地铁车站施工中的深基坑支护监测控制

沙原亭

（廊坊市中铁物探勘察有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

在地铁车站的施工过程当中，整个深基坑支护项目承载着地铁车站的稳定性和安全性，而对地铁站施工深基坑支护进行监测控制是保障整个工程安全可靠的重要依据，同时对于掌握支护结构周边土体变形以及地下水位的变化和支护结构受力状态也有着积极的参考作用。

另外，整个监测过程当中还可以通过对监测数据的分析，及时发现安全隐患，并采取措施应对。但在此过程当中，只有采用科学合理的监测控制，才能达到信息化施工的目的，最终实现地铁站施工安全质量的提升。

以天津地铁某在建车站为依据，详述在地铁车站深基坑开挖过程中监测对安全生产的控制作用。

1 工程概况

天津地铁某在建车站总长248.49m，车站纵向由小里程向大里程为2‰ 上坡，车站范围正线线间距15.7m。

岛式站台车站，有效站台宽度12.5m，本站工筹为大里程盾构始发站。

同时，主体结构标准段总宽度为21.6m，标准段为地下两层双柱三跨矩形框架结构，站台中心线处底板底埋深约16.774m。本站设置四组风亭以及两个出入囗。

车站主体采用明挖顺法施工，围护结构采用800mm 厚钢筋混凝土连续墙+内支撑的形式。车站标准段总宽度为21.6m，基坑深为16.774m；大里程盾构井段宽26.2m 基坑深约18.407m[1]。

2 地铁车站施工中的深基坑支护监测重点

2.1 围护结构位移监测

在支护工程中围护结构的作用非常明显也非常关键。因此，必须要做好其位移与沉降的监测，方能保证其功能的稳定，并充分发挥突出的挡土、止水作用。在进行围护结构位移与沉降监测时，应结合地铁站施工实际情况，根据支护中所在区域实际综合设置监测点，整个监测点的布置以坐标法为基础、以高精度全站仪为支持、以调整软件数据指标为参考，经过综合对比分析确定坐标。

该案例车站围护结构顶水平位移采用坐标法，在实际监测过程各种最大变化量为11.7mm；在施工过程中结合不同的施工工况并根据监测数据对施工方施工工序提出了合理化建议，此监测项目控制值均在设计要求范围之内（见图1）。

图1 围护结构顶部水平位移变化历时曲线

2.2 围护结构隆沉监测

案例中的地铁车站位于城中心，施工范围内不仅拥有复杂的地下管线铺设，且周边建筑较为密集。围护结构在土方开挖过程中受到开挖卸载影响，产生一定程度的隆起。当隆起量过大时，容易造成基坑支护体系的失稳现象或者发生基底突涌的可能，故应采用精密水准的方法加强对围护结构隆沉的监测。

经最终统计，围护结构顶部隆沉变化最大为14.81mm（ZQC-02），虽然其在控制范围之内，但可看出此监测项目已经表现出较为明显的隆起变化，并已经接近20mm 的设计控制值；从历时曲线图1 上也可看出，此监测项目所有测点基本均表现出隆起的趋势，如在施工过程无监测控制，则极其容易出现由于不了解围护结构变化趋势无法及时调整施工工序或采取措施而导致的基坑失稳现象[2]。

2.3 深层水平位移监测

围护结构深层水平位移的监测是为了保证支护结构基础的稳定性，从而在不受任何应力的影响下良好地发挥出其支撑作用。整个监测过程首先要进行的就是测斜管埋设，测斜管由两组纵向导槽组成，埋设过程中方向尤为重要，一组导向槽的埋设方向保持垂直于基坑边缘，而另一组导向槽的埋设方向则需要平行于基坑形成90o角，从而实现对测控方向的掌握。

该案例中围护结构水平位移共计布设20 组，在基坑开挖过程20 组监测数据均有与施工工况较为贴合的变化趋势并存在部分水平位移值超控制值而出现的监测预警发生。

由右侧深层水平位移变化曲线图2 可知，在基坑开挖过程，基坑围护结构受到基坑内土方开挖、基坑外侧水、土合力影响均表现出较为明显的向基坑内方向位移的趋势。在实际操作过程，ZQT-05、ZQT-06、ZQT-07 此3 个监测孔均超出了设计控制值（30mm），发出黄色、橙色等不同级别监测预警。

图2 深层水平位移曲线图

经分析，围护结构发生明显位移并部分监测位置超出控制值的原因主要是受在开挖过程钢支撑架设滞后的影响；受现场条件所限，部分钢支撑架设无法满足设计提出的在开挖到响应位置后8 小时内完成响应钢支撑架设的要求，从而导致了部分测点累计变化的超标情况。后经参加各方共同探讨，施工单位调整了施工工序，基本满足了设计要求的先撑后挖，围护结构变形也得到了有效控制[3]。

