武漢某地鐵車站基坑工程第三方監測實例分析

曾 瑞，涂 超，肖永力

(湖北省神龍地質工程勘察院，湖北武漢 430056)

地鐵第三方監測是指在土建施工期間，業主委托獨立于承包商和監理及設計代表外，且具有相應資質的監測單位，依據相應規程和條款對施工影響區域內的基坑工程、建(構)筑物、道路、管線等周邊環境實施獨立、公正的安全性評價及參與環境破壞糾紛處理的一項監測工作［1］。本文結合武漢地鐵三號線車站監測實施案例，對第三方監測主要方法及內容進行了重點分析與探討，并根據現場監測數據及時預警，提出支護改進建議，按照信息化施工的要求服務于基坑施工，對指導基坑開挖，防范事故具有重要的意義。

1 項目概況

1．1 車站概況

范湖站為武漢地鐵三號線第14座車站。車站位于馬場角路與青年路的交叉口處，沿馬場角路布置于地下，車站與2號線范湖站通過通道換乘。

圖1 基坑監測點位布置圖Fig．1 Layout chart of monitoring site of foundation pit

范湖車站基坑其詳細工況如下［2］:站主體基坑長266．4 m，標準段寬度為20．1 m，基坑標準段開挖深度約25 m，層數為地下三層，單柱兩跨島式站臺車站。地下分站廳、設備、站臺三層，車站標準段結構外包尺寸為21．01 m ×20．10 m，頂部覆土約3．3 ～3．6 m。主體建筑面積16 443 m2，附屬建筑面積6 808 m2，總建筑面積23 251 m2。車站主體圍護結構采用1 000 mm厚地下連續墻，并入巖以滿足抗浮要求，支護為混凝土支撐或鋼支;范湖站主體結構基坑支護第一道支撐采用800 m×800 mm鋼筋混凝土支撐;第2—6道支撐采用16 mm厚609鋼管支撐，附屬結構基坑支護采用兩道16 mm厚609鋼管支撐。基坑監測點位布置如圖1。

1．2 工程地質情況

范湖站場區地形平坦，原始地貌屬長江沖積Ⅰ級階地，其地層巖性如下。

1．2．1 填土(Qml)層

(1)雜填土［地層代號(1-1)］:雜色，濕—飽和，高壓縮性，土質松散，層厚0．40～7．1 m，普遍分布。

(2)淤泥(Ql)［地層代號(1-3)］:灰—灰黑色，飽和，流塑狀態，高壓縮性，其厚度0．6 ～2．3 m，埋深 0．8～4．5 m。

(9)細砂［地層代號(4-2)］:灰—青灰色，飽和，中—低壓縮性，厚度 6．2～31．7 m，埋深 21．0～32．6 m。

1．2．3 下伏基巖為白堊—下第三系東湖群(K-Edn)

(1)強風化泥質粉砂巖［地層代號(15a-1)］:蘭灰—褐紅色，其厚度1．5 ～7．5 m，埋深38．2 ～50．1 m。

(2)中風化泥質粉砂巖［地層代號(15a-2)］:蘭灰—褐紅色，其揭露厚度4．0 ～14．0 m，埋深41．0 ～52．5 m。

1．3 水文地質情況

1．3．1 地表水

場區地表水體不發育，未發現有河、溝、塘等地表水體分布。

1．3．2 地下水類型及地下水位

本標段場區的地下水按賦存條件，可分為上部滯水、潛水、孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水。

1．4 工程環境

該站位于馬場角路與青年路的交叉路口，馬場角路路下，路口北側有惠苑假日酒店，馬場角路北側為在建葛洲壩國際廣場北區住宅小區，南側為葛洲壩國際廣場。地下管線沿馬場角路布置于路下。車站內主要有電力、電信、自來水、排水等管線。

2 監測項目及頻率

圍護結構主要監測項目有:①水平位移監測;②豎向位移監測;③深層水平位移監測(測斜);④結構應力軸力監測;⑤地下水水位監測。

周邊環境主要監測項目有:①建筑物沉降;②建筑物傾斜;③建筑物水平位移;④地下管線沉降;⑤地下管線水平位移;⑥道路及地表沉降。

第三方監測主要側重于整體控制，監測頻率一般為三天一次。

3 監測數據分析處理

現選取具有代表性的車站基坑西側端頭井處進行重點方法分析。

3．1 深層水平位移分析

西端頭井的基本開挖工況如表1:

表1 西端頭井開挖工況表Table 1 Working condition of excavation of western end well

SID2孔位于基坑西側連續墻中部，該處挖深-28 m，設有六道支撐，其深層位移變形曲線如圖2。

由圖2可知:基坑挖深至7 m時，支護位移很小，基本未有明顯變化，表現為向坑外位移。當開挖至-22 m深時，支護發生顯著位移，開挖面的位移量為19．3 mm。開挖至底部時，位移量急劇增大，最大累計位移量為38．5 mm，凸肚現象明顯。總體而言，基坑支護的變形隨著開挖深度的不同，其變形最大處也在逐步下移，變形基本表現在開挖面以下2 m左右。而基坑頂端位移變化量則相對較小，這與最上部為一道混凝土且其支撐強度較大有密切的關系。開挖至第六道支撐時，基坑支護的水平位移量最大44 mm，已超出了湖北省地方標準《基坑工程技術規程》［3］中關于支護結構水平位移值(最大值)監控報警值為30 mm的要求，基坑處于報警的狀態下。

