京滬高速鐵路濟南西站站房深基礎施工的信息化監測

陳文捷

(京滬高速鐵路濟南高速站工程建設指揮部，濟南 250117)

京滬高速鐵路濟南西站站房深基礎施工的信息化監測

陳文捷

(京滬高速鐵路濟南高速站工程建設指揮部，濟南 250117)

濟南西站站房基礎施工屬于超大深基礎施工，整個基坑面積42 000 m2，挖深最深到18 m，基坑采用多重支護體系，且基坑緊鄰正線路基，基坑降水勢必要影響到路基沉降。如何保證深基坑的安全以及正線路基在深基坑施工期間的穩定是一大課題。采用先進的信息化監測技術，對深基坑及路基進行全方位、全過程監測，根據實時監測結果判斷是否采取措施以保證基坑和路基穩定。實施結果非常理想，整個基礎施工過程除基坑周邊地表沉降局部接近報警之外，其余觀測部位均保持穩定。證明了基坑施工方案的合理，同時證明采用信息化監測手段對保證深基坑的施工安全非常有效。

深基坑;信息化監測;降水和支護;路基沉降;監測

1 概述

京滬高速鐵路濟南西站站房工程于2009年6月開工，總建筑面積 10萬 m2，地下部分建筑面積32 500 m2，其中主站房部分含地下1層，高架部分含地下2層(通廊部分和預留地鐵1號線)，整個基坑面積42 000 m2，地鐵1號線埋深到地下18 m，基礎工程結構工程量占到整個站房的40%。到2010年5月底完成地鐵1號線主體結構的施工，2010年7月底完成地下通廊主體結構的施工。

2 施工難點分析

由于增加的市政預留地鐵1號線的結構橫穿整個主站房和地下通廊下方且要同步施工，致使該部位施工是整個站房范圍內難度最大的。

(1)結構埋深深，因各部位埋深不同，需設置多級基坑，且降水深度大:站房及地鐵1號線基坑分2級，站房為Ⅰ級基坑，地鐵1號線為Ⅱ級基坑。其中主站房Ⅰ級基坑開挖深度為10.8 m，采用兩級放坡，需降水到高程－12 m左右;地下通廊Ⅰ級基坑在承臺下最大開挖深度為8.87 m，筏板下開挖深度為4.1 m，地鐵1號線基坑為Ⅱ級基坑，開挖深度為自然地坪下17.7 m，自Ⅰ級基坑下10.4 m，需降水到高程－19 m左右。

(2)采用多種基坑防護方式:Ⅰ級基坑護壁采用放坡開挖，坡率1∶1，放坡坡體采用C20網噴混凝土面層處理形式。地鐵1號線Ⅱ級基坑內設計采用18 m長的鉆孔灌注樁(懸臂長度超過10 m)結合高壓旋噴樁雙層止水帷幕護壁，同時設置2道內支撐體系，第1道采用鋼筋混凝土支撐，第2道采用鋼管支撐(其中由于在正線橋南北兩端臨近正線路基高填預壓土，該部位的第2道支撐為鋼筋混凝土支撐)，中部設鋼立柱。

(3)第Ⅰ級基坑通廊基坑南北兩側和主站房基坑西側為濟南西站車場，已施工路基，其中正線處還有4 m高高填預壓土，路基距離通廊基坑南北上口開挖線約7 m，距離主站房西側基坑開挖線約9 m，因此，不僅正線處高填預壓土會大幅度增加對該部位基坑邊坡的側壓力，而且站房基坑開挖和基坑降水勢必還要對該部分路基的沉降造成影響。另外，Ⅱ級基坑(地鐵1號線)處于第Ⅰ級基坑中部，周邊為通廊和主站房C段，還需考慮坑壁位移的不利影響。基坑平面關系見圖1。

圖1 基坑平面關系(單位:m)

