地铁车站施工中的深基坑支护监测控制

张海超

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

为了满足大中型城市居民对公共出行服务的要求，我国在现代化城市发展中加大了地铁工程的建设力度，地铁车站工程的规模不断扩大，客观上增加了深基坑施工的难度。由于地铁车站大多地处繁华城市区域，地面交通流量大，地下管线设施复杂，且在工程区域周边存在大量的建筑物，对深基坑施工安全提出了更高要求，支护结构是保证深基坑稳定性和安全性的重要组成部分。因此在地铁车站工程的深基坑施工过程中，应采用动态连续观测的方式加强对深基坑支护的监测控制，及时掌握施工现场土体变形、地下水水位变化、支护结构受力状态等各项数据信息，并通过对监测数据的计算分析及时发现风险隐患，为保证地铁车站工程深基坑施工的质量安全提供可靠的参考依据。

1 某地铁车站工程基本情况

某地铁车站工程为三层结构，均处于地下空间，建筑面积达到了4 万m2以上，其站台中心部分埋深在24.7 m左右。该地铁车站工程在施工中采用了顺筑明挖施工方式，其深基坑的支护结构主要包括混凝土支撑结构、钢管支撑以及地下连续墙。由于该工程区域土层结构较为复杂，地下水水位较高，且周边地区有建筑物存在，因此需要加强对深基坑支护的监测控制，以保证施工的质量安全。

2 深基坑支护施工监测控制布设监测点要点分析

2.1 布设支护结构水平位移监测点

为了监测深基坑围护结构桩顶是否存在水平位移现象，在布设监测点时应在深基坑各边分别设置工作基点2～4个，且其监测点应设置在变形较小的基坑拐角位置。应在观测墩顶部设置整片钢板以及强制对中螺栓，以确保观测设备安装稳定精确。

在深基坑支护结构的结构墙顶处，应通过埋设观测墩设置适当数量的水平位移监测点。布设监测点观测墩时应在支护结构顶部的冠梁上钻进成孔，且应准确控制孔径及孔深，以便进行埋设钢筋和混凝土浇筑作业。应将小棱镜等预埋件埋设于墩顶，且应对小棱镜气泡位置进行调整，以确保其在混凝土浇筑后能够正常开展观测工作。

2.2 布设沉降监测点

为了监测深基坑施工区域周边建筑沉降以及各种地下管线设施情况，在布设监测点时应设置3个以上水准基点，且水准基点应与深基坑坑边相距基坑深度的2～4倍之间。在埋设水准基点时，应选择原状土层或者基岩层，如有密集建筑物存在时，也可以在建筑桩基础上设置基点。为了对支撑立柱的沉降情况进行观测，应选择支撑立柱顶部位置，并通过焊接方式设置监测点[1]。为了准确监测深基坑工程区域的周边建筑沉降，应选择建筑物立柱以及拐角等位置设置监测点，并合理确定监测点的数量。在设置监测点时，应与地面相距20 cm左右，并避免监测点周围有电信盒或雨水管等存在，以免影响观测，同时应与墙面保持适当间距。

2.3 布设深层位移监测点

为了监测深基坑围护结构是否存在深层水平位移现象，在布设监测点时应选择深基坑边中部且存在较大变形风险、具有较强典型性代表性的位置作为监测点，合理确定监测点的数量。埋设测斜管时，可以根据实际情况采用钻孔或绑扎等方式。在对深基坑工程已完成施工的地下连续墙以及围护桩等支护结构进行监测时，可以采用钻孔埋设方式。埋设时应在连续墙或者围护桩上钻进成孔，且应准确控制孔径以及孔深。在确定钻孔质量符合埋设要求后，应向孔内放入测斜管，并用细沙对钻孔和测斜管缝隙进行回填，测斜管凹槽应垂直于深基坑边缘[2]。在对深基坑挡墙结构的深层水平位移进行监测时，应采用绑扎埋设方式设置测斜管，一般选择挡墙钢筋笼固定测斜管，且绑扎测斜管时应将其间距控制在1.5 m以内，固定牢固后浇筑混凝土。

2.4 布设轴力监测点

为了监测深基坑支护结构轴力，在布设监测点时应选择有较强代表性和典型的钢支撑以及混凝土支撑结构点位。一般应在混凝土支撑结构的四个角分别设置监测点，在钢支撑上设置监测点时则应采取交错布置方式，分别在其上下层设置轴力监测点。为保证轴力监测数据的准确性，应合理确定监测点的设置数量。

2.5 布设地下水水位监测点

为了监测深基坑施工区域地下水水位变化，在布设监测点时应结合工程区域的地质水文资料合理选择测点位置。一般应在临近深基坑外侧、含水量较大以及渗水性比较强的位置设置监测点。监测管应与深基坑边保持平行，且间距应控制在20～30 m左右。在埋设水位监测管时应选择PVC等材质，且应准确控制管径，并用土工布将主管包裹固定。还应在水位监测管埋设时设置底盖以及顶盖，避免管内有杂物进入。完成成孔作业后进行通水监测，确认成孔质量符合监测要求后，间隔24 h再开展水位监测工作。