2.4 支撑内力监测

支撑内力的分布对于支护施工作用的发挥有着非常明显的影响，对其应力进行监测分析才能够避免支护结构受到内力的影响而产生变形造成稳定性下降。本地铁站施工支护结构钢管支撑是手段之一，因此支撑轴力应作为重点监测对象。监测过程以振弦式钢筋计为主测量手法，反力计为验证手法。测量布设时钢筋计应保持在同一截面内形成四角测量，通过对其数值的读取确定轴力，在反力计设置时为确保准确监测应使其置于上下钢支撑（见图3）。

图3 支撑轴力值历时曲线图

该地铁车站土建施工阶段基本自春季开始中间经历夏季高温最终至秋季基本结束施工，在施工过程中支撑轴力随开挖影响以及围护结构向基坑内变形挤压，表现出一定程度的变化，但整体在可控范围之内。从支撑轴力值曲线看到支撑轴力有一定程度的波动，主要是受到气温变化的影响。由于支撑体系、监测元器件均为钢质材料，受热胀冷缩影响相对明显，故在分析监测数据时应综合考虑外界因素影响。

2.5 基坑外水位监测

该地铁站施工作业面位于地下受地下水位影响较为明显，在施工过程采用基坑内降水的方式以满足基坑开挖（见图4）。因此，应根据工程实际加强对基坑周边水位监测以综合判断基坑围护结构的止水效果，有明显水位变化时及时采取措施避免出现漏水事故影响周边环境稳定。监测过程当中可以选择干钢尺为主要测量工具，也可以选择电子水位计进行监测。测量时观测井的选择应该在水位相较高的点位，在水位管内放入测头读取水位高程。应重复测量4 次以上且保持读数差在4mm 以内才能够避免明显误差产生，并选择监测的平均值来判断支护稳定性。

图4 地下水位变化历时曲线图

该案例车站在开挖之前进行了降水试验，后经专家根据降水试验数据进行论证确定周边水位控制值为±3000mm。在工程实际实施过程，由于及坑内水位降水影响，第二层承压水在深度范围内存在一定程度水力联系表现出响应的降低趋势，与降水试验结果吻合；其他各层地下水位未表现出异常变化，综合判断围护结构止水效果较好，达到了预期目的。

3 地铁车站施工中的深基坑支护监测控制策略

3.1 根据工程实际，布设监测点

监测点的布设直接影响到监测结果的准确性和覆盖性，所以为实现对深基坑支护监测的有效控制在进行监测点布置时，一定要根据工程实际选用科学方法进行布设。无论是监测项目类型的选择还是数量的确定都要进行综合考虑，以实际施工为基础，结合施工地质条件以及整体设计要求和工程实现目标进行科学布设。监测点的布设过程当中还应该结合时间和空间条件以保证有效的物理变化量控制，通过对其内在联系的确定实现监测变化规律的印证。

3.2 选择监测方法，确定监测频率

多种监测方法的选择能够提供合理的参考，并对其他监测结果进行适当补充、印证。通过综合监测方法数据的结合方能确保施工质量、完善施工进程。因此，在进行监测方法的选择时可以以前视固定点为基准形成测量基线，选用全站仪进行测量完成对支护结构顶部与基线距数值变化的测量。如果视线受限，则需要建立平面控制网利用全站仪进行水平角和水平距离的测量计算，以综合化结果为参考实现对结构稳定情况的分析。

在监测频率的确定上应根据规范结合工期进度来选择。例如，土方开挖时至底板浇筑时监测频率1-2 次/天；底板浇筑后到土方回填的整个阶段比较漫长，所以每7-10 天进行一次监测即可；基坑回填完毕后，应继续观测，变形速率连续3 个月平均小于0.04mm/d，可停止监测。另外，在特殊情况发生时应加强化监测密度，以确保及时掌握基坑受力变化。

3.3 执行监测工序，完善数据反馈

整个深基坑支护监测过程应该严格按照施工工序执行监测程序。仪器的选择、监测点的布设以及监测频率和数据的读取上皆应结合工程实际实现循序渐进的监测。监测控制网的布设，在基坑开挖前就要确定，此时要记录初始值以方便工程施工监测时的数据对比。整个工程进行的过程中，首先完成的是沉降监测点的布设，整个布设应覆盖于所影响范围内地表、建筑物以及地下管线，该过程可以在控制网确定后进行；其次，进行的是测斜管的布设安装，该过程在支护施工时同时进行；再次，水位管的布设，该过程在支护结构、土体加固施工后进行；最后应力计的埋设，应力计的埋设应该在支护结构施工同步进行。值得注意的是，支护墙顶浇筑过程中需要同步进行位移监测点、沉降监测点的布设，同时做好监测点的保护工作。

4 结语

由此工程案例在实施过程的监测数据分析可知，在地铁工程深基坑施工过程中采取施工监测是极为必要的，其能及时发现基坑围护结构、支护体系受施工影响的变形趋势。当发现有异常变化时参加各方能够得到及时反馈，通过监测数据并结合现场施工工艺、工况情况综合判断分析基坑所处安全状态，并及时采取必要的措施控制异常变化的持续发展，做到及时反馈设计，指导施工调整，最终确保基坑施工的安全进行。