多級基坑和不同形式邊坡支護的設置、邊坡附近存在的高填土、Ⅱ級基坑深降水等因素，給深基坑施工的安全和已施工完路基的穩定帶來了很多不確定因素，施工過程中保證基坑支護的安全及周邊土體的穩定是濟南西站站房深基坑施工的首要問題。除了要編制詳細、安全可靠的土方開挖、邊坡支護、基坑內支撐體系及降水方案以外，本工程采用了信息化綜合監測方法，對基坑及周邊進行全方位、全過程監測，為基礎施工提供周邊環境、基坑本身的沉降及水平位移等多項變形參數，及時掌握周邊環境的位移、沉降等多項變形規律，并在監測過程中的變形總量達到報警值時，立即通知施工方和監理以便采取有效措施，控制變形量的發展，真正做到信息化施工，確保周邊環境安全和基礎工程的順利完成。

3 工程實施過程中監測內容、范圍和方法

經研究，將地鐵Ⅱ級基坑的內支撐體系、基坑降水以及基坑周邊土體(含正線路基)作為監測重點。整個監控范圍分為基坑和周邊兩部分。

3.1 基坑部分

3.1.1 圍護樁頂的沉降和水平位移監測

本部分主要是監測在Ⅱ級基坑開挖、結構施工中圍護樁頂的沉降和水平位移，為圍護樁體測斜控制孔口位移提供改正參數。實施過程中沿基坑周邊圍護樁頂布設38個觀測點，在鉆孔灌注樁頂圈梁澆筑時，同步埋設樁頂垂直及位移監測點，并采用精密測量儀器測量沉降和位移。見圖2。

3.1.2 圍護樁體和坑外土體的位移監測(樁體和土體測斜)

這是監測的重點部分，主要是了解Ⅱ級基坑內隨基坑開挖深度的增加，圍護樁體和坑外土體在不同深度的水平位移變化情況，從而了解圍護樁體和內支撐體系的受力狀況。

測點的布置采用在支護樁和坑外土體內埋設PVC測斜管。其中支護樁的測斜管隨樁體灌注埋設在樁體中，管長和灌注樁相當，沿圍護樁體布設10個測斜孔;土體的測斜管采用成空埋設，埋深16 m，沿基坑外深層土體布設4個測斜孔。監測時在測斜管內使用帶有探頭的測斜儀進行監測記錄，由于它是假定孔頂為不動點，故每次測量的數據為相對的，還需要通過同部位圍護樁頂的水平位移值進行修正。測點布置見圖3。

圖2 圍護樁頂測點布置

3.1.3 Ⅱ級基坑支撐軸力監測

由于Ⅱ級基坑圍護支撐體系處于動態平衡之中，隨著基坑施工工況的變化隨時建立新的平衡，通過監測Ⅱ級基坑2道內支撐的軸力，可及時了解支撐受力及其變化情況，準確判斷基坑圍護支撐體系穩定情況和安全性，以指導基坑的施工程序和方法，確保基坑施工安全。

測點布置采用預埋鋼筋應力計的方法，即混凝土支撐施工時，在綁扎鋼筋過程中同步將鋼筋應力計焊接在支撐主筋上(鋼支撐則直接將鋼筋應力計焊在鋼結構上)，并引出導線，開挖前7 d測試其初始值。每次監測時將導線和頻率接收儀連接，用來接收各個鋼筋應力計的頻率。實施過程中在第1道支撐上布設17個測點，在第2道支撐上布設16個測點。

3.1.4 基坑外水位監測

水位監測是通過測量Ⅰ級基坑外地下水位在基坑降水和基坑開挖過程中的變化情況，了解基坑圍護結構的止水效果，以及時發現和防止圍護結構滲漏、基坑外水土向坑內流失，是判斷基坑周邊環境安全性的主要依據之一。