圖2 SID2深層位移變形曲線圖Fig．2 Curve of displacement deformation of SID2 deep layer

3．2 支撐軸力分析

支撐軸力實際上是支撐對周圍土壓力的集中反應，其數值和挖土順序、速度、深度密切相關。在監測的過程中可以發現，鋼支撐軸力隨時間的變化曲線如圖3所示。鋼支撐在安裝初期由于預加應力掉壓出現下降的情況，常常導致初期支撐軸力不太穩定。隨著基坑的開挖，上一道的支撐軸力有所減小，而開挖面處的支撐軸力有所增加。開挖處的主動土壓力增大，卸載處的土壓力減小，從而圍護結構向坑內進一步位移，鋼支撐的軸力也逐步增大(圖3)。

從圖3看出，越是位于基坑上部的支撐，其軸力較小，發展速度也較為均衡。而越是位于坑底的支撐，其軸力不但增加較明顯，同時其發展速度相對較快。

3．3 原因分析

分析圍護結構發生較大變形的原因:①開挖過快，周邊土體應力釋放過快;②原本在開挖至支撐處就應立即進行鋼管的支撐，施工方常常支撐滯后;③支撐有效預加應力達不到設計要求，掉壓現象經常發生;④西側圍護結構外側3 m處正在進行高壓旋噴樁施工，對位移的變化影響很大;⑤內外降水高差過大等。

3．4 險情處理措施

圖3 西端頭軸力累計變化曲線圖Fig．3 Accumulated change curve of axial force in west

根據監測數據，第三方監測單位立刻進行了安全預警，并按照信息化施工的要求及時將監測數據上傳，同時提出相關防范方法及措施。地鐵集團在收到監測報警后，及時召開了各方緊急會議進行分析，并采取以下措施:在第五道支撐與第六道支撐間增加一道直撐，暫停開挖第六道支撐下土方;對第五道支撐以下進行回填;停止高壓旋噴樁的施工;減少坑內降水深度從而減小基坑內外的水頭差;加密監測頻率，及時反饋監測數據，用信息化方法來指導后期的工程施工等。以上措施有效地控制了圍護結構的進一步變形，基坑變形速度明顯減慢，其中增加的一道鋼支撐作用尤為明顯。圖3中的Z3為防止險情發展，而在第五道支撐與第六道撐之間增加的一道直撐，有效地控制了長邊的變形。對控制基坑的進一步變形起到了積極的作用。經過后期的觀測表明，以上綜合措施得力，針對性強，方法合理，有效地控制了基坑支護的變形。

11月下旬以后，隨著坑內結構施工加載增大被動土壓力以及邊坡應力釋放基本結束，基坑及周邊環境基本處于穩定狀態，位移量亦減小，整個基坑進入相對穩定時期。隨后變形逐步停止。

4 第三方監測體會

在范湖車站基坑施工的過程中，由于車站基坑深度較深，施工單位也按相關規定委托施工監測單位進行加密監測，在監測過程中主要有以下體會:

(1)由于第三方監測均是在施工監測埋設點位基礎上進行的，點位埋設的質量就格外重要。在范湖車站基坑監測的過程中就存在部分監測點的布設不夠及時，從而損失了部分變形量，導致監測數據偏小等現象，在以后的監測工作中要加以注意。

(2)由于范湖車站的深層位移孔深度均在40 m以上，對測斜儀的性能要求較高。國產測斜儀由于精度所限，所測量的數據來回波動較為頻繁，對分析實際變形造成較大影響。對于重點基坑工作，建議應采用精度較高、穩定性較好的進口測斜儀。

(3)軸力計的安裝正確與否對監測數據的真實有至關重要的影響。在安裝過程中，與施工單位的配合格外重要。少量軸力計的安裝存在偏心問題，使得所測支撐受力數據也相對較小，不能真實反映受力情況。

(4)在實際開展工作中，通過施工監測與第三方監測數據的相互校核，可以確保監測數據的真實可靠，更好地服務基坑工程。同時，應及時按照一定的周期進行雙方監測數據的比對，出現偏差應查詢原因，及時改正，以免造成后期累加變形數據差異過大，從而影響對監測量的判斷。

(5)在出現監測數據變形過大或突變的情況下，要及時根據工程進展情況進行系統分析，對不確定的監測數據應及時進行返測。當數據超出相關規范要求時進行安全預警，同時加密監測頻率。并按照信息化施工的原則，與各方進行及時溝通，以達到用監測數據指導施工的目的。

5 結語

通過對武漢地鐵三號線范湖車站基坑第三方重點監測及險情的處理分析的實踐，有效地控制了險情的進一步發展，圓滿地完成了監測任務。通過第三方監測數據，及時提出預警供相關各方采取支護方案的調整與改進，在控制經濟成本的前提下，兼顧社會效益，也為同類地鐵基坑信息化施工提供了較為有意義的參考。

［1］ 陳書貴．淺談城市地鐵工程監測管理模式［J］．鐵道勘察，2011(4):81-83．

［2］ 中鐵隧道勘測設計院有限公司．武漢市軌道交通3號線一期工程設計施工圖［R］．武漢:中鐵隧道勘測設計院有限公司，2012．

［3］ 湖北省住房與城鄉建設廳，湖北省質量技術監督局．基坑工程技術規程:DB42/T159—2012［S］．武漢:湖北省住房與城鄉建設廳，2012．