常州地铁软土明挖深基坑变形监测及数据分析

胡新业

(常州市中元建设工程勘察院有限公司，江苏 常州 213000)

常州地铁1号线已于2019年9月21日开通运营，它是江苏省常州市建设的第一条地铁线路，该地铁在施工过程中遇到了多项软土明挖基坑变形监测的难题。常州市地处长江下游三角洲苏南平原，北临长江，南濒太湖，境内有众多湖塘分布，地表水系极为发达。湖塘填埋区及一级阶地土质较软弱，在基坑开挖过程中由于受到施工环境、荷载条件的影响，势必会引起周围土层的变形[1]。为保障工程的顺利实施，避免坍塌事故的发生，必须加强基坑的变形监测以及对监测数据的分析。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

常州地铁1号线一期工程总长为34.237 km，河海站为双层双跨箱型框架结构、地下二层三跨岛式车站，主体结构呈南北走向。车站基坑呈条形，基坑南北总长158 m，净宽21.1 m，平均深度约为16.4 m，车站顶板上覆土厚约2.20 m，场区地下埋设有多种管道和管沟，如热力管线、自来水管线、电缆、燃气管道、光缆等障碍物。本车站开挖工作井深度约为16.8 m，采用800 mm地下连续墙围护结构。考虑到地形位置的局限性，本车站施工利用明挖顺作法，采用砼支撑和钢支撑的混合支撑型式进行开挖，安全等级设为一级，因此对车站基坑变形控制要求非常高。

1.2 工程地质

根据外业全断面钻探取样和室内土工试验，剔除个别差异较大的指标，同时按照地质剖面和对收集到的区域地质资料进行综合分析，拟建场地地基土按成因类型和岩土工程特性划分成15个单元层、3个亚单元层。各层土的分布、岩性特点以及物理力学指标详见勘察报告中的“物理力学指标统计表”。本次钻探控制最大深度为43.50 m，从钻探情况看，场地大都是由长江冲积而成的沉积土层，且很多地段为湖塘填埋区，沉积土层由于被河流切割，淤积了以淤泥质粉质黏土为主的不等厚度的一级阶地较软弱的土质[2]。

1.3 水文地质

拟建基坑的场地处于长江下游冲积平原地带，原地面沟塘比较多，很多为湖塘填埋区，因此地下水埋深比较浅。钻探期间测得钻孔内综合稳定地下水位埋深为3.50～4.00 m，场地地下水主要为承压水，水量丰富，主要为大运河水和长江水的地下侧向径流补给。通过对钻孔内采集混合水样作水质分析，来了解场区内地下水的腐蚀性。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)的有关的评价标准，场地地下水对混凝土结构具有微～弱腐蚀性，场地地下水对混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，综合评价为该场地地下水对建筑材料具有弱腐蚀性[3]。

2 监测实施

2.1 监测控制网的布设

在远离基坑50 m开外的、通视良好、地基稳定且能长期保存的地方或楼顶布设平面和高程控制点，控制点位应方便进行重复测量。本基坑监测项目一共布设6个平面和高程控制点。依据附近国家基准点并严格按照规范要求进行施测，控制点每2个月应复测一次。控制点埋设示意图如图1所示。

图1 控制点埋设示意图(单位：cm)

2.2 现场监测点位(孔)布设情况

综合考虑本基坑的施工特点以及设计要求，同时参照现场地质条件等因素来布设监测点。本基坑的监测内容主要有：①地下连续墙顶水平位移和沉降监测，在基坑连续墙顶上一共布设18个监测点，水平位移观测基准点可与沉降基准点共用，每个监测点之间间隔20 m；②混凝土内支撑梁和钢管支撑梁的轴力测试，一共选择18根轴力计和8组钢筋计、9个监测断面进行轴力监测；③周边地面和建筑物沉降监测，在开挖基坑周边稳定地带共布置32个建筑物和地面沉降监测点；④围护结构变形监测，为了掌握基坑侧壁的不同侧向变形情况，通过支撑梁的内力和基坑位移监测来了解基坑的稳定情况，测斜监测点布设在基坑围护结构的各边跨跨中，监测对象为选定的5个护坡桩、19个测斜孔[4]。本基坑的所有监测点布设见图2所示，轴力测试横断面如图3所示。

