臨近地鐵站體和歷史風貌保護建筑的超大深基坑綜合監測技術

□文/閆 磊 趙 寶 鄭 彬 朱明華 張 敏

臨近地鐵站體和歷史風貌保護建筑的超大深基坑綜合監測技術

□文/閆 磊 趙 寶 鄭 彬 朱明華 張 敏

隨著科技的迅猛發展，建筑施工空間將逐步向地下開發，地下空間的開發利用日趨成熟化、常規化。某深基坑工程周圍緊鄰4座保護性建筑，其中最近處距離基坑僅4 m，位于重點保護建筑核心區，同時該深基坑還緊鄰城市已運營地鐵，與地鐵接觸長度達213 m，深基坑施工難度特別大。文章結合該工程在深基坑施工過程中所運用的各項監測技術，做了分析和總結。

地鐵；深基坑；保護性建筑；綜合監測

1 工程概況

某工程為大型商業建筑總建筑面積為203 300 m2，其中地下總建筑面積為66 200 m2，地上總建筑面積為137 000 m2，基底平面面積約 13 000 m2，基底標高-19.060 m，地處天津古河道上方，地下土層與工程相關部分多為淤泥質粘土，對基坑的整體穩定相當不利。基坑分為4個區，見圖1，采用地下連續墻作為圍護結構，地下連續墻寬1 m、深34.4 m，沿基坑周圍連續設置，各個區之間以臨時地連墻分隔，自成獨立體系。Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅳ區通過三道鋼筋混凝土桁架對撐與地下連續墻連接，共同作用保證基坑的整體穩定。Ⅲ區除首道為鋼筋混凝土內支撐，其余三道為伺服系統鋼支撐。

圖1 基坑分區

2 工程難點

該基坑一側緊貼已運營的地鐵站，與地鐵零距離接觸，中部僅間隔一道1 m厚地下連續墻。地鐵站體為地下3層，基坑埋深約21.46 m，盾構井埋深約22.61 m。基坑開挖深度19.060 m，與地鐵接觸長達213 m且地下結構局部與地鐵站體連通。如此銜接緊密的結構關系，對該基坑施工的監測，為基坑預警提出很高要求。

另外，基坑處于2座重點保護等級和2座特殊保護等級歷史風貌建筑核心區。2座特殊保護等級歷史風貌建筑緊鄰基坑，建筑物年齡均在81 a以上且距離基坑最近處僅為4 m。另外2座重點保護性建筑與基坑隔街相鄰。此4座歷史風貌建筑在歷史上都具有相當重要的意義，其中包括地標性建筑、歷史名人下榻旅館、國家級文藝匯演場所以及百年歷史老店。

除此之外，基坑四周緊鄰城市主干道，基坑周邊各類管線錯綜復雜，包括0.4 m輸配水管，1 m雨水管，0.8 m污水管，0.3 m天然氣管等，其中最近線路距離基坑僅1 m。基坑細微的變動及不合理降水都可能造成周邊管線下沉，出現管線破裂風險。

如此復雜的環境中進行施工，監測技術必須對基坑任何微弱的變化都要做到前期預測并及時報告可能發生的危險，這無疑對該工程監測技術提出了嚴峻挑戰。

3 綜合監測

3.1 開工前安全風險性評估

鑒于該工程難點較多、較復雜，在項目開工前聘請鑒定檢測中心對緊鄰的地鐵、4座保護性建筑及該工程本身進行前期安全風險性評估。

3.1.1 評估程序

包括前期準備—評估計劃—評估實施—評估報告—專項方案—方案實施等6個流程。其主要工作內容為風險識別；風險估計與評價；風險分級與清單編制；風險處置措施。

3.1.2 風險識別清單

工程周邊建筑沉降風險；周邊管線沉降、破裂風險。

3.1.3 風險等級評估

周邊建筑沉降和周邊管線沉降風險均為一級。

采用LEC安全風險評價法對工程自身風險進行分析。該方法認為影響事故危險性的3個主要因素為發生事故可能性的大小L；風險因素出現的頻繁程度E；事故發生后產生的危害C。而事故的危險性D=L·E·C。該工程基坑施工風險D值綜合評定結果為72，屬較大風險。

