廣深港客運專線福田站基坑第三方監測方案設計

王昌洪

(中鐵隧道勘測設計院有限公司，天津 300133)

1 引言

在深基坑施工過程中，需對基坑支護結構，基坑周圍的土體和相鄰的構筑物進行全面、系統的監測，才能對基坑工程的安全性和對周圍環境的影響程度有全面的了解。為確保深基坑安全施工，必須采取一定的監測方法，來實現對基坑安全監測。本文以廣深港客運專線福田站基坑工程為例，對深基坑安全監測進行全面的論述。

2 項目概況

廣深港客運專線福田站位于深圳市福田區的城市核心區域，福田站基坑全長1 023 m，主體結構最大寬度為76.86 m，平均開挖深度32.15 m，基坑結構的施工風險較大，基坑工程的安全等級為一級。車站共設8線4站臺，為地下三層式結構，建筑面積約12.8萬平方米，是我國最大規模的大型地下火車站。與之相配套的地鐵線路主要為地鐵2、3、11號線。3條線路均在福田中心區設站，并以廣深港客運專線福田站為核心共同組成福田綜合交通樞紐。

從周邊環境看，基坑周邊分布有香格里拉酒店、免稅大廈等10棟高層建筑物，且周邊地下構筑物密集的基坑南端有運營中的地鐵1號線。綜合基坑工程安全等級、周邊環境和工程地質條件，福田站基坑監測等級為特級。

3 監測的意義

對于復雜的大中型工程或環境要求嚴格的項目，往往難從以往的經驗中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現場監測。監測具有如下意義:

(1)實施對施工過程的動態控制，掌握地層與圍護結構體系的狀態;

(2)通過信息反饋進行安全預測及設計優化，在加強安全控制的同時減少投資，使工程始終處于安全可控的狀態，從更大程度上加強業主的風險控制;

(3)可及時發現和預報險情的發生及險情的發展程度，為及時采取安全補救措施提供依據。

4 監測項目和方法

4.1 地下連續墻墻身水平位移監測(測斜)

監測方法:深層側向變形(測斜)采用測斜儀測量。采用人工采集與自動化采集數據相結合的監測方式，以人工采集為主，自動化采集為輔，自動化監測點根據現場實際情況僅布置于重點區段，起加強與預警作用。測斜儀的分辨率不大于 0.01 mm/m，精度為±0.1 mm，電纜長度必須大于最深的測斜孔深度。

測斜管采用PVC工程塑料或鋁合金材料制成，直徑為70 mm，管內須有兩組相互垂直的縱向導槽，導槽扭度不應大于1/100。

4.2 地下連續墻墻頂垂直位移(沉降)監測

(1)監測方法及要求

沉降監測主要采用精密水準測量，沉降監測按有關規范的要求進行，技術指標要求如表1所示。

垂直位移監測技術指標 表1

(2)基準點布置

水準基點是作為沉降監測基準的水準點，—般設置3個水準點構成—組，要求埋設在基巖上或在沉降影響范圍之外穩定的建筑物基礎上，作為整個高程變形監測控制網的起始點。

為了檢查水準基點本身的高程有否變動，可在每組3個水準點的中心位置設置固定測站，經常測定3點間的高差，判斷水準基點的高程有無變動。同時，在監測工作進行中，可設置一定的工作基點。

(3)測點布置

測點采用頂部為光滑的測釘，測釘與混凝土間不應有松動，在對應測斜管的管口布置墻頂豎向位移監測點。

4.3 混凝土支撐、鋼支撐內力監測

(1)監測方法

本基坑支撐部分采用鋼筋混凝土支撐，部分采用鋼支撐。開挖過程中采用鋼筋應力計或者混凝土應變計監測鋼筋混凝土支撐應力，采用反力計與應變計相結合的方式來監測鋼支撐軸力的變化，以確保支撐結構的安全穩定。

(2)測點安裝

①鋼筋混凝土支撐鋼筋計安裝方法，安裝前，在鋼筋待測部位并聯或串聯焊接鋼弦式鋼筋計。混凝土應變計埋設在混凝土支撐的表面測量支撐應變的變化監測內力。

②鋼支撐反力計安裝方法

在鋼支撐定位后，將反力計裝在支撐端部并定位。

4.4 地下連續墻外側土壓力和孔隙水壓力監測

(1)監測方法

土壓力監測宜采用土壓力計測量，適用于量測地下連續墻內、外側的有效應力。

孔隙水壓力監測可采用振弦式孔隙水壓力計，適用于量測不同深度處土中的孔隙水壓力。在地下連續墻內外側安裝土壓力和水壓傳感器，以對主動和被動土壓力進行監測。

(2)測點安裝注意事項

土壓力的監測點安裝要求如下:

