監控量測技術在地鐵深基坑開挖施工中的應用

楊　勃，李曉偉（.陜西鐵路工程職業技術學院，講師，陜西　渭南　74000，.中鐵一局集團第五工程公司，工程師，陜西　西安　70043）

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監控量測技術在地鐵深基坑開挖施工中的應用

楊勃1，李曉偉2
（1.陜西鐵路工程職業技術學院，講師，陜西渭南714000，2.中鐵一局集團第五工程公司，工程師，陜西西安710043）

摘要：本文介紹了合肥地鐵一號線徽州大道站深基坑施工工程開挖概況，結合該深基坑施工鋼支撐的支撐方案，分析了深基坑鋼支撐控制的有效方法，尤其是對鋼支撐變形監控進行深入研究，為類型工程提供有效的借鑒經驗。

關鍵詞：深基坑；鋼支撐；監控量測

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.006

目前地鐵站場施工中，由于基坑深度過大，基礎失穩破壞極易發生。所以在深基礎施工過程中，對基坑的變形控制很有必要，為此結合合肥地鐵一號線徽州大道站深基坑施工鋼支撐的支撐方案，來分析深基坑鋼支撐控制的有效方法，尤其是鋼支撐變形監控進行深入研究，為類型工程提供有效的借鑒經驗。

1　工程概況

1.1車站主體結構湖南路站車站總長189.6 m，主體為地下兩層島式車站，其中地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，標準段處結構外包尺寸為20.90 m×13.25 m。標準段基坑深17.499 m，本站共設4個出入口和2組風亭，均為單層結構。見圖1所示。

圖1湖南路站基礎鋼支撐圖

1.2周圍環境條件湖南路位于規劃道路范圍內的丙子村房屋拆遷還有少量未完成，有少量民用電線桿。拆遷后為一片空地，施工場地比較開闊。湖南路大道站場地現狀主要為荒地、魚塘，地形較平坦，施工場地比較開闊，周邊環境相對簡單。湖南路站～濱湖車輛段出入段線明挖區間為一片開闊的農田，局部有少量房屋，且均已完成拆遷。徽州大道站有雨水、污水管，污水向北排放，雨、污水管在施工期間橫跨主體工程，采用貝雷梁懸吊處理（具體施工方案參見本方案內的排水方案）。

1.3工程地質條件本工程場地內的土層劃分為人工堆積層、第四紀沉積層、白堊紀基巖三大層。填土的成分復雜，力學性質差異很大，土體的自穩能力差，沉積層自穩性較好。根據地質情況，本區域特殊巖土主要包括填土、膨脹土、淤泥和風化巖，對工程的影響詳述如下：

填土：現場實測填土厚度約為0.3～1.7 m，填土以雜填土層為主，為松散土層，堆積時間短，力學性質差異大，穩定性差，會對基坑支護產生不利影響，需重點考慮填土層內土釘墻成孔質量，采用跟管鉆進工藝成孔。

膨脹土：粘土層具有弱膨脹潛勢，膨脹土具有顯著的吸水和失水收縮的變形性能，同時膨脹土還具有脹縮變形的可逆性，在吸水膨脹、失水收縮后，有再吸水再膨脹、再失水再收縮的特性，在膨脹力及其反復脹縮變形條件下，易造成基坑邊坡失穩和建筑物結構開裂。在基坑施工過程中，由于施工揭露，邊坡土質含水量發生變化，造成膨脹土變形加劇，容易在基坑邊坡部位形成淺層滑坡，從而造成基坑邊坡垮塌，因此基坑施工過程中應采取盡早封閉措施，防止基地和邊坡土體遭受長時間暴曬、風干、寖水等。

淤泥：本站區域內分布有水塘、魚塘，塘底普遍有淤泥分布，淤泥厚度為0.5～1.75 m，淤泥屬軟土，穩定性較差；基坑開挖施工前先挖出淤泥。

基坑開挖穿越的地層分別為人工堆積層、第四紀沉積層、白堊紀基巖三大層，具體為①填土，②粘土、②粉質粘土、③粘土、④粘土，⑥全風化泥質砂巖。

1.4水文地質情況地下水的類型，工程所處位置主要受上層滯水的影響。水位深度0.38～2.32 m，水位標高12.30～18.04 m，含水層主要為粉質粘土填土層，上層滯水主要受到大氣降水、管溝滲漏、綠化灌溉補給，主要以蒸發的方式排泄。隨季節大氣降水、綠化灌溉變化而變化，不具有明顯的多年連續升降趨勢。