圖3 圍護樁體和坑外土體測點布置

實施過程中沿Ⅰ級基坑外布設10個地下水位監測孔，Ⅱ級基坑外布設6個水位監測孔。在地鐵護壁的鉆孔灌注樁灌注完成后，用水位監測孔鉆機成孔，孔內埋設PVC透水管，將水位管插入孔內至設計深度，利用鋼尺水位儀測試管內的水位深度。根據基坑的深度，確定通廊基坑周邊的6個水位監測孔深為10 m，主站房基坑周邊的4個水位監測孔深為13 m，Ⅱ級基坑周邊的6個水位監測孔深為20 m。降水完成且在土方開挖前2 d測試其初始值。

3.2 周邊環境部分

基坑周邊地表沉降以及路基沉降和水平位移觀測，主要是要監測Ⅰ級基坑周圍土體穩定以及基坑降水引起的正線路基沉降情況。

在Ⅰ級基坑外側沿基坑每隔30 m左右設置1組沉降剖面，每組設5個監測點(沿垂直于基坑方向每5 m布設一點，即監測范圍為坑外20 m)。同時，環繞正線路基的三面，每隔20 m左右增設1處監測點。本工程共計設置路基沉降觀測點16個，周邊地表沉降觀測點55個。

監測方法是利用站房的水準控制網點，按照國家二級水準要求，聯測各地表沉降監測點，做閉合水準路線。計算各點高程、本次沉降量以及累計沉降量。

4 監測實施要點

(1)嚴格按照監測程序實施監測及數據收集和分析。監測采取日報制，即檢測員每天進行觀測并編制日報表，再由監測工程師分析監測數據并在當天形成正式監測日報告。監測日報告第二天早晨報監理單位，每周形成周報告報建設指揮部。指揮部在認為必要時組織進行階段性觀測總結評估(實施過程中指揮部在Ⅱ級基坑土方完成以及地鐵側墻結構完成后組織了2次總結評估)。

(2)監測過程中如果有監測結果超過預先設定的的報警值，現場監測工程師要立即向指揮部、監理方發出書面通報，以提請各單位注意。出現嚴重偏離的，指揮部要立即組織各方進行研究，根據事先編制的各種不利情況應急預案采取相應措施，消除安全隱患。例如，如發現圍護樁和土體測斜異常，則考慮采取坑體周圍卸載或增加內支撐數量;如發現支撐軸力超標則采用增加臨時支撐的措施;如發現因基坑降水使路基產生異常沉降，則立即在基坑周邊的預留回灌井中進行地下水回灌，以阻止路基繼續下沉。

(3)嚴格執行監測人員資格審查制度，測量儀器的“三檢”制度(正式監測前全面檢查、重要部位監測設備每天檢查、一般監測設備定期檢查)，以及同一觀測部位人員和監測設備的固定制度，以保證監測精度。

5 監測結果分析

濟南西站站房基礎施工的信息化監測自2009年9月21日基礎土方工程開始，至2010年6月11日地鐵1號線結構施工完成監測結束，通過對各監測部位實施的不間斷監測的數據收集及分析，做到了實時掌握深基坑施工過程中基坑開挖和施工降水對基坑圍護體系和基坑周邊環境影響的各種變形信息。主要監測結果及分析如下。

(1)基坑周邊地表及路基:通過對整個監測過程中的數據分析，站房基礎施工期間對基坑周邊地表以及路基沉降影響最大，部分監測點接近報警值(19.7 mm，報警值20 mm)，其他監測部位未發生異常，表明基坑范圍內的邊坡支護體系和Ⅱ級基坑內支撐體系一直處于穩定狀態，同時由于基坑降水引起的路基沉降已經基本控制在允許范圍之內。同時，通過分析整個監測過程數據，可以掌握基坑以及周邊環境的變形規律，比如:土方開挖和施工降水初期，基坑周邊地表變形較為緩慢，自2009年11月20日開始Ⅱ級基坑的降水開始，基坑周邊地表變形開始加速，到2010年5月10日左右，也就是施工降水到設計高程后4個月左右，基坑周邊地表變形基本完成，6月份以后隨著施工降水開始部分停止，部分觀測點的地表已經出現回升。

