复杂地质条件下地铁车站深大基坑施工监测技术

0 引言

轨道交通的发展缓解了城市的交通压力，给人们的出行带来了方便，同时，地铁车站深基坑的开挖会引起周边路面和构筑物的沉降、管线的移位，严重的还引起周边路面塌陷、构筑物倾斜和基坑坍塌，对周边环境和施工安全造成很大的影响，因此施工监控量测工作是确保地铁基坑开挖中周边环境安全和施工安全的重要手段，通过施工监测工作，提前了解基坑周边环境变化和围护结构变形受力情况，及时采取应对措施，确保车站施工和周边环境的安全。

我国在深基坑施工监测方面积累了大量的实践经验，甘保柱对某地铁车站深基坑开挖施工过程中围护结构变形和周边地表沉降规律进行建模分析，并将数值模拟与现场监测结果进行了对比分析，结果表明数值模拟和现场监测结果变化规律基本一致，可为类似工程的优化设计提供参考；任城等人针对某地铁风井深基坑进行施工监测分析，结果表明基坑开挖引起的周边沉降具有明显的时空效应，施工中需要加强监测并减少施工扰动，确保施工安全；陈攀对某地铁基坑开展施工监测变形研究，结果表明，软土深基坑在开挖过程中的地表沉降、围护结构变形、内支撑轴力呈现随开挖深度的增加而增加的变化规律，深基坑支护结构的地表沉降和水平位移在空间上表现出长边大，端部小的特点；薛飞等人对上海地铁车站深基坑开挖开展施工监测分析，结果表明，地表沉降最大值并不位于基坑边缘，而是位于距离基坑边缘8-10m处，沉降速率在基坑开挖到中下部及拆除支撑时最大，此阶段要加大监测频率，确保基坑施工安全；孙健对上海某深基坑开挖及周边环境进行施工监测分析，设置了围护结构、周边环境和地下水位监测方案，结果表明，基坑开挖最周边的道路影响最大，开始对管线影响不大，后面影响逐步加大，施工中要加强监测。

从目前的研究成果来看，大多数基坑是土质类基坑，地质条件较简单，缺乏复杂地质条件下基坑开挖的施工监测实践经验。因此，本位以某地铁某车站深基坑工程为研究对象，该基坑地质条件复杂，开挖深度大，上部为淤泥砂混合层，中部为不同粒径的砂类土，下部为不同风化程度的砾岩，地层变化多，工程性质差异大，开挖支护难度大，制定监测方案，对围护结构变形、周边环境安全和地下水位变化开展监测工作，确保了基坑开挖和周边环境安全，为类似复杂地质条件深大基坑开挖施工监测提供参考。

1 工程概况

车站主体结构为地下三层结构，车站全长435.2m，标准段宽34.1m，深度28.9m，车站主体采用明挖法施工，围护结构采用1000mm厚地下连续墙。车站通过设置抗拔桩及抗浮压顶梁辅助抗浮。标准段支撑系统：第一道支撑为钢筋混凝土支撑800×900mm，支撑水平间距9m；第二、三道为钢筋混凝土支撑1000*1000mm、1200*1200mm两种，支撑水平间距9m；第四道为φ609，t=14（壁厚）钢支撑，支撑水平间距3m；基坑围护连续墙嵌固段为基底以下进入强风化岩层不小于5m，中风化岩层不小于2.5m及微风化岩层不小于1.5m，车站基坑开挖深度大，地质条件复杂，工程难度大，本站站址处地下管线较多，包含电力、给水、排水及路灯，施工期间主要采用改移措施。

2 工程地质与水文地质

根据勘察资料，地貌为海陆交互相冲积平原，地形平坦，车站基坑开挖范围从上到下主要为土层为杂填土和素填土，淤泥层、淤泥质土层、淤泥质粉细砂、淤泥质中粗砂层，洪积砂层，洪积软塑状粉质黏土层，碎屑岩风化残积层，全风化泥质粉砂岩，中风化砾岩、含砾砂岩，微风化砾岩、含砾砂岩，地质概况见表1所示。

表1 车站地质概况一览表

根据勘察资料，地下水埋藏相对较深，地下水位一般埋深16-18m，局部洼地地下水埋藏浅。

3 现场监测

3.1 现场监控量测的主要项目

根据规范和设计要求，现场监测项目主要分围护结构监测、地层监测和地下水位监测三大部分，监测项目见表2所示。

表2 基坑主要监测项目表

3.2 监控量测点位布置

监控量测点位布置根据前期数值模拟结果的应力、位移分布情况布置，对结构受力和变形的主要区域进行重点监测，使监控量测数据与每个施工工况的施工参数配套，形成一套有效的监测系统，监控量测点位布置见图1所示。