①受力面應與觀測壓力方向垂直并緊貼被監測對象，埋設過程中應做好相關的保護措施;

②采用鉆孔法埋設時，填充料回填應均勻密實，其性質應與周圍巖土體保持一致;

孔隙水壓力的監測點安裝要求如下:

a.鉆孔孔徑宜為110 mm～130 mm，并保持鉆孔圓直、干凈;

b.觀測段內應回填透水材料，再用膨潤土球或注漿封孔;

c.當一孔內埋設多個孔隙水壓力計時，壓力計間隔不應小于1 m，并做好各傳感器的封閉隔離措施。

4.5 基坑周圍地表沉降監測

用以監測開挖區的沉降影響范圍及此范圍內沉降量的分布。

(1)監測方法

采用高精度水準儀觀測各測點的高程變化情況，監測方法同“地下連續墻墻頂垂直位移(沉降)監測”，作業前應對使用的基準點和工作基點的穩定性進行檢測。垂直位移監測的技術指標要求同表1。

(2)測點安裝

測點為頂部光滑的鋼筋，用鉆孔設備在測點位置鉆直徑為110 mm的鉆孔并穿破路面地面持力層保證鋼筋能在鉆孔中自由沉降。打入土體中的長度要有0.8 m～1 m。

在基坑周圍共布置合適的監測斷面，斷面寬度由墻面位移測點向坑外引出一條與基坑邊線垂直的射線，射線長度不小于1倍的基坑深度;在射線上距離坑1 m、3 m、6 m、9 m、12 m處埋設地表沉降測點。

5 監測頻率

根據專項設計及結構專業的相關技術文件及專家意見，監測頻率確定時從以下三個方面考慮:

(1)監測頻率的確定應以準確地反映維護結構、周邊環境動態變化為前提，采用定時監測，必要時進行跟蹤監測。

(2)各監測項目的監測頻率根據其重要性程度、施工工況確定，當監測數據變化較大時，應適當加密。

(3)對于分區或分期開挖的基坑，應根據施工的影響程度，調整監測頻率。

監測頻率可根據施工進度情況和變形情況(變形總量和變形速率)調整，穩定情況下可適當減小監測頻率。監測頻率如表2所示。

監測頻率表 表2

6 監測信息反饋與預警體系

6.1 監測信息反饋

監控量測的反饋流程如圖1所示。

圖1 監測信息反饋流程

6.2 報警體系

基坑工程監測預警值應符合基坑工程設計的限值、地下主體結構設計要求以及監測對象的控制要求，應以監測項目的累計變化量和變化速率值兩個值進行控制。

因圍護墻施工、基坑開挖以及降水引起的基坑內外地層位移應按下列條件控制:

(1)不得導致基坑的失穩;

(2)不得影響地下結構的尺寸、形狀和地下工程的正常施工;

(3)對周邊已有建(構)筑物引起的變形不得超過相關技術規范的要求;

(4)不得影響周邊道路、地下管線等正常使用;

(5)滿足特殊環境的技術要求。

當各項監測的數值達到一定范圍(即:將產生不可接受的負面影響時)要進行“報警”。根據現有資料，報警值根據設計文件執行。對設計文件未提及部分，根據工程經驗以及有關規范制定如表3所示的報警值。

在建立起完善的控制指標體系的基礎上，制定出合理的預警報警體系，針對福田站基坑制定五級報警體系如表4所示。

基坑監測報警值匯總表 表3

五級報警體系 表4

7 結語

變形監測的目的是驗證設計的科學性和合理性以及施工的可行性和可靠性，以便設計部門與施工單位及時采取措施。本次對廣深港客運專線深圳福田站基坑的監測，從工程概況，監測工作的內容與要求、作業方法、觀測頻率和變形量報警值的確定等進行了全面的闡述。實踐證明監測方案設計合理、使用設備先進、作業方法得當，為確保基坑工程安全施工提供了重要依據，滿足了工程項目需求。

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