上海14号线云山路站深基坑开挖施工监测分析

牛玉龙

上海广联环境岩土工程股份有限公司 上海 201900

引言

当前我国的城市化进程速度较快，城市的人口数量也在快速增长，给城市的交通系统带了较大的压力，城市交通拥堵现象日益严重。为了满足快速增长的城市交通需求，需要提高城市交通系统的承载能力，因此轨道交通建设得到快速发展，伴随着地铁基础建设发展，深基坑工程越来越多，这样对基坑支护及周围沉降控制技术提出更高的要求。北京15号线建设过程中发生过深基坑钢支撑脱落，10号线苏州街站发生过塌方，深圳也发生过5.11基坑坍塌，这样事故都让工程建设人员对基坑的稳定性高度重视。基坑监测是掌握基坑维护结构及周围土体变形的重要手段，设计有效的监测方法及控制措施是保证基坑施工安全的重要手段。

1 主要变形监测方法介绍

对于围护结构桩顶水平位移监测一般采用极坐标法、小角法、视准线法等。在极坐标法中，主要的操作要点如下所述：一是将各测点设置在压顶梁上，将基准点设置在基坑开挖深度5倍距离以外的稳定地方。二是测站点必须有强制对中装置，三是采用双测站观测，取中数使用。四是观测方法采用水平角观测法，水平角观测和边长观测均由全站仪自动完成并记录。

同时还可以采用小角度法，在该方法中基准线应按平行于待测的建筑物边线布置，设置在基坑开挖深度5倍距离以外的稳定地方。要根据观测过程中的误差值确定角度观测的精度与测回数；测量距离的精度达到万分之一。同时该方法在应用的过程中，主要技术要求应符合下列规定：一是视准线两端延长线外，宜设立校核基准点。二是视准线应离开障碍物1m以上，三是各测点离开视准线的距离小角角度不应超过30″。四是基准点、校核基准点，均应采用有强制对中装置的观测墩。对于小角度法作业方法：在指定的水平位移监测控制点布设全站仪[1]，准确整平对中，将另一端的水平位移监测控制点看成起始方向，通过相应的方法测量出偏离夹角，将测站点到达后视监测控制点的距离与测出角值当作计算变量，可以测算出监测点沿垂直起始方向的距离，干扰测量精度的主要因素是测角误差，比如，设备对中误差、瞄准误差等。视准线法和小角法非常依赖于设备，在大气遮光等因素影响下，会干扰观测精度，要了解各种检测方法的优缺点、使用范围，对比检测精度。

2 基坑变形监测实例

2.1 工程概况

2.1.1 车站基本概况。上海轨道交通14号线是一条东西向的市区级的轨道交通线路，云山路站为14号线工程中间站，车站中心里程CK30+211.755。主体在浦东新区云山路下方，张杨路北侧。该段云山路红线宽40～45m，张杨路道路规划红线宽度为60m。云山路道路两侧预留有10m宽的绿化带。张杨路车流大。车站为地下三层岛式双柱三跨车站，有效站台宽度13m，车站规模204.4m×20.64m（内净），开挖深度约为24.75m。车站共设4个出入口。

2.1.2 工程水文地质条件。本车站主体基本位于云山路的机动车道、非机动车道和人行道上车道中央，场地路基应为人工填土且已进行地基处理。场地西南侧出入口填土较深，主要以素填土为主，夹少量石子、砖头，部分填土为浜填土，含有贝壳碎屑和黑色腐殖物，局部填土较深，最深处约4.1m。厚填土所在位置在主体基坑范围之外，对主体基坑没有影响。浅部黏性土层中的潜水：勘察期间测得潜水稳定水位埋深为0.7～1.6m（2014.11月补勘期间测得的稳定水位约为1.3～1.8m）。潜水水位主要受潮汐、降水量、季节、气候等因素影响而变化。同时，工程沿线揭示的承压水分布于⑦层和⑨层粉砂中。⑦层是上海地区第一承压含水层，场区内揭示的顶板埋深为30m、顶板标高为-25.78m；⑨层是上海地区第二承压含水层，场区内揭示的顶板埋深为63.5m、顶板标高为-59.49m。承压水水位随季节呈幅度不等的周期性变化，根据上海地区长期水位观测经验及区域资料，承压水位埋深一般为3～12m。