图2 基坑监测点埋设平面图(单位：mm)

图3 围护结构横断面设计图

2.3 围护桩顶部水平位移监测

(1)观测方法。为了掌握基坑开挖过程中在水平方向上的位移情况，需要进行围护桩顶部的水平位移监测，它是施工监测的一项重要内容。监测仪器通常选用高精度全站仪、测量机器人(如徕卡ts60全站仪)，通过正倒镜取平均值的方法测量每个监测点的绝对坐标。监测点应布设在施测容易、受现场环境条件限制少的地方，对比每一期的数据从而得出水平位移变化值[5]。

(2)监测频率。基坑开挖施工期间需要每天监测两次，随时掌握基坑的变形情况；基坑底板浇筑后需要每周监测两次；在冠梁(钢筋混凝土连续梁)浇筑时埋设监测点，凝固后即进行首次观测作为初始值，联测已知控制点得出每个监测点的绝对坐标值，以后每隔一周监测一次，直至车站主体全部完工。

2.4 基坑周围地表沉降监测

(1)观测方法。利用精度高于±1 mm/km的水准仪(DS1、DS05)配合因瓦尺按照不等距几何水准的方法进行基坑周围地表沉降监测，每次观测前应首先对水准仪和因瓦尺进行检验，水准仪的i角应保证不大于±5 s；观测时从基准点起测，视线高度应大于0.2 m，视线长度小于50 m，后视照准读数两次，基辅高差值小于±0.7 mm，最后将观测值编制成沉降监测成果表。

(2)监测频率。基坑开挖前的一周进行首次观测，并记录下初始值；基坑开挖过程中每隔一天监测一次；底板浇筑后主体结构完成之前需每周监测两次。

3 基坑变形监测数据分析

根据常州地铁1号线河海站基坑的施工进度安排，项目组在2016年5月至2017年3月期间一共开展了数个频次的监测，现选择基坑周围建筑物沉降监测和围护体顶部水平位移监测的数据进行分析。

3.1 基坑周围建筑物沉降监测数据分析

项目组于2016年5月4日对周边建筑物进行首次沉降观测，自最后一段顶板在2017年1月3日浇筑完成，并于2017年3月5日最后一次监测完毕，历时302 d，共计观测12个监测频次，图4为周边建筑物沉降变化历时折线图。从图4可以看出，随着开挖的进行，周围建筑物沉降量逐渐增加，累计沉降量最大值为-9.17 mm，沉降速率为-0.03012 mm/d，累计沉降量最小值为-0.03 mm，沉降速率为-0.00006 mm/d，在开挖后期，基坑底板强度形成，周围建筑物沉降量趋于稳定，整个过程的沉降量均在控制范围内[6]。

图4 周边建筑物沉降变化历时曲线

3.2 围护体顶部水平位移监测

项目组于2016年5月21日对围护体顶部进行首次水平位移监测，并于2017年1月19日最后一次监测完毕，历时243 d，共计观测9个监测频次，图5为围护体顶部水平位移变化历时曲线。从图5看出，随着开挖的进行，围护体顶部水平位移量逐渐增加，位移量最大值为3.78 mm，位移量最小值为-0.27 mm，在开挖后期，基坑底板强度形成，围护体顶部水平位移趋于稳定，整个过程的变化量均在可控范围内[7]。

图5 围护体顶部水平位移变化历时曲线

4 结语

通过现场监测以及对实测数据的分析，得到以下几点结论：

(1)常州地铁1号线河海站软土明挖深基坑工程开挖过程对周边及坑底土体变形影响比较明显。由于在施工过程中采取精细组织、突出重点、分段施工的有效手段，本基坑的周边环境变形值以及所有围护体系都处在正常监测控制标准的范围内。同时依据工程类别和结构形式，并参照《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497—2009)，通过科学的监测，表明本项目的软土基坑处于可控制的稳定状态下。

(2)基坑的开挖应严格按照“时空效应”原理进行科学安排，这样不但能保证基坑的稳定，同时还能保证周围环境的安全。

(3)全面实施信息化施工的手段，密切关注基坑本身变形和其影响范围内的周边环境安全，保障工程的顺利实施。