供参考。

关键词：地铁施工；深基坑监测；量化评价；监测项目选择

武汉市已运营的地铁线路里程达78.4km，已批在（拟）建线路达到139.5km。到2021年，线网总规模达到400km左右［1］。地铁工程建设的特点决定了地铁施工固有的危险性［2］，为保证地铁车站施工安全，在基坑开挖及结构施工期间开展有效的施工监测，实时动态掌握基坑本体和周边环境的安全状态是一种有效手段［3］。实际监测方案必须按照监测规范进行编制，然而规范未考虑地区差异，未结合不同工况给予可操作性建议，因此有一定局限性。从实际调研可知，在遵守规范的前提下，监测方案是结合工程师经验而定，人为主观因素较大，某些基坑工程并未严格按照方案确定的监测项目开展监测工作，但是施工完毕基坑为安全状态，表明已测项目能够表征工程的安全状态。基坑施工监测方案制定并不一定要照搬规范，而是应根据具体工况、周边环境等因素确定监测项目，在地铁深基坑施工监测过程中，基坑工程监测项目选择仍是一个值得研究的问题。

目前已有学者针对以上问题进行了相关研究，林小娇［4］、蒋宿平等［5］对基坑监测相关规范进行简要定性比较，发现规范之间存在一定差异，但未做深入探讨；崔新成等［6］、王国欣等［7］以某个实际地铁深基坑施工案例为背景，结合具体施工工况对监测项目选择给予建议，供类似工程监测项目选择时参考使用，并指出规范比较笼统，在实际工程中监测项目选择还应该考虑基坑工程复杂程度、场地周围条件、经济承受能力、施工方法和特点及其他要求。涂建［8］选取11个监测指标运用模糊数学综合评价法对地铁运营阶段进行基坑工程健康评价。张伟

［9］、SangUk Han等［10］、S.A.Talmaki等［11］侧重于监测数据的优化管理，通过构建数据库从而实现对监测数据的集成化管理和数据挖掘工作。通过对监测规范研究发现，现有国家规范及地方规程在地铁深基坑施工监测项目重要性等级规定存在某些不一致，最终会给决策者在实际工程地铁深基坑施工监测项目选择上造成一定困扰，说明监测规范还有待进一步完善。例如安全等级为一级的基坑，空隙水压力一项指标，《建筑基坑工程监测规范》规定为宜测项目，《基坑工程技术规程》未做任何规定，《城市轨道交通工程监测技术规范》规定为选测项目。从目前的研究和现有规范对比发现，有关地铁车站深基坑施工监测项目选择有针对性研究比较缺乏，已有的文献资料涉及监测项目选择问题大多依赖于专家建议。同时，在现有的工程监测相关规范体系中，针对监测项目重要性依据介绍极少，针对监测项目可操作性的选择建议研究有待深入。在对监测项目选择进行探究时，虽然各个监测项目都能够表征风险，但是其表征风险的能力有所差异，故首先要对监测项目表征风险的差异进行分析。然而，规范中对监测项目的差异无详细解释，为对规范进行补充说明，对监测项目选择研究应该从监测项目自身表征风险能力出发，对各个监测项目表征风险能力进行定性和定量分析，最终对各个监测项目表征风险能力进行量化识别，由强到弱列出其重要度顺序。

1　研究方法

工程建设中，一个监测项目是否被优先选取可以通过统计大量工程案例得到。然而，基坑工程建设具有高风险和一次性的特点，决定其建设过程中对于风险控制需要格外重视，故其研究方法必须具有全面性和代表性。本文采用定性与定量分析结合的方法对于监测项目重要程度进行综合反映。

定性评价时不对危险性进行定量化处理。在本文中，体现为对监测相关规范进行梳理并进行监测项目相关信息的归纳总结，确定研究对象，并比较分析，最终确定21个监测项目为本文的研究对象。

除了对地铁深基坑工程案例进行调研外，同时采用监测规范比较法和专家调查法两种方法进行辅助论证。这两种方法均考虑到工程实际，因此加入这两种评价方法更加客观和科学合理。通过以上3种方法对地铁基坑工程监测项目的重要性开展广泛调研，最终将三种方法所得分值进行加权平均，得到归一化的监测项目重要性量化数值，根据数值大小顺序确定监测项目的优先度分区。

