综合管廊基坑监测方法

冯 晶 中交三航局第三工程有限公司

1 前言

综合管廊基坑的施工需要做到安全、质量、进度及周边环境的协调统一，如何将围护结构的变形及受力控制在合理的范围内至关重要，而既有的力学理论还无法准确地对施工过程中的各种变形及受力进行精确计算，只有通过全方位的监控量测来了解管廊围护结构的变形和受力情况，并且通过监测数据监控施工过程，指导施工，达到信息化施工的目的，确保综合管廊施工的安全。

2 工程概述

横江大道（西江互通连接线城南河路至S356段）建设工程起点位于城南河大桥南侧落地点，顺接横江大道（纬三路—城南河路段）快速化改造工程，终点接356省道，与三桥北接线交叉设西江互通，总长7.107km；本标段内容为土方工程（含渣土工程）、路基工程、桥涵工程、隧道工程、河道工程、人行地道工程、管线工程、综合管廊等土建工程施工，以及标段范围内天桥工程和智能公交站台等相关工程基础和预留预埋的施工。

3 监测目的

本项目的施工监测，既是对施工的控制及指导，也是设计工作的后续，能为设计及时调整设计参数提供依据，准确地说施工监测是施工、监测和设计三方互动、共同确保隧道围护体系稳定的过程。

4 监测点的布置

综合管廊明挖基坑的监测对象为基坑支护结构和周边环境。基坑支护结构监测对象主要为围护桩、支撑及立柱，周边环境监测对象主要为工程周边岩土体、地下水、建筑物、地下管线及市政基础设施等。

依据相关规范及设计要求，本工程拟进行监测的项目及测点布置见表1，由于施工现场环境复杂，现场埋设时，测点位置将根据实际情况进行适当调整。

表1 综合管廊基坑监测项目及布置

5 监测方法

5.1 水平位移基准网布设

本项目水平位移基准网共设置基准点5个，其中3个为既有基准点（编号为E07～E09），工作基点6个（编号为BS1～BS6）。基准点及工作基点采用有强制对中装置现浇混凝土观测墩或者埋设专门观测标石的方式布设。水平位移基准网布网示意图见图1。

图1 水平位移基准网布网示意图

5.2 水平位移基准网测量

基准网测量工作开始之前应对委托单位移交的首级平面控制网基准点进行检查，确认基准点点位稳定、设施完好后方可使用。

（1）GPS静态测量法：根据工程现场情况，对基准点采用卫星导航定位静态测量，具体观测采用大地三边形或四边形同步图形扩展方式进行布网，相邻同步环之间由2个公共测站相连，每个同步环由3或4个测站组成，每个环同步观测2个时段，每时段观测至少60min。

（2）全站仪边角测量法：采用全站仪对位移基准点及基准点与工作基点进行测量时，位移观测等级按照二等进行。

5.3 竖向位移基准网布设

本项目竖向位移监测共设置基准点6个，其中3个为既有基准点（编号为E07～E09），工作基点5个（编号为BM1～BM5）。基准点采用现浇钢筋混凝土固定墩或挖坑埋石方式布设，工作基点采用道钉或者“L”型测标钻孔埋设。竖向位移基准网路线图见图2。

图2 竖向位移基准网路线图

5.4 竖向位移基准网测量

本项目竖向位移控制网按照JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》中变形观测等级为二等的相关技术要求进行测量。