(2)Ⅱ級基坑:這是基坑監測的重點，因此在該部位設置了圍護樁體和坑外土體的位移(樁體和土體測斜)以及內支撐軸力3個觀測項目。監測結果顯示:第1道支撐的軸力最大累計變化量為3 135.3 kN(設置報警值為4 679 kN)，第2道支撐的軸力最大累計變化量為2 323.7 kN(設置報警值為6 794 kN)，坑外土體位移最大累計變化量20.34 mm(設定報警值30 mm)，圍護樁體位移最大累計變化量20.33 mm(設定報警值30 mm)。各觀測指標變化均在允許范圍之內。

同時通過監測發現，內支撐軸力最大處位于正線橋位置，這是由于該區域距離正線路基的高填預壓土較近的緣故，因此該區域設置了2道鋼筋混凝土支撐用以加強;同時還觀察到，自二級基坑以下5～6 m范圍內(即地表下14～15 m范圍內)支護樁以及土體的測斜變化最大，而支護方案設計在－14 m高程設置了Ⅱ級基坑第2道內支撐(鋼管支撐)，以控制該區域支護樁以及土體測斜變化的發展。觀測結果和方案設計完全吻合，證明Ⅱ級基坑的支護方案非常合理。

(3)基坑外水位監測:Ⅰ級基坑外側10個觀測點水位最大累計變化量－40 cm，Ⅱ級基坑外側6個觀測點水位最大累計變化量 －9 cm，均低于報警值(－100 cm)，Ⅰ級基坑護壁及Ⅱ級基坑維護未出現大量滲水現象，證明有效降水量穩定，止水帷幕質量可靠。

6 結論

通過施工單位(包括監測單位)、監理單位和指揮部的密切配合，本工程的基礎施工信息化監測順利實施完成，整個過程監測資料連續、準確，整個深基坑施工對周邊環境和基坑圍護的影響確保在可控范圍以內，從而保證了基坑和既有路基的安全。同時可以得出結論:對于濟南西站這種大型公共建筑中較為復雜的深基坑施工，信息化監測非常重要和可靠。本工程已取得的監測成果資料，驗證了其基坑支護和降水方案的合理性，對于以后同類工程具有借鑒和參考作用。

［1］雷 崇．杭州地鐵彭埠站基坑計算與監測結果分析［J］．鐵道標準設計，2011(5)．

［2］李正濤．管井井點降水在夾層地質地鐵區間的應用［J］．鐵道標準設計，2009(7)．

［3］琚國金，漆泰岳，劉傳利．明挖地鐵車站深基坑施工監測方案設計研究［J］．鐵道標準設計，2008(8)．

IT-based Monitoring for Deep Foundation Construction of Ji'nan West Railway Station Building in Beijing－Shanghai High Speed Railway

Chen Wenjie

(Construction Headquaters of Ji'nan West Railway Station on Beijing－Shanghai High-speed Railway，Ji'nan 250117)

Ji'nan west railway station building foundation pit was super large and deep，with an area of 42 000 m2and the maximum depth of 18 m．The foundation pit adopted multiple support systems．Since the pit is close to the main line subgrade，foundation pit dewatering is bound to affect the subgrade settlement．How to ensure the safety of deep foundation pit and the stability of the main line during the deep foundation pit construction is a serious subject．This project adopted advanced IT-based monitoring technology with omnibearing and whole-process monitoring，according to real-time monitoring results to determine whether or not to take measures to ensure the stability of the foundation pit and the subgrade．Results of implemention were very ideal，during the construction process the whole foundation pit kept stable except for a portion of peripheral surface settlements closing to alarm．It has been proved that the foundation pit construction scheme is reasonable，and that IT-based monitoring is highly effective to guarantee construction safety．

Deep foundation pit;IT-based monitoring;Dewatering and support;Subgrade settlement;Monitoring

TU248.1

B

1004-2954(2011)12-0062-05

2011-10-20

陳文捷(1968—)，男，高級工程師，1990年畢業于同濟大學，工學學士。