城市軌道工程基坑安全監測分析

摘要：軌道交通的大規模建設其施工安全是重要部分，本文分析了軌道基坑風險，闡述了安全監測措施，監測結果表明風險控制效果良好。

關鍵詞：軌道工程；深基坑；安全監測；效果；

隨著近年來城市化進程的快速發展及汽車保有量不斷增長，道路交通擁堵已成常態，為了有效解決城市居民出行難的問題，以城市軌道交通為骨干的公共交通受到青睞。據統計，2012年全國有多達25個軌道交通項目獲得審批，投資總規模將超過7000億元。如此大規模建設，如何保證施工安全是非常重要的課題。由于城市軌道工程的特殊性，通常屬于地下工程，地質條件復雜多變，建設周期長，難免存在風險隱患。本文將探討引入安全監測系統來控制、規避風險，保證施工安全。

一、軌道工程深基坑風險分析

城市軌道通常位于市區地下，屬于深基坑工程。市區地下環境復雜，各類管線眾多，且建筑物多，其風險表現主要有以下幾種：

（1） 地下管線復雜、多，遷改困難，如果基坑發生變形，導致大的排水管道破裂容易造成二次災害。

（2）寧波位于長三角區域，區內水系發達，地下潛水豐富承壓水頭較高，容易造成突涌，圍護接縫漏水漏砂，導致周邊土體沉降。

（3）區內淤泥質土層深厚，力學性質差，基坑變形控制難度大，且易造成縱向滑坡，施工難度大。

（4）基坑位于建筑及道路底下，容易影響周邊建筑物，且基坑周邊荷載大，基坑易變形，施工困難等。

二、安全監測系統設置

安全監測主要是為了控制圍護結構、周圍建筑物、構筑物及地下管線的變位、沉降和預報施工中出現的異常情況，并正確指導施工，以在施工過程中建立嚴格的監測網絡實現信息化施工。

1.系統監測內容及要求

系統監測項目主要分為沉降量、土體位移等變形監測；滲透壓力、孔隙水壓力、水位等滲流監測；鋼管支撐軸力、土壓力分布等應力應變監測。在安全監測系統的布置中遵循：

（1）首先是要研究工程的特點，用風險分析的觀念來認識軌道工程安全管理方面需要關注的問題，有針對性地對安全監測系統提出設計方案等要求。其次對車站基坑和盾構與周圍建筑物及地下其他設施的監測要統一考慮，把那些最能夠敏感反應基坑土體地面性狀變化和安全狀態的部位作為關鍵監測斷面或部位。

（2）正確選擇監測項目，合理選用監測儀器，并采用遠程監控信息系統，把分散在全市各處的軌道在建工程的監測數據集中到統一數據庫實現實時監管。

（3）重視施工期的安全監測，施工過程監測不僅是施工安全，優化設計，調整施工方案的需要，也是為了取得從基坑開挖、盾構掘進到工程竣工全過程施工狀態變化的完整資料以及對資料進行客觀全面的分析。

2.監測數據分析

按日、周、月對監測數據資料進行整理分析，分析結果要對施工安全的狀態進行評價預測和預報，及時發現位移、受力等異常征兆，以確保工程施工安全，力爭將事故的風險降到最低程度。應將整理分析和安全評價的成果反饋給有關部門，設計單位驗證設計為優化工程設計、改進施工安全管理提供科學依據。

三、工程案例分析

1.工程介紹

該地鐵車站為地下3層島式車站，采用框架逆做，基坑開挖深度為26.353m，地面標高4.2～4.9m。地面以下5 m為15～20 m厚的淤泥質粉質黏土，其中以4-2、4-3土質最差，是典型的彈簧土，在設計中需重點考慮。地勘中描述，在基坑開挖范圍內開挖土層主要為④1～④3層、⑥1層淤泥質粉質黏土，具高壓縮性、低強度、弱透水性，故基坑開挖前，必須進行基坑降水。根據施工技術要求建議將地下水位降至基坑底部下不小于1.0～3.0m。

車站周邊環境復雜，離最近的建筑物只有1.6m，管線較多，路面較狹窄，施工條件較差。經多方研究考慮，采用厚度為1000 mm的地下連續墻圍護結構， 墻深度為46m， 假設墻頂標高為0m。計算時考慮地面超載20 kPa。主要內撐為5道鋼支撐， 2道混凝土支撐。其中第一道和第四道為混凝土支撐，支撐簡圖見圖1。應用同濟啟明星建模計算，計算結果見圖2。