2　监测项目定量评价

2.1监测项目评分标准设置

基于上述监测项目重要程度的量化研究方法，采用监测案例研究、监测规范比较和专家调查三种方法对监测项目重要程度进行量化评价。

2.1.1监测案例研究标准

以 20个武汉地铁基坑工程案例为样本，对监测方案中规定的应测项目和实际监测项目进行梳理，这些基坑开挖已完毕，均未发生过安全事故；地质涵盖武汉地区长江一级、二级和三级阶地，故选取的案例具有多样性和代表性。

对案例中的基坑应测项目和实际监测项目进行归纳比较，并赋予一定的分值。评分标准如下：实际已测且方案规定应测记3分；实际已测、方案中未规定的记3分；方案包含但实际未测，基坑施工安全、表明监测项目重要性一般，记1分；实际未测、方案中也未包含即为0分。

2.1.2监测规范比较标准

为了弱化各个规范之间的冲突，达到归一化，选取3本具有代表性且最新的基坑监测规范，分别是全国通用规范《建筑基坑工程监测规范》（GB50497-2009）［12］、《基坑工程技术规程》（DB4/T159-2012）［13］和《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）［14］3本规范涵盖了地方、全国和轨道交通的特点，具有一定的代表性。为了减少因监测规范要求差异对结果的影响，本文将不同的监测规范对监测项目等级要求进行总结，并根据不同等级进行定量化评分。

规范已对基坑工程监测项目等级进行分类，监测等级分为应测、宜测、可测（选测），从定性的角度分析可以看出，重要性依次为应测、宜测、可测（选测），故其重要性分值应该由多到少。为与实际案例中评分规则保持一致，其评分标准定为：应测记3分，宜测记1分，可测（选测）记0.5分。

2.1.3专家调查标准

通过对专门从事施工监测的工程师进行问卷调查，对其监测项目重要度进行量化评分，其中重要度的分值采用里克特量表的5分制表示，分值的大小代表因素的重要程度，从1分到5分分别表示：不太重要、稍微重要、一般重要、比较重要和非常重要。收回的调查问卷中，有效问卷数15份。

根据专家从事监测工作的时间，将专家分为5个等级，针对不同的专家等级，对其评分分值赋予不同的权重，等级越高，权重越大，如表1所示。

表1　　专家经验权重表　

2.2监测项目评分及处理

本文对地铁基坑工程施工监测最常见的 21个监测项目，采用监测案例、监测规范和专家调查3种方法进行评分，并对评价结果进行归一化处理。由于篇幅原因，3种方法的原始评分文中未列出。

2.2.1监测案例研究评分

基于上述评分标准，对武汉地铁车站深基坑20个案例中 21个监测项目进行打分后求和汇总，得到每个监测项目的单项分值，进行归一化（单项分值/21个监测项目单项分值之和），得到基于监测案例研究的监测项目评分值，记为A分。

例如，监测项目为“围护墙（桩）顶部水平位移”，通过案例研究汇总后为69分，21个监测项目单项分值之和为574分，归一化后围护墙（桩）顶部水平位移基于监测案例研究的评分值为69/574=0.1040，其他监测项目评分依次类推。

2.2.2监测规范比较评分

基于上述评分标准，对3本规范中各监测项目进行打分后求和汇总，得到每个监测项目的单项分值，进行归一化（单项分值/21个监测项目单项分值之和），得到基于监测规范研究的监测项目评分值，记为B分。

2.2.3专家调查评分

基于上述评分标准，采用专家调查法对监测项目的重要性进行打分，其分值乘以对应权重，最后对单项分值进行汇总，进行归一化（单项分值/总分值）处理，得到基于专家调查的监测项目评分值，记为C分。

依据监测案例研究、监测规范比较、专家调查得到的评分并进行归一化处理，各个监测项目重要性量化数值，即监测项目评分初步汇总如表2所示。

2.3监测项目综合评分

2.3.1异常数据处理

通过对表2的数据分析可知：锚杆内力和土钉内力两项A分（基于监测案例研究评分）为0。对其案例进行深入研究发现：所选取的案例均为地铁车站超深基坑工程，未采用锚杆和土钉。因此，这两项数据不能表明对应监测项目的重要程度，并不具有代表性，须予以剔除。