3 深基坑支护结构的监测控制方法分析

3.1 监测支护结构水位位移方法

围护结构墙顶部的水位位移是变形监测工作中的重点内容之一，监测时应合理配置人员设备，并按照确定的固定线路在有利时间段开展观测工作。在监测过程中，可以根据实际情况采用极坐标法、偏角法以及其他观测方法对深基坑支护结构的水平位移进行测量。在观测基点以及工作基点时可以采用回光电测距和方向观测方法，且应进行两测回[3]。

根据建网平差结果确定坐标系，一般可以将与深基坑相互垂直方向分别设定为坐标系的横纵轴，并对坐标系内各基点的初始坐标加以测定。在后续的观测中还应随时检验其稳定性，以确保监测数据的准确性。在初次观测时，应以各工作基点为出发点开展对通视范围内各水平位移测点的测量，且应分别进行一测回的方向观测。在不同的基准点应分别对所有水平位移测点进行2次以上的观测，以完成建网平差以及初始坐标的确定。在日常的监测工作中，可以采用自动连续测量方式通过极坐标法观测相距较近测点的坐标值，对存在施工阻挡或相距较远的测点则可以根据与初始坐标值的对比结果确定其水平位移数据。

3.2 监测沉降方法

在深基坑工程的施工过程中，工程区域周边建筑的沉降、地表沉降以及工程范围内的地下管线设施也是影响支护结构稳定性的重要因素，因此应通过几何水准法等监测方法对其进行监测。在实际监测时先进行水准路线的布设，其前后视距差精度应达到国家二级水准要求，按照人员、路线以及仪器固定的基本监测要求开展观测工作。测量水准时应按照事先确定的水准路线依次对各测站进行测量。

在观测前应注意复核基准点的精度，确认高程基点位置准确无误后再开始进行现场水准测量。监测人员还应在观测前对观测仪器进行检校，以确保其精度能够达到相关技术规范的要求。完成观测后，应详细记录各项观测数据，并利用专业软件系统完成对原始监测数据的平差处理以及对各点沉降值、高程以及累计沉降量等参数的计算分析，绘制变形曲线图以及监测报表，作为深基坑支护结构稳定性判断依据。

3.3 监测支护结构深层水位位移的方法

在监测深基坑支护结构的深层水平位移情况时，可以利用测斜仪等监测仪器，其能够对深基坑围护结构的深层水平位移进行精确测量。根据不同的传感元件，可以将测斜仪分成不同的类型，监测时应根据地铁车站施工以及深基坑支护结构的实际情况选择相应的仪器类型。通常测斜仪主要包括测斜管、测读仪以及测斜仪等组成部分，在实际测量时应在深基坑的支护桩、挡墙以及土体内分别埋设测斜管，通过测斜管将测斜仪伸入到待测目标内，此时可以根据引出线的瞬时水平位移量确定待测目标的深层水平位移量，为判断深基坑支护结构的稳定性以及是否发生变形等情况提供可靠的参考依据。

3.4 监测支护结构内力的方法

在测量深基坑支护结构的受力情况时，应分别对其支撑轴力、应力应变以及弯矩进行测量分析。轴力是本次地铁车站工程深基坑施工中影响支护结构稳定性的主要因素，因此应重点对其进行监测。监测时应利用振弦式钢筋计等测定混凝土支撑结构的轴力，并通过反力计对钢支撑结构轴力进行测量。在实际测量时应将钢筋计分别设置于钢筋笼的四角，且应保持四角在同一截面内，分别读数并取平均值，确定混凝土支撑结构的轴力。设置反力计时应采取交错布置方式将反力计分别设置于上下钢支撑上，确保监测结果准确。

3.5 监测地下水水位变化的方法

在监测地下水水位时，可以利用干钢尺对观测井内的水位进行测量。观测井应选择水位相对较高的点位，并直接插入干钢尺，通过测定湿迹以及管顶高程对地下水水位进行计算。在观测时应注意合理选择钢尺长度，确保长于孔口和地下水位的高差，以保证观测的顺利进行，也可以采用测管对地下水水位进行测量。测量时应向水位管内放入测头，并根据钢尺电缆读数确定水位高程。测量时应重复4次且读数差应在4 mm以内，取4次读数的平均值作为判断深基坑支护稳定性的参考依据，以控制测量误差。

4 结语

在地铁车站工程的深基坑施工过程中，为了保证其支护结构的稳定性和安全性，应合理布设监测点，并采取科学的监测方法，以实现对深基坑施工全过程的动态连续监测。准确掌握各项影响支护结构稳定性的因素变化情况，为深基坑的安全施工提供客观全面的参考依据，为地铁车站工程建设的顺利实施奠定良好的基础，推动我国地铁工程建设的健康发展。