徐州地铁车站深基坑工程监测控制值设置初探

何晓辉

中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300133

地铁车站往往修建在城市高度繁华地带，周边临近密集的建（构）筑物、地下管线、道路、桥梁等风险源，安全风险大，工程监测的有效性是控制和避免安全事件发生的关键，而监测预警是整个工程监测工作的核心[1]。监测预警首先要有一定的控制标准来判定，而控制标准取值大小不仅直接关系到工程本体和周边环境的安全，还对支护设计、施工组织、工期筹划和工程造价等有较大影响，所以，监测变形控制标准取值是否合理非常关键。

在变形控制标准研方面，国内已有不少专家学者进行了相关研究工作，《城市轨道交通工程监测技术规范》[2]规定支护结构监测项目控制值应根据工程监测等级、支护结构特点及设计计算结果等进行确定，《建筑基坑工程监测技术标准》[3]规定，基坑和支护结构监测控制值应依据土质特征、设计结果及当地经验等因素制定，两本规范对于控制值的绝对值、相对值和变化速率均给出一定取值范围；刘庭金[4]依托广州地铁一号线黄沙车站地铁上盖基坑工程，结合地铁盾构隧道保护经验和管片环模型试验结果,提出盾构隧道变形的控制值；张建全[5]等基于大量的工程监测数据资料,给出了不同地层、不同工法的区间及车站地表沉降控制值的建议值。

本文依托徐州市已建成和在建的66座地铁车站深基坑工程及其映射出来的周边环境、岩土体和工程本体监测数据和变形规律，利用归纳、统计的研究方法，更针对性的给出基于该市地铁建设管理模式下的区域性的不同地层、不同支护型式深基坑工程主要监测项目控制标准。

1 依托工程概况

根据徐州地铁沿线地下水丰富、岩溶充分发育、地层上软下硬、老城为“城上城”，具有变形随机性、非线性、复杂性三大特点，根据徐州地质特性将徐州地层分为土质基坑、土岩结合基坑和岩石基坑三大类，其中土岩结合基坑和土质基坑又从支护结构上细分为“地连墙+首道砼支撑+内钢支撑”和“围护桩+首道砼支撑+内钢支撑”。

本次收集徐州已建成和在建的1、2、3、6号线一期及3号线二期共计66座地铁车站深基坑工程，涵盖地表沉降测点6085处、深层水平位移测点1522处、墙（桩）顶水平位移测点1904处、墙（桩）顶沉降测点1904处、立柱沉降测点224处、潜层地下水位516处、建筑物沉降1604处、地下管线沉降2622处等，并按不同地层、不同支护型式归纳为5大类进一步细分、统计。

2 监测数据统计分析

2.1 土质基坑

(1)采用“围护桩+首道砼支撑+内钢支撑”的土质基坑共收集19个站点，纳入统计分析的地表测点1859处、深层水平位移测点401处、桩顶位移兼沉降测点537处、立柱沉降测点57处、地下管线沉降测点508处、地下水位测点244处、建筑物沉降测点454处。地表沉降监测项目对应监测点位分析统计直方图见图1所示，最大变形值和基坑深度H相对关系见图2所示。

图1 土质基坑地表测点沉降分布统计直方图

图2 土质基坑地表测点沉降累计值与基坑深度关系

图1反映出采用“围护桩+首道砼支撑+内钢支撑”的土质基坑周边地表以沉降为主、少量测点隆起，隆沉量在-40mm～+10mm占比97%、隆沉量在-30mm～+10mm占比94%，总体来讲与规范规定的工程监测等级一级基坑控制值20mm～40mm上限值基本一致；图2反映周边地表沉降值与基坑深度比值最大为0.38%H、最小为0.06%H、平均为0.22%H，总体来讲与规范规定工程监测等级一级基坑的相对值0.2%H～0.3%H基本一致。建议地表沉降按绝对值40mm、相对值0.2%、速率4mm/d进行控制。

同理，深层水平位移偏向基坑临空侧的变形量在0mm～+50mm占比91%、变形量在0mm～+40mm占比87%，接近与规范规定的工程监测等级一级基坑控制值30mm～50mm上限值；深层水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.56%H、最小为0.06%H、平均为0.25%H，与规范规定工程监测等级一级基坑的相对值0.2%H～0.3%H基本一致。建议深层水平位移按绝对值50mm、相对值0.25%、速率5mm/d进行控制。

桩顶水平位移变形量在-10mm～+20mm占比94%，与规范规定基坑控制值15mm～25mm基本一致；土质基坑桩顶水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.09%H、最小为0.01%H、平均为0.05%H，远小于规范规定基坑的相对值0.1%H～0.15%H。建议桩顶水平位移按绝对值20mm、相对值0.1%、速率2mm/d进行控制。

桩顶沉降变形量在-10mm～+20mm占比97%，与规范规定控制值15mm～25mm基本一致；桩顶沉降变形值与基坑深度比值最大为0.07%H、最小为0.01%H、平均为0.05%H。建议桩顶沉降按绝对值20mm、相对值0.1%、速率2mm/d进行控制。

基坑周边建（构）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比96%，与规范规定的建（构）筑物控制值10mm～30mm基本一致；土质基坑周边建（构）筑物沉降变形值与基坑深度比值最大为0.15%H、最小为0.02%H、平均为0.08%H，这是规范中没有衡量的一项指标。建议周边建（构）筑物沉降按绝对值20mm、相对值0.1%、速率2mm/d进行控制。