5.5 初始值测量

5.5.1 围护桩（墙）顶部水平位移、竖向位移监测

应在相关施工工序前测定，并取至少连续观测三次的稳定值取其平均值。

5.5.2 围护桩（土体）深层水平位移监测

应在基坑开挖之前至少一周埋设好测斜管，并取开挖之前连续两天稳定测试数据的平均值作为初始值，同时应对每个深度进行正、反两次测量。

5.5.3 基坑外地下水位监测

地下水位管应在基坑开挖前一周埋设结束，基坑开挖前连续观测并取得稳定的测试数据，作为初始值。

5.5.4 支撑轴力监测

支撑内力监测项目，采用传感类仪器，应在开挖之前埋设结束，基坑开挖前经过一周的监测取得稳定的监测数据作为初始值。

5.6 围护桩（墙）水平位移及竖向位移监测

5.6.1 围护桩（墙）顶部水平位移监测

根据监测基准点或工作基点，架设徕卡高精度全站仪TS30进行测点位移监测，采用自由设站后方交会的方法，自由设站时，设站点每次宜在同一个位置，每个测站观测相同的一批监测点，不允许监测点观测采用不同的测站。设站点应与2～3个基准点或工作基点相互通视，且该部分基准点或工作基点的平面分布的范围大于九十度，设站点与监测点之间的距离不大于500m；所观测的监测点中，至少有两个点应在其他测站观测；并且应该采用边角同测，水平角和距离观测测回数应当满足规范要求。

5.6.2 围护桩（墙）顶部竖向位移监测

采用水准测量的方法进行监测，水准仪进行竖向位移监测的精度要求为±1.0mm。根据工作基点进行监测点竖向位移测量，测量各个沉降测点的历次高程，与初始值比较，即为测点的沉降量。

5.7 围护桩（土体）深层水平位移监测

采用滑动式测斜仪人工采集数据的方式，进行围护墙深层水平位移监测；监测时，测斜仪探头放置测斜管底部，待接近管底温度时再进行量测，每个深度都应该采取正、反两次量测。

测斜仪测头下滑动轮作用点相对于上滑动轮作用点的水平偏差可以通过仪器测得的倾角Φ计算得到，计算公式为：

式中：

Δδ1——第i量测段的相对水平偏差增量值；

Li——第i量测段的垂直长度，通常取0.5m；

ΔΦi——第i量测段的相对倾角增量值。

将每段间隔Li取为常数，则水平偏差总量与水平位移δ仅为Δδ1的函数，同时计入管端水平位移量值δ0，即：

5.8 基坑外地下水位监测

按照三等水准的要求测量水位管的管口高程，高程控制采用闭合水准网形式。测试时，水位计的探头先要被缓慢的放入水位管中，当仪器发出蜂鸣声时，说明此时探头已经接触到水面，读出水位测量仪的标尺读数，精确至1mm。地下水位计算公式：

5.9 支撑轴力监测

支撑轴力监测对象有混凝土支撑及钢支撑，可以采用频率仪直接采集数据，需自动化监测时，可接入测控单元内实时采集数据；计算方法如下。

5.9.1 混凝土支撑

钢筋混凝土支撑内力计算方法：

式中：

Nc——支撑内力（kN）；

σS——钢筋应力（kN/mm2）；

kj——第j个钢筋计标定系数（kN/Hz2）；

fji——第j个钢筋计监测频率（Hz）；

fjo——第j个钢筋计安装后的初始频率（Hz）；

Ajs——第j个钢筋计截面积（mm2）；

Ec——混凝土弹性模量（kN/mm2）；

Es——钢筋弹性模量（kN/mm2）；

Ac——混凝土截面积（mm2），Ac=Ab-As；

Ab——支撑截面积（mm2）

As——钢筋总截面积（mm2）。

5.9.2 钢支撑

钢筋计计算公式：

式中：

P——被测钢筋计所受的力（kN）；

K——钢筋计的灵敏度系数（kN/Hz2）；

f0——钢筋计的初始频率值；

Fi——钢筋计工作频率值。

频率仪的监测精度为0.5%F·S，分辨率为0.2%F·S。

6 结束语

通过对综合管廊基坑的监测，既可以保证各施工阶段的安全和施工过程中结构稳定性符合设计要求，又可以对施工过程中的监测数据进行统计和分析并对施工过程结构的变化进行预测和控制，优化施工工序，提高施工工艺水平。