圖1 地下連續墻

圖2 計算結果

整體穩定，墻底抗隆，坑底抗隆，抗傾覆都滿足要求，從圖中不難看出軸力是較大的，施工時要重點考慮。實際設計過程中，主要措施為：

（1）地墻為1000mm厚，在成槽過程中，容易塌孔，周邊房屋多數為無樁基的裙房，影響較大。設計考慮采用攪拌樁加固，加固區離裙房更近了，風險更大，難以取舍。

（2）設計中要求降水需在開工前降到基底以下1m，但是實際降水難度較大，維持長期的低水位，消耗也較大，而且長期降水是否會對周邊民房有影響，也無法確定。

（3）地鐵站所在馬路較窄，基本無通行可能，最后采取斷路，對小區內的車輛還是給予放行，但基本緊貼車站圍擋，安全隱患較大。因此，必須在施工時協調考慮。

綜上所述，設計最后要求對整個基坑進行全方位、立體式的監測，通過監測，確定最終施工措施。

2.監測方案內容

2.1圍護墻墻頂水平位移

施工監測方測點布設間距為20 m，測點布設時先選取中間部位、陽角處、圍護結構受力和變形較大處布置監測點，并在周邊有重要監測對象時加密測點。

2.2圍護墻墻頂沉降

圍護墻頂沉降測點與圍護墻頂水平位移測點為共用點。

2.3圍護墻墻體變形

圍護墻墻體測點布設原則和圍護墻頂水平位移測點布設原則一致。

2. 4支撐立柱沉降

支撐立柱沉降點布設在基坑中部、多根支撐交匯處、施工棧橋下、地質條件復雜等位置的立柱上，測點數量不少于立柱總數的10% ，且不少于5根立柱。

2.5土體變形

土體變形測點布設間距為圍護墻墻體變形測點間距的1～2倍，且在需要監測的重點建（構）筑物或地下設施與圍護墻間的土體增設測點。

2.6支撐軸力

支撐軸力（鋼筋應力）測點組距與圍護墻墻頂水平位移測點布設一致，對支撐內力較大、受力較復雜的支撐優先布點，混凝土支撐每個界面埋設不少于4個傳感器。

2.7基坑坑底隆起

基坑坑底隆起監測測點布設于基坑中部，測點剖面間距20～50m，每個剖面上測點間距為10～20m。剖面數量不少于2條，每個剖面測點數量不少于3個。

2.8地下水位

地下水位監測點布設間距為20～50m，并在圍護墻外側攪拌樁止水帷幕施工搭接處、轉角處、相鄰建（構）筑物處、地下管線相對密集處等重要部位增設測點。

2.9坑外土體分層沉降

坑外土體分層沉降測點布設于緊鄰保護對象的土體中，且豎向測點布設在各土層分界面上，厚度較大土層適當加密。

2.10建（構）筑物沉降

建（構）筑物沉降點布設于基礎類型、埋深和荷載有明顯不同處及沉降縫、伸縮縫、新老建（構）筑物連接處的兩側；建（構）筑物角點；中間部位測點間距為6～20m。

2.11地下管線沉降

地下管線沉降測點間距為15～25m，在管線接頭處、端點、轉角處應增設測點。

2.12地表沉降

地表沉降點按剖面垂直于基坑布設，剖面間距30～50m，每個基坑側邊至少設1個剖面，每個剖面設5個測點，測點間距為5 m、5 m、10 m、10m，其中第一個測點距離基坑約3m；另外，在基坑每個墻頂水平位移測點對應位置布設1個地表沉降點。

3.實際工況分析

對工程提出的幾個重點，也做了針對性的觀測：對地墻加固的問題，先成槽一幅最危險位置的地墻，同時監測房屋變形，結果變形基本沒有。然后又試了幾幅，效果也較好，最后取消了地墻成槽加固。

降水也隨挖隨降，通過監測，確定水位，現已施工到坑底，沒有突涌現象。直至目前通過監測地墻變形滿足要求，周邊房屋地表沉降也較小，管線監測也無異常，效果還是令人滿意的。

在實際施工時，鋼支撐出現較大軸力，但是地墻變形較小，設計推測可能支撐加軸力時，由誤操作所致，因此，沒采用常見的加撐方案。直至挖到坑底，沒出現險情。

四、結語

安全監測系統是一個綜合分析系統，能較好地識別風險，以做出合理的應對措施，好的設計必須依靠完善的監測系統來補充，才能真正確保施工安全。

參考文獻

[1] 劉俊巖，應惠清，孔令偉，等. GB 5049722009建筑基坑工程監測技術規范[S]. 北京：中國計劃出版社， 2009.

[2] 陳宗梁，高秀理，陳緒祿，等. DBJ 08261297基坑工程設計規程