地下管线隆沉量在-20mm～+10mm占比94%、隆沉量在-30mm～+10mm占比100%，与规范规定的地下管线控制值10mm～30mm基本一致；土质基坑地下管线隆沉值与基坑深度比值最大为0.28%H、最小为0.01%H、平均为0.12%H，这是规范中没有衡量的一项指标。建议“地下管线沉降按绝对值30mm、相对值0.15%、速率3mm/d进行控制。

(2)采用“地连墙+首道砼支撑+内钢支撑”的土质基坑共收集12个站点，纳入统计分析的地表测点1278处、深层水平位移测点349处、墙（桩）顶位移兼沉降测点381处、立柱沉降测点56处、地下管线沉降测点617处、地下水位测点88处、建筑物沉降测点336处。采用和3.1.1章节同样的分析统计方法，可以得出周边地表隆沉量在-40mm～+10mm占比91%，地表沉降值与基坑深度比值最大为0.41%H、最小为0.08%H、平均为0.23%H；深层水平位移变形量在0mm～+60mm占比74%，深层水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.65%H、最小为0.09%H、平均为0.31%H；墙顶水平位移变形量在-10mm～+20mm占比98%，墙顶水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.09%H、最小为0.02%H、平均为0.06%H；墙顶竖向位移量在-10mm～+20mm占比97%，墙顶竖向位移值与基坑深度比值最大为0.08%H、最小为0.01%H、平均为0.04%H；周边建（构）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比98%，建（构）筑物沉降变形值与基坑深度比值最大为0.17%H、最小为0.03%H、平均为0.09%H；地下管线隆沉量在-30mm～+10mm占比90%，地下管线隆沉值与基坑深度比值最大为0.30%H、最小为0.02%H、平均为0.14%H。

2.2 土岩结合基坑

(1)采用“围护桩+首道砼支撑+内钢支撑”的土岩结合基坑共收集29个站点，纳入统计分析的地表测点2483处、深层水平位移测点632处、桩顶位移兼沉降测点807处、立柱沉降测点104处、地下管线沉降测点1244处、地下水位测点149处、建筑物沉降测点655处。采用同样的分析统计方法，可以得出周边地表隆沉量在-20mm～+10mm占比95%，地表沉降值与基坑深度比值最大为0.29%H、最小为0.03%H、平均为0.15%H；深层水平位移变形量在0mm～+30mm占比97%，深层水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.41%H、最小为0.02%H、平均为0.16%H；桩顶水平位移变形量在-20mm～+20mm占比94%，桩顶水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.07%H、最小为0.01%H、平均为0.04%H；桩顶竖向位移量在-10mm～+20mm占比94%，桩顶竖向位移值与基坑深度比值最大为0.07%H、最小为0.01%H、平均为0.05%H；周边建（构）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比92%，建（构）筑物沉降变形值与基坑深度比值最大为0.10%H、最小为0.01%H、平均为0.06%H；地下管线隆沉量在-20mm～+10mm占比92%，地下管线隆沉值与基坑深度比值最大为0.12%H、最小为0.01%H、平均为0.07%H。

(2)采用“地连墙+首道砼支撑+内钢支撑”的土岩结合基坑共收集5个站点，纳入统计分析的地表测点331处、深层水平位移测点111处、墙顶位移兼沉降测点150处、立柱沉降测点35处、地下管线沉降测点253处、地下水位测点35处、建筑物沉降测点79处。采用同样的分析统计方法，可以得出周边地表隆沉量在-40mm～+10mm占比87%，地表沉降值与基坑深度比值最大为0.25%H、最小为0.05%H、平均为0.21%H；深层水平位移变形量在0mm～+40mm占比82%，深层水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.41%H、最小为0.03%H、平均为0.22%H；墙顶水平位移变形量在-10mm～+10mm占比94%，墙顶水平位移变形值与基坑深度比值最大为0.09%H、最小为0.02%H、平均为0.06%H；墙顶竖向位移量在-20mm～+20mm占比100%，墙顶竖向位移值与基坑深度比值最大为0.08%H、最小为0.02%H、平均为0.06%H；周边建（构）筑物沉降量在-20mm～+10mm占比100%，建（构）筑物沉降变形值与基坑深度比值最大为0.11%H、最小为0.03%H、平均为0.07%H；地下管线隆沉量在-30mm～+10mm占比88%，地下管线隆沉值与基坑深度比值最大为0.19%H、最小为0.04%H、平均为0.13%H。

3 结论与建议

(1)从量级上来讲，基于徐州市地铁建设管理模式下的深基坑主要监测项目绝对控制值由土质基坑、土岩结合基坑和岩石基坑依次减小，且土质基坑工程是安全控制的重点，为兼顾施工安全性和经济型，建议土质基坑监测控制值可适当比规范规定值大一些，土岩结合基坑监测控制值可沿用规范规定值，岩石基坑监测控制值宜比规范规定值小一些。

(2)各监测项目控制值同时包含绝对值、相对值和变形速率三部分进行约束，使用时可进一步划分监测预警分级标准进行分级预警控制。

(3)基坑变形量与当地建设管理、施工水平、支护结构型式和水文地质条件密切相关，变形控制取值大小对工程投资、施工措施、监测工作量影响非常大，考虑工程造价的经济性、科学性，建议各地收集以往已建成基坑工程资料，制定更贴合本地、更科学合理的监测控制标准。