轨道交通车站主体工程的基坑监测

张利伟

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

深基坑工程具有技术难度高，风险大的特点，为预防地铁车站深基坑施工事故的发生，保证施工安全，对地铁工程基坑监测工作尤为重要。农业东路站为5号线第10座车站，为地下三层三跨箱型框架结构岛式车站。地质勘探结果显示该工程55 m左右以上地基土均属第四系(Q)沉积地层，强度较低，高压缩性，孔隙比较高。如果基坑开挖不当，就会出线较大变形，为基坑施工带来风险。地下连续墙支护结构产生的变形比较大，通过对变形数据统计，找到了基础变形特性[1]，为今后工程施工提供了有效的参考和指导。

1 工程概述

农业东路站为5号线第10座车站，为地下三层三跨箱型框架结构岛式车站。车站设置在农业东路与祭城路交叉口处，跨农业东路设置。车站中心里程为YDK12+546.475，车站总长170.2 m，站台宽13 m，有效站台长度140 m，标准段宽22.30 m；中心里程处顶板覆土4.0 m，主体结构标准段基坑宽22.3 m，深约24.2 m，盾构井段基坑宽26.5 m，深约25.7 m。

农业东路站地貌单元为黄河冲洪积平原和地貌单元为山前洪积缓倾平原地貌。整体场地内地势较平坦，地面高程在87.06～96.34 m之间，地表除1.5 m厚的杂填土外，组成物基本为粘质粉土、粉质粘土、粉细砂、细砂，具体地质情况见农业东路站工程地质特征(见表1)。

表1 农业东路站工程地质特征表

农业东路站所处位置范围内没有河流经过，地表水主要来自大气降水，降落后的雨水沿地面地势低处流入路侧排水沟。地下水位，根据勘察资料第一层地下水稳定水位埋深为10.2～11.8 m，高程为77.54～79.25 m，变幅1～2 m。据调查场地近3～5年地下水埋深为7.5～9.1 m，平均值为5.77 m，标高为87 m，根据钻探揭示的地层结构特征，地下水类型主要为孔隙潜水。

根据本工程的水文地质条件和工程地质条件，场地范围内分布的粉土、砂土间无稳定的隔水层，相互间水力联系较好。

2 基坑变形特性分析

2.1 墙体水平位移

2.1.1 监测点布设

测点沿基坑四周围护桩顶或基坑边坡顶按间距20 m布置(按四舍五入原则计)。选择布设在基坑阳角部位、周边临近重要建(构)筑物部位、基坑长边中部、周边存在重要管线或周边地面荷载较大部位。尽量布设在与水平位移和沉降监测同一部位，本站共布置测点33个。

2.1.2 观测方法

用模拟测头检查测斜管导槽，测斜测读仪开机预热稳定，将测头导轮插入测斜管导槽内，缓慢地下放至管底，然后从下到上，每隔0.5 m测量一次，并对测量数据详细记录[2]。为后期施工提供更加真实有效的数据。

2.1.3 数据处理及分析

围护结构变形观测的基准点通常选定在测斜管的底部。设定测斜管的底部为稳定点，若围护结构出现变形，轴线就会形成挠度，通过高精度测斜仪对轴线的倾角详细测量，从而确定水平位移值。设基准点为O点，坐标为(X0，Y0)，测斜管轴线各测点的平面坐标需由以式(1)与式(2)确定。

(1)

(2)

公式(1)和(2)中，α表示倾斜角；L测斜仪标距，m；f表示测斜仪率定常数；Δεxi表示X方向第i段正、反测应变读数差之半；Δεyi表示Y方向第i段正、反测应变读数差之半。每一测段两个方向的倾角都需进行正、反两次量测，确保消除量测装置零漂移引起的误差[3]。

2.1.4 墙体最大水平位移统计分析

在基坑检测中总共布置了33个监测点，最大水平变形进行统计，统计结果(见图1)

图1 ZQT水平位移时程曲线图(纵向单位：m,横向单位：mm)

从上图可以明显的看出，从2016年5月2号早上9点开始，ZQT-04、ZQT-05这两个测斜孔，在12～18 m位置处发生较大的位移。分析原因可能为受地下水下降，大量泥沙流失的影响，导致土体发生重大位移[4]。桩体水平位移累计变化量为±30 mm，变化速率为±2 mm/D。