3.1.4 風險辨識

單元、安全風險事件、風險因素辨識結果見表1。

表1 風險辨識結果統計

3.1.5 風險處置措施

針對風險源，加強工程檢測。根據基坑設計施工說明以及相關規范要求情況，結合工程實際，需進行以下項目的監測：樁頂水平位移、沉降；圍護體定向水平位移（測斜）；鋼筋混凝土支撐軸向力；地下水位；地下孔隙水壓力、土壓力；基坑周圍地表沉降；基坑周圍建筑物沉降變形；基坑周圍地下管線沉降變形；圍護體鋼筋應力；土體分層沉降；土體水平位移；立柱變形。

按照監測頻率要求，在基坑開挖期間進行相關項目監測，監測數據預報警值對比，為預警工作提供重要數據依據。

3.2 地鐵監測技術

3.2.1 監測重點和難點

基坑圍護結構同地鐵車站、風道的圍護結構共用，受卸載和基坑降水等影響，基坑對應的地鐵里程DK12+971～DK13+220范圍內受基坑開挖影響較大應進行重點監測。臨近地鐵一側基坑的施工直接影響到共用圍護結構的穩定，進而影響到地鐵站體及軌道。因此，對地鐵車站及附屬結構的全面監測，直接關系到地鐵安全運營。

3.2.2 監測項目及監測頻率

地鐵車站監測項目見表2。

表2 地鐵車站監測項目

地鐵車站監測頻率見表3。

表3 地鐵車站相關監測頻率

3.2.3 監測布點情況

靜力水準儀共布置48個監測斷面，見圖2。

圖2 地鐵站體地下三層靜力水準儀監測布點

J1～J5、J21～J24為地鐵隧道區間監測斷面，J6～J20、J30～J44為地鐵車站監測斷面。車站位置每個監測斷面間隔為10 m，共計布設30個監測斷面 (J6～J20、J30～J44)。隧道區間共布設 18個監測斷面(J1～J5、J21～J44、J25～J29、J45～J48），每個監測斷面間隔15 m，在左右線結構及軌道道床均布設監測斷面及監測點。在車站及隧道接觸部位存在兩個結構縫，在這兩個結構縫位置兩邊各布設一個斷面（J5～J6、J20～J21、J29～J30、J44～J45），并且該斷面距結構縫距離為0.5～1.0 m，加強對結構縫的變形監測。

地鐵車站、隧道共計布設36個隧道、道床結構水平、豎向位移監測斷面，在車站位置，地鐵車站每個監測斷面間隔13 m，共計布設24個監測斷面。地鐵隧道在距結構縫1 m位置布設一個監測斷面，向隧道方向每隔25 m距離布設一個監測斷面，隧道區間共計布設12個監測斷面，在左右線結構及軌道道床均布設監測斷面及監測點。

地鐵車站附屬結構地面位置，每隔8～12 m布設一個沉降監測點，共計布設15個附屬結構沉降監測。

負一層底板上每隔20 m布設一個豎向位移監測點，共計布設11個豎向位移監測點。

基坑施工開始之前，應對所有監測點位進行測量，得到本項目地鐵保護區監測初始值，為以后的監測數據對比分析提供依據，切實保證地鐵安全運營。

3.2.4 監測成果分析

對于地鐵站體，本例選取地下三層靜力水準儀監測進行分析總結，地下三層為地鐵運營的主要空間，也是整個地鐵站體最為重要的環節。因此，該處的穩定與否直接關系到地鐵及乘客的安全。

地鐵站體地下三層J37豎向位移監測點整體變化較為平穩，變化量在±2.00 mm范圍內波動；累計變化量最大值則在17 mm左右出現波峰，后期呈逐漸下降趨勢；而變化率除個別點位變化較大（-0.30 mm/d），其余均較為平穩，見圖3。整體而言，地鐵站體呈現穩定安全狀態，各項指標均在可控范圍之內。

圖3 地鐵站體J37點豎向位移監測

地鐵車站附屬結構——地鐵風亭與基坑僅相隔一道地下連續墻，基坑的微弱變形都可能影響到地鐵風亭的結構安全穩定。因此，本例選取變化最大的地鐵風亭豎向監測結果進行分析，見圖4。