2.3.2归一化权重处理

A分是基于武汉地铁基坑监测实际案例得出，实践性强，且极具代表性，故其权重最大；C分是基于专家调查得出，由于调查数量不多且部分被调查专家经验有限，其权重设为最小；B分居中。由于存在部分数据剔除的情况，则权重相应变化。其定量化权重如表3所示。

表3　　监测项目最终评分计算权重表　

因此，立柱内力和锚杆内力的计算式为0.70B+0.30C，其他的均为0.5A+0.35B+0.15C。

2.3.3监测项目最终评分

根据表2的初步评分数据和表3确定的权重计算各监测项目加权评分。为了使评分数值更清晰直观，将加权评分归一化量化后，将量化数值乘以100得到基坑工程监测项目最终评分值，结果如表4所示。

表4　　基坑工程监测项目最终评分表　

2.3.4监测项目重要程度优先顺序

根据表4的计算结果，将最终评分值从高到低绘制基坑工程监测项目重要程度优先顺序图。为降低专家打分以及评分标准主观性的影响，本文根据图形变化规律，将所有监测项目分成3个区段，如图1所示。

第一区段由7个监测项目组成，其评分很高且分数接近。无论是在理论上还是基坑实际中，这些监测项目的重要性非常高。因而，此区段的监测项目在武汉地铁基坑施工监测中为应测项目。

第二区段由6个监测项目组成，其评分处于第一区段和第三区之间，呈梯形排列，为宜测项目。这些监测项目的重要性也较高，尤其是越靠前的监测项目，其重要性和应测项目相比，灵活多变，应该结合具体工况考虑后进行选择，在某些条件下应测，在另一些条件下可测。

第三区段由8个监测项目组成，其评分较低且分值之间差距较小，为可测（选测）项目。其重要性都较低，在武汉地铁车站深基坑施工中，一般在基坑安全要求较高、地质水文十分复杂时，为选测项目。

图1　　基坑工程监测项目优先顺序图　

3　建议

在前述对监测规范进行调研时发现，规范中对于监测项目选择为考虑实际工况，未考虑地质水文等相关参数，即规范中涉及监测项目选择缺乏有针对性的指导建议，故对 20个基坑监测案例进行调研时，除了对其监测项目选择情况进行归纳总结外，还重点关注监测项目被选择情况与基坑所处地质水文之间的关系。通过调研发现：第一、第三区段的监测项目选择与地质关系不明显，因为第一区段监测项目全部都被监测，第三区段均没有被监测；而第二区段的部分监测项目选择与地质水文条件关系十分明显。基于以上，本文对武汉地铁监测项目选择展开讨论，并对监测规范提出以下几点改进建议。

（1）立柱竖向位移。根据所选 3本有代表性的规范，一级基坑均为应测，但是结合本研究结论，对于武汉地区地铁车站深基坑工程，立柱竖向位移不一定为应测。因此，实际中应结合具体工况对分析是否应测，如果车站位于长江一级、二级阶地，那么就应测，如果在三级阶地，此监测项目为选测项目。

（2）围护墙内力。对于围护墙内力，一级基坑中3本规范表示不一，有宜测、应测和选测3种，给方案制定者造成一定的困惑。结合本研究，对于武汉地区地铁深基坑工程，实际中围护墙内力的监测应结合具体的工况分析，当车站位于一级、二级阶地内，地下水位高、坑外土质差为应测，若处于三级阶地，此监测项目为选测。

（3）周边建筑（地表）裂缝。根据所选 3本有代表规范，一级基坑均为应测，但是结合本研究结论，对于武汉地区地铁车站深基坑工程而言，周边建筑（地表）裂缝所能揭示的安全风险可以通过其他监测指标反映出来，故重要性低，为选测。施工时，对安全要求较高、地质水文十分复杂或科研要求的基坑，此监测项目为可（选）测。

（4）地下水位。3本规范涉及地下水位的规定：一级基坑均为应测项目。但是结合本研究结论，对于武汉地区地铁车站深基坑工程而言，地下水位的监测应结合具体的工况分析。若车站位于一级阶地就为应测，若位于二级、三级阶地，此监测项目为选测。