图1 测点布置示意图

3.3 施工监测实施

3.3.1 围护结构监测

在基坑中部布置坑底回弹测量断面，距坑底边缘1/4底宽处，设置断面不少于二组，每一测量断面至少三个测点；沿基坑纵向每个开挖阶段设置1个立柱桩隆沉测点，定位点及水准点设置在基坑外；隆起观测采用几何水准法，高程允许误差不大于1mm，在观测点位置埋设隆起观测标，观测频率为1次/天，支护结构的水平位移采用全站仪、收敛仪等进行监测，具体围护结构监测见表3所示。

表3 围护结构监测项目汇总表

3.3.2 周边环境监测

①采用自动安平精密水准仪，配2m铟钢尺。

②仪器安装。挖开地下管线，设置直接观测点进行监测，对不能开挖布置直接测点的管线应结合地表沉降测点布置；对于在施工影响范围内的地下管线，沿长度方向每隔5m左右布设一个监测点，监测点采用φ18钢筋，顶端磨平，打入地面下50cm，并低于地面5cm，同路面隔离，测量的基点选择在通视良好、施工影响范围以外的地方，基点不应少于2个，以便进行联测，保障监测结果的准确性。

③监测频率。根据设计要求，基坑开挖1-2次/天，主体结构施工阶段测量频率为1次/天，周边环境监测项目见表4所示。

表4 周边环境监测项目汇总表

3.3.3 地下水位监测

地下水影响基坑开挖的安全和稳定性，为了降低车站基坑开挖过程中地下水位的升降对施工的影响，确保基坑开挖安全，要对地下水位进行监测。在基坑附近，围护结构外侧，布设地下水位地下观测井点。

采用钻机或冲孔法成孔，选用60mm井管，采用钢套管护壁，井底标高位于基底以下3m，采用电测水位仪测量，观测时，所有井点统一时间测量静水位。

地下水位观测频率：观测时间间隔为30min、1h、2h、4h、8h、12h，后面每隔12h观测一次，主体工程施工结束后，停止监测，地下水位监测见表5所示。

表5 地下水位监测项目汇总表

4 量测数据分析与控制

4.1 监控量测控制标准

基坑施工开挖中，根据对监测数据的分析，评估周边环境的安全性，判断围护结构的稳定性，并及时反馈，指导现场施工，建立Ⅲ级管理标准见表6所示。

表6 Ⅲ级管理标准

根据有关规范规定及设计要求，提出控制基准见表7。

表7 监测报警值

4.2 量测数据分析与预测

根据实测数据，绘制位移和应力随时间变化的曲线图，并进行回归分析，以判断该测点可能出现的最大位移值或应力值，评估结构和建筑物的安全状况。

典型的动态回归曲线示意图如图2所示。

图2 时态回归曲线示意图

监测中，要及时分析监测结果，把数据输入监测系统，及时汇报监测日报，并按期向施工、监理和设计单位提交监测月报，同时对当月施工情况进行评价，并提出施工建议。

4.3 量测数据发生突变的处理对策

施工过程中如发生量测数据有较大变化，应立即采取以下措施：①停止开挖，并对基坑加强支护；②上报项目部，启动应急预案，并及时上报相关单位；③对周边道路或建筑物等发生突变的，实施全过程监控；④如涉及周边地表的安全，及时联系相关部门，采取有效措施。

4.4 质量保障措施

针对复杂地质条件下车站基坑监测项目的特点设立专业组织机构，成立监控量测小组，由具有丰富施工经验、较高结构分析和计算能力的专业技术人员担任组长，负责监测工作的组织计划、外协工作以及监测资料的质量审核，保障监量测数据的真实性及连续性，确保基坑开挖和周边环境的安全。

5 结语

为研究复杂地质条件下深大基坑施工监测技术，以某地铁车站基坑施工为例，首先对基坑的复杂地质条件进行了分析研究，根据设计和规范要求，制定了围护结构变形、周边环境变化和地下水位变化等施工监测项目，对监测点的布置、监测频率和报警值进行详细说明，建立了施工监测III级管理标准，最后对基坑处于复杂地质条件下基坑监测的数据分析方法、数据突变的处理方法和施工监测的保障措施进行了研究。

通过全体工作人员的不懈努力，该车站基坑已经施工完成，现场监测结果表明，在车站复杂地质深大基坑开挖过程中，围护结构变形、周边道路及建筑物沉降累计变形值和变形速率均在规范和设计要求的报警值内，地下水位变化也在可控范围，表明该基坑在复杂地质条件下的开挖施工能确保安全稳定，对周边环境的影响也在可控范围内，可为类似复杂地质深大基坑施工监测提供借鉴。