2.1.5 墙体水平位移分析

从基坑检测结果中可以看出，实测墙体水平位移略大于理论计算位移，该车站基坑大部分变形都超过基坑监测控制变形要求，最大位移发生在12～18 m位置处大约为50 mm[5]。

大部分墙体水平位移发生在坑底以下4 m的范围内，需及时对基坑底部进行加固处理，以抵抗不均匀沉降变形。导致基坑变形最大的原因是支架架设不及时、预加轴力没有按照图纸要求及时补加等。

2.2 墙后地表沉降

2.2.1 监测点布设

沿基坑周边布设，点距20 m，共布置地表测点108个；车站设置17个监测断面，其中一般性监测断面14个，控制性监测断面3个；一般性监测断面基坑单侧布置测点3排，测点距基坑边缘距离分别为2 m、7 m、12 m；控制性监测断面基坑单侧布置测点5排，测点距基坑边缘距离分别为2 m、7 m、12 m、22 m、32 m[6]。

2.2.2 观测方法

采用几何水准测量方法对周边地表进行沉降监测，同时采用电子水准仪进行观测。观测注意要点事项及其技术要求与围护桩顶沉降监测相关要求一致。

2.2.3 各测点时程曲线

各测点时程曲线如图2所示。

图2 各测点时程曲线图(单位：mm)

由上图可以看到，地表沉降各测点在5月2号发生显著的下沉，从5月4号2∶30后，可以看到各测点沉降量趋于平缓。立柱沉降整体趋于抬升的趋势[7]。

2.2.4 地表沉降分布特征

基坑墙后地表沉降具有明显的空间效应，墙后地表沉降影响距离分布具体情况如图3所示：

图3 墙后地表沉降影响距离分布图

图3中，d表示围护结构的水平距离，H表示基坑的开挖深度，通过图3可以看出，围护结构外侧地表沉降影响范围约为4.0H[8]。地表沉降累计变化量为±36 mm，变化速率为±3 mm/D。

3 处理措施

农业东路站2016年5月2日现场工d况：基坑东端头井中板结构施工，标准段：15～18轴中板结构施工，13～14轴底板浇筑完成，11～12轴底板防水施工，4～11轴土方开挖，基坑南侧10～8轴位置有土方堆载，上午10时55分巡查时发现基坑地连墙墙体漏水，查看具体情况发现在位于基坑10轴下方约19.9 m处地连墙墙体出现长约110 cm×56 cm的墙体裂缝，观察裂缝具体情况属地连墙接缝处，同时采取堵漏施工，施工监测加强监测[9]。在下午14时30分在裂缝上方约2 m处也出现漏水情况，并有加剧趋势，基坑南侧9～10轴地表出现裂缝，施工单位清理基坑南侧土方堆载并加快堵漏施工。2016年5月3日19时，基坑南侧8～10轴位置地表塌陷，面积约为25 m×15 m。

针对上述变形形成的原因，本工程采取了如下措施，有效保证了施工质量：(1)按照工程开挖变形情况，合理修正开挖方式，由最先的盆式分层开挖调整为水平开挖方式，对支撑处采用开槽开挖一并架设支撑；(2)及时增加施工底板垫层厚度，以增加被动抗力，同时防止对地下连续墙“踢脚”的损坏；(3)增加观测次数，加强对变形的监测，依据监测结果实施信息法施工[10]。经采取上述调整土方开挖方式、及时架设支撑，底板垫层厚度由20 cm增至30 cm等措施，基坑得以顺利开挖完成。对于局部变形较大及侵限的地段，经设计单位核准，减少了主体结构的侧墙厚度，符合结构标准要求。

4 结 语

综上所述，通过对郑州市轨道交通5号线农业东路基坑沉降进行统计分析，并对墙体最大水平位移和地面沉降进行研究，得出以下几点结论：(1)受到地质条件的影响，该工程基础墙体水平位移和地面沉降沉降位移的变化都比较大，墙体最大水平位移约为50 mm，地表沉降最大水平为487.4 mm。(2)不同软土地区，墙体最大地表沉降，一般小于墙体最大水平位移。(3)为控制基坑变形，需要及时施工底板垫层并增加底板垫层厚度，以增加被动抗力。由盆式分层开挖及时调整为水平开挖方式，支撑处采用开槽开挖并同时架设支撑。