地铁车站深基坑施工变形监测探讨

毕闻轲 李金龙

（甘肃铁道综合工程勘察院有限公司，甘肃 兰州 730000）

伴随着城市化水平的不断提高，城市居民的数量也迅速增长，与此同时，城市交通压力也逐渐增加，为了缓解城市交通拥堵的问题，许多城市开始建设地铁站。通过修建地铁，可以加快城市各区域的交通速度，实现交通分流。但是仍需要注意的是，地铁所处作业位置非常特殊，为了确保地铁运行效果，需要重点关注地铁车站深基坑施工变形监测，减少安全问题的发生概率。

本文以青岛地铁4号线沙子口站为背景，对采取地连墙+内支撑的支护方式的车站深基坑工程变形规律进行了研究。

1 工程概况

沙子口站为青岛地铁4号线的第22座车站本站设计站台中心里程为Y（Z）DK25+952.500，起点里程为Y（Z）DK25+879.000，终点里程为YDK26+83.571（ZDK26+81.305），车站长205.10 m，有效站台长118 m，为11 m岛式站台，车站形式为地下两层双跨（局部两层三跨）矩形框架结构，车站标准段结构宽19.70 m，车站结构外包高度13.21 m；车站标准段基坑深度约为17.1 m，宽度为19.7 m，小里程盾构段基坑深度为18.11 m、宽度为23.7 m，大里程盾构段基坑深度为18.21 m，宽度为24.1 m。基坑各监测点的平面布置图如图1所示。

图1 基坑各监测点的平面布置图

2 深基坑变形监测方案

2.1 基坑外地表沉降监测

基坑外地表沉降监测在地铁车站深基坑施工变形监测方案中是非常重要的一个项目；在具体监测过程中，为了提升监测效果，技术人员可以在基坑设计中的合理位置设置监测地点。

（1）测点布设原则。①监测点按剖面垂直于基坑边布置，剖面间距宜为10～30 m；②沉降监测段线的延伸长度应大于基坑开挖深度的3倍。每个剖面线上的监测点应由内向外先密后疏布置，且不少于3～5个；③地表沉降监测应垂直于基坑边布设若干测点，以形成监测段面，设在坑边中部或其他有代表性的部位。

（2）测点埋设方法。①用水钻在硬化路面成孔，打穿地表层；②清孔后在孔内插入80～120 cm钢筋；③钢筋直径宜为18～22 mm；④放入少量细砂铺实；⑤放置测点保护盖和盖板保护测点，防止过往行人和车辆对测点的破坏。地表沉降监测点埋设如图2所示。

图2 地表沉降监测点埋设示意图

2.2 基坑外水位沉降监测

随着基坑深度的不断增加，会提高基坑靠近地下水层的概率，增加基坑外存水风险性。为了确保基坑结构的稳定性，所以为了确保施工安全质量，技术人员需要在基坑外设置水位监测地点，所选择的水位监测地点需要均匀分布在基坑外侧。

（1）测点布设原则。①监测点应与周围桩、角、相邻建筑物（构筑物）、较密实的地下管线等相邻，并应布置在止水幕外约2 m处；②潜水水监测点之间的距离应为20～50 m，复杂的水文地质条件应适当加密。

（2）测点埋设方法。①在垂直围护桩2 m处打孔下水位管，基坑（坑外）潜水水位观测孔应在基坑降水之前完成；②水位管过滤器部分和孔壁必须打磨，其余部分用有效的阻水材料密封在孔中，水位管口必须盖好以防止地表水和废弃物的进入；③封闭的含水层中的承压水位深度应不小于2 m，孔的底部应填上沙子，水位管的直径可以为50～70 mm，过滤管的截面不应小于1 m，孔壁应填满沙子，必须采取有效措施在被测含水层和其他含水层之间分配水；④水位监控管（水管的底部）的深度应低于地下水位3～5 m。对于必须降低加压水位的基坑工程，水位监测管的深度必须符合设计要求。地下水位监测点埋设流程及示意图如图3所示。

图3 地下水位监测点埋设流程及示意图

2.3 建筑物沉降监测

（1）测点布设原则。①建筑物沉降点应在基坑施工前进行监测点的埋设，保证在施工过程中建筑物沉降点监测数据的准确性。②建筑物的沉降监测点之间的距离一般为10～20 m。离基坑较近的建筑物和建筑物近基坑侧在中部适当加密监测点。

（2）测点埋设方法。①建筑物沉降监测点埋设采用冲击钻在建筑物的基础或墙的四个角上钻孔，然后分别置入L型沉降标，四周用植筋胶填实；②不允许埋设监测标志时，可采用测铟钢尺贴直接在建筑物外张贴进行观测。

2.4 周边管线沉降监测

（1）测点布设原则。①地下管线监测点原则上主要位于市政管线的煤气管、供水管、排污管、大型雨水管和方沟。布置测量点时应考虑地下管线与工程之间的相对位置关系；②测量点应在管线接头处，拐角处或位移敏感区域调节，布设的间距应为10 m；③根据设计图纸的要求，特殊要求的管线布置在管线的顶部，没有特殊要求的设备放置在管道上方相应的地面监测点。

（2）测点埋设方法。①带有检查井的地下管道将通过直接打开管道或管道运输工具的井盖来打开；②没有检查井但有开挖条件的管道将挖出暴露的管道，并将测量点直接放置在管道中；③无检查井也无开挖条件的管线可在对应的地表埋设间接观测点；④在管线上布设监测点时，对于封闭的管线可采用采用Φ159的水钻将地面硬化层钻透，然后用洛阳铲挖孔至管线外护壁，放入钢筋周围用细沙填实，避免钢筋随土体的变化而变化。为了避免车辆对测点的破坏，放入的钢筋要低于路面2 cm深度，上面覆盖盖板保护测点，同时在测点处填上细砂，如下图所示。对于开放式的管线可在管线或管线支墩上做监测点支架。管线沉降测点埋设示意图如图4所示。