4　结语

基坑工程监测非常重要，本文以武汉地铁车站深基坑工程为例对监测项目进行定量化评价，运用监测案例调研、监测规范比较和专家调查3个方法，加权平均得出武汉地铁监测项目的优先顺序。然后，依据调查和计算分析的结果，对武汉地铁监测项目的选择展开讨论，发现武汉地区地标规定的监测项目选择在武汉地区实施须作相应的调整。

对监测项目选择研究，可以借助于信息化数据挖掘技术，通过采集更多的基坑监测实际案例基本信息，进行深入分析有待下一步研究和探讨。

参考文献：

［1］武汉市人民政府.武汉市城市轨道交通第三期建设规划，发改基础［2015］1367号［R］.武汉：武汉市人民政府，2015.

［2］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（1）：79-83.

［3］Kim H，Jeon S，Park E S.Evaluation of monitoring items for adverse ground conditions in subsea tunneling［J］.Tunnelling&Underground Space Technology，2012：19-33.

［4］林小娇.基于监测信息的地铁基坑施工安全风险评价［D］.华中科技大学，2012.

［5］蒋宿平.基坑监测技术的研究与应用［D］.长沙：中南大学，2010.

［6］崔新成，苗雷涛.基坑工程监测中一些问题的探讨［J］.电力勘测设计，2007（4）：18-21.

［7］王国欣，肖绪文.浅谈公路隧道监测项目选择与测点布置［J］.工程勘察，2008（10）：59-62.

［8］涂建.基于模糊综合评价法的基坑工程健康评价研究［D］.广州大学，2012.

［9］张伟.海量变形监测数据集成管理与分析系统的研制［D］.西南交通大学，2014.

［10］Han S U，Peña-Mora F，Golparvar-Fard M，et al.Application of a Visualization Technique for Safety Management［A］.International Workshop on Computing in Civil Engineering2009，2009：543-551.

［11］Talmaki S A，Dong S，Kamat V R.Geospatial Databases and Augmented Reality Visualization for Im proving Safety in Urban Excavation Operations［A］.Construction Research Congress2010.Innovation for Reshaping Construction Practice，2010：91-101.

［12］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50497，建筑基坑工程监测规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［13］湖北省住房和城乡建设厅，湖北省质量监督局.DB4/T159，基坑工程技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［14］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50911-2013，城市轨道交通工程监测技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2014.

周荣（1990-），女，硕士研究生，研究方向：地铁施工安全监测，建设工程项目施工管理；

余群舟（1970-），男，讲师，研究方向：城市轨道交通安全预警，建设工程施工风险管理；

周诚（1982-），男，副教授，研究方向：城市轨道交通安全预警，建设工程施工管理，工程管理信息化；

孙博文（1993-），男，硕士研究生，研究方向：工程管理信息化，建设工程项目施工管理；

李亚巍（1990-），男，硕士研究生，研究方向：工程管理信息化，建设工程项目施工管理。

中图分类号：TU712

文献标识码：A

文章编号：1674-8859（2016）03-072-05

DOI：10.13991/j.cnki.jem.2016.03.012

作者简介：

收稿日期：2016-01-26.

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（51408245）.

Item Selection for Deep Foundation Pit M onitoring in W uhan M etro Station

ZHOU Rong，YU Qun-zhou，ZHOU Chen，SUN Bo-wen，LI Ya-wei
（Institute of Construction Management，Huazhong University of Science&Technology，Wuhan430074，China，E-mail：zhou15271803315@163.com）

Abstract：Useful information for the prevention and control of accidents can be provided by monitoring for deep foundation pit construction of metro.Due to the regulation related to monitoring item s selecting lacking of focalization，the actual condition risk is not considered in our country.Firstly，three methods（i.e.the investigation of monitoring cases，the comparison of monitoring codes and experts investigation）were applied to calculate quantitatively the priority of monitoring items considering w ith Wuhan metro station，which was aimed at determining the importance of priorities for monitoring items.Secondly，the selection of deep foundation pit monitoring item s in Wuhan metro station w as re-discussed based on the former results and expertise.Finally，to make the specification perform more targeted，Wuhan area criteria related to monitoring items selecting should be adjusted as a reference to decision-maker for the selection of deep foundation pit monitoring items in Wuhan metro station.

Keywords：subway construction；deep foundation pit monitoring；quantitative evaluation；monitoring items selecting