圖4 地鐵風亭及通道沉降監測布點

地鐵風亭豎向位移數據統計表顯示，變化量均在±1.00 mm內波動，而累計變化量最大值在11.00 mm左右，變化率在-0.20～0.30mm/d范圍內波動。所有指標均在可控范圍內，地鐵風亭處于安全穩定狀態，見圖5。

圖5 地鐵風亭TD6豎向位移監測數據

3.3 重點保護性建筑監測技術

3.3.1 監測重點、難點

4座重點保護等級歷史風貌建筑距離基坑分別為4.0、4.9、14.7、22.5 m，均距離基坑較近且都處于基坑影響范圍之內。基坑微弱的變形都可能引起保護建筑不均勻沉降，而歷史風貌建筑大多歷史悠久，結構承載變形的能力較差，很可能使結構產生裂縫，進而影響正常使用。為此，綜合考慮重點保護性建筑的結構構造，在4座重點保護性建筑周邊布設足夠的沉降監測點，進而對建筑物的沉降及傾斜情況進行全面監測。

3.3.2 沉降監測布點情況及監測頻率

作為地標性建筑，也是4座重點保護建筑中距離基坑最近的歷史風貌建筑，在該建筑周邊設置8個沉降監測點，基坑施工階段每天對其沉降情況進行監測，見圖6。

圖6 沉降監測點布置

3.3.3 監測成果分析

通過對每天的監測數據進行整理并繪制豎向位移各項指標折線，見圖7。該地標性建筑每天的沉降量均在1 mm左右范圍內波動，累計沉降最大值在13 mm左右，沉降頻率則主要在0.150 mm/d范圍內波動，累計沉降頻率則逐漸趨于平緩。該地標性建筑主體總高為32 400 mm，累計傾斜率為建筑主體總高的1%時為危險點（即324 mm）。所有指標均顯示地標性建筑沉降情況處于可控狀態，地標性建筑處于安全狀態。

圖7 保護性建筑B5點豎向位移監測數據

3.4 基坑監測技術

3.4.1 監測重點及難點

圍護結構的變形導致墻后土體的卸載，在土體本身的自平衡作用下，將會產生土體流動，進而影響到周邊建筑、管線的穩定。坑外水位的變化則主要是由坑內降水引起，由于圍護結構不能保證100%的密實不透水，則在基坑降水過程中，在水頭差作用下必然導致坑外水位變化。當坑外水位變化較大時，將造成水土流失，進而影響坑外建筑、管線的穩定。因此，對基坑全方位的監測就顯得尤為重要。

3.4.2 監測項目及監測布點情況

該基坑等級為一級基坑，屬于超深基坑，監測項目及監測布點情況見圖8和表4。

圖8 地下連續墻深部水平位移監測布點

表4 基坑監測布點

3.4.3 監測頻率

監測頻率見表5。

表5 基坑相關監測頻率

續表5

3.4.4 監測成果分析

該工程地下連續墻深度達34.5 m，基坑開挖深度為19.06 m，基坑內部均勻分布3道混凝土內支撐，則地下連續墻頂部水平位移在墻外土體作用下變化較大。監測點位JC29處于基坑跨度最大部位中部臨時地連墻上，變化情況較為顯著。由圖9可以看出，變化量在±3.00 mm范圍波動；而累計變化量則出現峰值16 mm后趨于恢復平穩狀態；變化率也相應出現波動后趨于平穩。這一波動表現在兩側基坑都開挖后，臨時地連墻在沒有土體作用后，逐漸恢復原位趨勢。所有指標均在可控范圍之內，基坑處于安全狀態。

圖9 地下連續墻深部JC29點水平位移監測數據

4 結語

作為深基坑施工的眼睛——深基坑綜合監測技術，將地鐵站體、基坑及周邊重要設施所處情況及微小變形，通過科學有效的測量方法反映到具體數值或曲線，使項目管理人員更加直觀地了解工程安全穩定情況并根據數值或曲線的變化趨勢，預測即將發生的變化以及可能造成的危險，提前做出防范措施及處理措施，實現深基坑信息化施工，將大問題化小、小問題化無，確保深基坑施工安全。

□趙 寶、鄭 彬、朱明華、張 敏/中建一局集團建設發展有限公司。

TU753

C

1008-3197（2015）06-01-05

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.001

2015-09-27

閆 磊/男，1987年出生，工程師，中建一局集團建設發展有限公司，從事工程技術管理工作。