2　鋼支撐施工

徽州大道站基坑標準段豎向設置三道鋼支撐，水平間距3.5 m，k 28+939.232～k 28+990.232豎向設置二道鋼支撐，水平間距3.5 m，小里程盾構段設置四道撐，水平間距3.5 m，內支撐采用ф 609，壁厚t= 16 mm的鋼管，第一道角撐為1 500 mm×1 500 mm× 300 mm的鋼筋混凝土撐，其余兩個為1 500 mm× 1 500m m×20 mm的三角形鋼板撐；腰梁采用2根50 C工字鋼，角撐豎向間距與鋼支撐相同，鋼管支撐采用2臺80 t履帶吊吊裝。

2.1鋼支撐施工流程基坑支護施工工藝見圖2所示。

圖2基坑支護施工工藝圖

2.2鋼腰梁及鋼支撐架設隨著基坑的開挖深度，逐層安裝縱向連系梁、鋼腰梁及鋼支撐（見圖3所示）。

圖3鋼腰梁斜撐節點平面圖

2.2.1鋼腰梁的安裝鋼腰梁的安裝順序根據開挖順序安裝，鋼腰梁結構為2根50 C型工字鋼雙拼。三角支架用L 100×12角鋼加工，用膨脹螺栓固定于圍護樁內，上端用可伸縮性的鋼筋與圍護樁內的鋼筋或膨脹螺栓連接牢固。

2.2.2鋼支撐安裝鋼支撐架設必須先撐后挖，嚴格按設計要求及時施加預應力（見表1）；鋼腰梁安設完成后，在鋼腰梁上放出支撐中心位置，立即進行支撐架設（見圖4）。

表1湖南路站鋼支撐預加力與軸力設計值

圖4鋼腰梁節點平面圖

3　基坑監控量測

3.1施工監測內容為確保施工期間結構穩定和安全，結合本工程地形地質條件、支護類型、施工方法等特點，確定監測項目基坑每一開挖段設一組墻體變形的監測點。

1）建（構）筑物沉降、傾斜監測項目監測范圍取基坑邊緣兩側各2.0 H（H為基坑開挖深度）范圍。

2）地下管線僅對污水、雨水、上水、燃氣等剛性、壓力管線進行沉降及差異沉降監測，監測范圍取基坑邊緣兩側各2.0 H范圍。

3）道路及地表沉降監測范圍取基坑邊緣兩側各2.0 H范圍。

4）車站基坑全部開挖面及支護體系。

對于其余監測項目的監測頻率，尚應根據設計要求和現場實際情況選定。

3.2周圍管線監測

3.2.1監測方法主要監測基坑開挖引起的地表變形情況。按一級變形測量精度等級，用精密水準儀、銦瓦尺與地面沉降監測相同的方法進行觀測、記錄數據處理。根據量測結果進行回歸分析，判斷基坑開挖對地表變形的影響。

3.2.2測點布置原則測點布設在基坑兩側10 m范圍以內，采用地質鉆孔機鉆孔成型后，放入PVC專用測管，及時做好孔口標高的測量記錄，四周用粘土填實。縱向50～100 m一個量測斷面，一個斷面布置1個測孔。

3.3圍護結構的水平位移及沉降監測

3.3.1監測方法圍護結構水平位移監測主要使用全站儀及配套棱鏡等進行觀測。水平位移的觀測方法較多，可以根據現場情況和工程要求靈活應用。常用的測量方法有：視準線法、小角度法、投點法、三角網法等。

3.3.2測點布置原則位移監測點按照20 m左右的間距布設在圍護結構上端。基準點和工作基點均為變形監測的控制點，基準點一般距離施工場地較遠，設在影響范圍以外，用于檢查和恢復工作的可靠性；工作基點埋設強制觀測墩，布設在基坑周圍較穩定的4個角，直接在工作基點上架設儀器對水平變形監測點進行觀測。

3.3.3量測頻率量測頻率見表2。

表2監控項目安全、警戒、控制值、監測頻率一覽表

3.3.4量測精度量測精度±1 mm。

對汾河流域節水灌溉發展水平的準確評價，是正確認識汾河流域節水灌溉發展水平、推動本區域節水灌溉發展的基礎，是制定區域節水政策、方案和措施的科學依據。近年來，節水灌溉發展水平綜合評價已經由最初的定性描述分析或定量數據比較發展到定性與定量相結合[1]，由依靠主要指標構建簡單的評價體系發展到利用多指標或多目標構建綜合評價體系。