图4 管线沉降测点埋设示意图

2.5 地下连续墙墙体水平位移监测

（1）测点布设原则。①深层水平位移监测孔布置在基坑围护桩周边的中心处及代表性的部位，监测点的间距应为20～30 m，监测点应布置在中间；②倾斜管应该在基坑开挖前一周埋入；③放置前，应检查测斜管的质量，连接倾斜管时，要确保管的上部和下部的导向孔相互连接，并要注意保证管口的封盖，接头处还应该密封处理；④倾斜管的长度应与围护墙的深度一致或不小于被监测土层的深度；以管底边为位移参考点时，必须设置倾斜管进入稳定土层2～3 m；⑤埋设时测斜管应保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致；⑥为防止倾斜管在吊起钢笼或桩的过程中掉落或漂浮，连接器必须牢固。在打桩过程中，导管的方向必须与基坑的边缘相切，在灌注混凝土的过程中，应特别注意导管不能与倾斜管发生碰撞，浇筑完成后，必须保护倾斜管的顶部位置。

（2）测点埋设方法。①采用绑扎法将测斜管选择一根主筋进行绑扎固定；②将钢笼升起并分成两部分或三部分时，下部钢笼中的倾斜管已完全固定。上钢筋中量管的连接部分固定到另一个连接部分，以确保量管可以旋转，升高钢笼时，将倾斜管的两个部分连接起来，然后降低钢笼，将测斜管连接到钢筋上以防止旋转。

2.6 地下连续墙墙顶沉降监测

（1）测点布设原则。①测量点应放置在相对固定的位置，例如基坑的半径，保持桩的半径或连续地下墙的顶部，设置方便，不易损坏，它可以真正反映下层基坑支护结构的桩（墙）顶部的横向变形；②沿挡土墙的周边调整，监测点应位于挡土墙的中部和阳角处；③宜布置在墙体深层水平位移监测点（测斜）处；④监控点间距不应超过20 m，每侧的监控点数量不得少于3个。

（2）测点埋设方法。用电钻在基坑圈梁上钻孔，安装固定靶粘贴反光片，简便快捷且测量精度高。测点埋设示意图如图5所示。

图5 测点埋设示意图

3 车站深基坑施工变形监测成果研究

整个基坑开挖由小里程向大里程开挖，车站小里程第1～5段从2019年3月开挖至2019年8月底地铁底板完成施工。整个监测过程持续时间长，现将部分有代表性的监测数据做如下分析。

3.1 深层水平位移（侧移）分析

以墙体的水平位移为横坐标，以墙体的深度为纵坐标，它成为每个倾斜孔在不同时间的变形曲线图。下图为ZQT19的变形曲线；ZQT19的腹面形状具有变形的深度形状，变形曲线比较波折随时间（开挖深度）的增加。维护墙位移也随之变化增大，变化值最大为22.04 mm，在基坑深度12.5 m处，随着2019年8月中旬基坑挖到设计深度，底板浇筑完成，桩体变形趋于稳定。车站小里程第1～5段剩余测斜变化曲线图规律类似ZQT19，如图6所示。

图6 ZQT19墙体侧移随时间变化曲线

3.2 地下连续墙墙顶水平位移分析

墙顶侧移随时间变化曲线如图7所示。

图7 墙顶侧移随时间变化曲线

由图7可知：墙顶侧移曲线程较平缓，基坑开挖前期数值较小，随着基坑开挖深度的不断增加侧移累计量随之加大，冠梁顶部的水平位移可以分为三个阶段：相生长加速位移，相生长减速位移和相稳定生长位移。原因是挖掘是一个排放过程。在基坑开挖的早期阶段，冠顶的水平位移会加速，每个支座的轴向力构造会减慢水平位移的速度。2019年8月中旬基坑挖到设计深度，底板浇筑完成形成刚度后，墙顶顶部水平位移逐渐趋于稳定。其他断面墙顶侧移曲线基本符合车站小里程第1～5段段面侧移曲线的规律。

3.3 地表沉降分析

地表沉降DBC01、02、03、04段面随时间变化曲线如图8所示。

图8 地表沉降DBC01、02、03、04段面随时间变化曲线

由图8可知：沉降曲线程较平缓，基坑开挖前期数值较小，随着基坑开挖深度的不断增加地表沉降量随之加大，地表沉降发生在距基坑3 m处，达-18.11 mm，随着2019年8月中旬基坑挖到设计深度，底板浇筑完成，桩体变形趋于稳定；其他部分的断面沉降曲线基本符合DBC01、02、03、04的段面沉降曲线的规律。

4 结语

综上所述，基坑变形的监测是基坑开挖施工过程中非常重要的部分，也是确保建设项目稳定的重要步骤。在实际操作过程中，施工过程中应分层开挖，开挖后应尽量减少无支撑的暴露时间。支撑架设加固要确保可靠有效，减小地下连续墙变形，施工及支护加固应可靠有效，减少连续地下墙变形，并在施工过程中加强变形监测措施，以确保施工安全；监测技术人员可以构建数学评价模型，对所有监测内容进行科学性分析，最终确定非常客观的评价内容，提升地铁基坑开挖的安全性和可靠性。