2.1.3 监测要点分析。在该工程中，车站开挖深度较大（达24.75m），属大、深基坑，属本工程重大危险源，自身变形会较大，应密切关注其变形。其次是东侧的云山星座苑离基坑最近处约为13m，在1倍基坑开挖深度影响范围内，对其变形要给予足够的重视；基坑附近建筑物在1～2倍基坑开挖深度影响范围内，基坑开挖过程中应关注其变形。再次是基坑东侧管线由远及近依次为10孔电力排管、DN250天然气管、DN500上水管、DN300污水管、DN100雨水管，距基坑距离为8.5m～15m为本工程重大风险源，密切关注其变形；西侧由远及近依次为18孔上话、28孔信息管线，关注其变形。

2.2 基坑监测点布置

要参考工程规模大小、施工工艺、地质条件等多方面因素设置监测内容。尽可能降低监测成本，按照工程施工的规律，选择最佳的监测方式，科学设置监测项目。此次主要监测内容包括车站周边环境的周边建构筑物、周边地下管线垂直位移以及坑周地表沉降。针对车站围护体系，主要监测内容有围护墙侧向变形（测斜）、支撑轴力、地下水位、墙顶沉降及水平位移、立柱隆沉。对于基坑监测方案及测点布置原则如表1所示。

表1 车站及基坑监测点布设原则

2.3 监测方法

沉降监测采用等级水准点（一般为深标和浅标各1个），采取绝对高程，在基坑周围合理范围内布设三个参照点，搭建水准测量监测网，借助水准仪进行引测，并符合水准测量规范标准。历次沉降变形监测要在高程基准点之间联测附和水准线路，再测出全部监测点的高程。在施工前，要测好各监测点的高程，重复进行测量，取平均值，减小测量误差。此次数值减上次数值得到的差值是本次沉降量，若减初始数值得到的差值是积累沉降量。

监测围护结构桩顶水平位移的方法包括小角法、极坐标法、视准线法等。对于土体、墙体深层水平位移监测仪器采用CX-06A型，传感器分辨率为±0.02mm/8″。地下水位观测设备采用钢尺水位计，观测精度为±3mm。

2.4 报警值设置

按照检测项目特点和监测等级，各监测项目报警值设置如下表2。

表2 车站基坑监测报警值

2.5 监测数据总结

根据基坑东侧地表断面点累计变化量，绘制基坑东侧地表断面点累计变化曲线，同样根据不同布设点的监测数据最终绘制了基坑周边地表断面特征点累计变化曲线、上水管线监测点累计变化曲线、燃气管线监测点累计变化曲线、污水管线监测点累计变化曲线、电力管线监测点累计变化曲线、标准段CX3累计变化曲线、标准段CX9累计变化曲线 、标准段 CX12累计变化曲线等。

最终本工程监测数据总结如下：

2.5.1 基坑在开挖过程中，受土方卸载及周边车辆动荷载影响较大，基坑及周边环境总体变形多数超出警戒值。出土过程中，开挖区域对应的测点日变量多次预警。

2.5.2 相比于南端头井的支撑采用伺服系统，主体基坑采用常规支撑做法，导致测斜累计变化远远大于南端头井整体变化量，说明合理改进或采用有效的施工工艺，可减小对基坑结构自身形变量，减小基坑施工对周边环境的影响，确保环境安全。

2.5.3 垫层及底板浇筑后，基坑及其周边环境的变化趋势明显放缓，可见垫层及底板的及时浇筑对控制基坑变形降低施工风险有重要意义。

2.5.4 由于基坑结构施工工期较长，导致其周边环境在此阶段的累计变化量较大，建议总包单位能够合理安排施工时间，缩短施工周期，减小环境影响。

2.5.5 从最近几次的监测数据来看，周边环境变化较小，基坑结构稳定无异常。

3 结束语

随着城市建设的发展，地下结构工程施工更加复杂，通过开挖基坑的施工方式，可以有效改变地层原始应力情况，导致附近土体的移动，会对基坑周围的道路、市政管线及城市建构筑物的安全造成影响。同时对基坑施工的自身安全也带来一定的影响，本文所分析的上海14号线云山路站深基坑开挖施工监测方法，在其他城市地铁系统的建设过程中可以加以应用。