3.3.5相應措施當圍護結構的水平位移及沉降超過預警值時，調整鋼支撐參數，或同時采用地層加固措施。確保圍護結構穩定。

3.4鋼支撐軸力監測

圖5（A）軸力計實物圖

3.4.1監測方法本工程主體明挖基坑開挖共設置了三道鋼支撐（小里程盾構井端四道）。采用軸力計（亦稱反力計）進行軸力測試。

3.4.2測點布置

1）監測點宜設置在支撐內力較大或在整個支撐系統中能夠起關鍵作用的支撐上。每道支撐的內力監測點3個，點位布置與豎向保持一致。見圖5所示。

圖5（B）軸力計埋設斷面圖

2）鋼支撐的監測截面根據測試儀器宜布置在支撐的端頭。

3）每個監測點截面內傳感器的設置數量及布置滿足不同傳感器的要求。

4）量測頻率：按3.3.3的表2執行。

5）量測精度：0.15%F.S。

6）相應對策：根據量測結果分析鋼支撐的受力情況，確定是否調整鋼支撐的參數。

7）部分軸力監測數值見表3。

表3湖南路站支撐軸力報告

4　監控量測控制標準

在信息化施工中，監測后應及時對各種監測數據進行整理分析，判斷其穩定性，并及時反饋到施工中去指導施工。根據以往經驗以《鐵路隧道噴錨構筑法技術規則》（TBJ108-92）的Ⅲ級管理制度作為監測管理基準（見表4）。

表4監測管理基準表

Un的取值，也就是監測控制標準。根據以往類似工程經驗、監測對象的有關規范及支護結構設計要求及招標文件“技術條件”的要求。

根據上述監測管理基準，可選擇監測頻率：一般在Ⅲ級管理階段監測頻率可適當放大一些；在Ⅱ級管理階段則應注意加密監測次數；在Ⅰ級管理階則應密切關注，加強監測，監測頻率可達到1～2次/天或更多。

5　監控量測信息反饋程序

現場量測數據處理，即時繪制位移—時間曲線散點圖，位移（u）—時間（t）關系曲線的時間橫坐標下應注明開挖工作面距離量測斷面的距離。將現場量測數據繪制成u—t時態曲線散點圖和空間關系曲線。

1）當位移—時間關系趨于平緩時，進行數據處理和回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規律；

2）當位移—時間關系曲線出現反彎點時，則表明地層和支護已呈不穩定狀態，此時應密切監視地層動態，并加強支護，必要時應立即暫停開挖，采取停工加固并進行支護處理；

3）根據位移—時間曲線的形態來判斷地層穩定性的標準；巖體變形曲線分三個區段，土體蠕變曲線見圖6。

圖6地層蠕變曲線圖

基本穩定區段：主要標志是變形速率不斷下降，即d 2 u/d 2 t＜0，為一次蠕變區，表示地層趨于穩定，其支護結構是安全的；

過渡區段：變形速率較長時間保持不變，即d 2 u/ d 2 t=0，為二次蠕變區，應發出警告，及時調整施工程序，加強支護系統的剛度和強度；

破壞區段：變形速率逐漸增加，即d 2 u/d 2 t＞0，為三次蠕變區，曲線出現反彎點，表示地層已達到危險狀態，必須立即停工加固。地層穩定性判別標準比較復雜，在評定地層穩定程度時根據工程的具體情況，采用上述3種標準綜合分析法，反饋于設計與施工應用。監控量測信息反饋程序見圖7所示。

圖7監控量測信息反饋程序

6　研究結論

1）經過嚴密的監測人員定期培訓，設備定期進行標定，數據采集和分析，基坑開挖安全順利完成。

2）監測過程中特別注意了溫度對數據的影響，所以在觀測時候每天的觀測時間是定時的，而且特別注意了氣溫的穩定性。

3）監測過程中特別注意了位移時間關系曲線的變化，選派專人觀測，專人繪制，及時報告和反饋，及時采取了正確的措施，保證基坑監測的可靠性。

通過嚴密的監控量測和鋼支撐體系的受力分析，項目技術人員能夠全面掌握側向土體的動向，達到對施工時間的良好把控，為調整開挖方式選擇提供了重要參考，同時確保了支架安全穩定，有力的保證了基坑開挖有序進行。通過本次監控量測達到了預期的良好效果，為施工正常保質，保量，完成奠定了良好基礎。

參考文獻：

〔1〕范斌，駱漢賓，周誠.武漢地鐵工程建設安全預警系統的設計與應用〔J〕.華中科技大學學報（城市科學版）. 2010 （01）.

〔2〕徐俊峰；風險工程監控量測體系在北京地鐵8號線西小口站的應用〔J〕.現代城市軌道交通. 2011（S1）.

〔3〕張元連；楊成斌；洞山隧道淺埋段施工中的監控量測工作〔J〕.工程與建設. 2013（06）.

中圖分類號：TU94+1 U231.3

文獻標識碼：B

文章編號：1006-8686（2016）01-0018-06