地鐵車站基坑圍護結構的施工監測與分析

楊 磊

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地鐵車站基坑圍護結構的施工監測與分析

楊 磊

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隨著我國城市建設的快速發展，城市軌道交通向三維空間發展也已成為我國各大城市的主流發展趨勢。而在地鐵的建設中，不可避免的要產生地鐵車站這一基坑工程。由于地鐵車站一般都修建在商業文化中心以及人口和周圍建筑較密集的地區，受施工場地的限制，地鐵車站基坑的施工不能采取常規放坡開挖的方法。因此，對基坑圍護結構的設計施工以及監測技術的研究尤其重要?；诖耍疚墓P者將結合工程實際，著重分析探討地鐵車站基坑圍護結構的施工監測，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

地鐵車站；基坑圍護；監測

1、地鐵車站基坑圍護結構的施工監測原則

1.1 系統性原則

1）與所設計的監測項目有機結合，并形成有效四維空間，測試的數據相互能進行校核；2）運用、發揮系統功效對基坑進行全方位、立體監測，確保所測數據的準確、及時；3）在施工工程中進行連續監測，確保數據的連續性；4）利用系統功效減少監測點布設，節約成本。

1.2 可靠性原則

1）采用的監測手段是成熟或基本成熟的方法；2）監測中使用的監測儀器、測試元件均通過計量標定且在有效期內；3）對布設的測點制定有效的保護措施；4）有可靠的備用方案，對重要的控制點要有備用點，一經損壞能夠及時恢復。

1.3 與結構設計相結合原則

1）對結構設計中使用的關鍵參數進行監測，達到進一步優化設計的目的；2）對方案專家評審會上提出的問題有針對性地布置監測工作，以作為反演分析的依據；3）依據設計計算情況，確定結構的報警值；4）依據業主、設計單位提出的具體要求調整監測布點。

1.4 關鍵部位優先、兼顧全面的原則

1）對結構中相當敏感的區域，合理加密測點數，進行重點監測；2）對勘察工程中發現地質變化起伏較大的位置，施工過程中有異常的部位進行重點監測，加密點位，加強頻率；3）除關鍵部位優先布設測點外，在系統性的基礎上均勻布設監測點。

1.5 與施工相結合原則

1）結合施工實際工況確定測試方法、監測元件的種類、監測點的保護措施；2）結合施工實際工況調整監測點的布設位置，準確反饋基坑變化情況盡量減少對施工質量的影響；3）結合施工工況實際確定監測頻率。

1.6 經濟合理原則

1）監測方法的選擇，在安全、可靠的前提下結合工程經驗盡可能采用直觀、簡明、有效的方法；2）監測點的數量，在確保全面、安全的前提下，合理利用監測點之間聯系，減少測點數量，提高工作效率，降低成本。

2、地鐵車站基坑圍護結構的施工監測點布置

2.1 工程概述

武漢市軌道交通4號線二期工程從黃金口站至首義路站，線路全長16.857km，其中高架線3.2km，敞開段0.15km，地下線13.507km，有地下車站11座，高架站2座，設黃金口停車場1處和王家灣主變電站1座。

2.2 地面控制網的布設

控制點布設的具體要求為：結合沿線地形和平面高程控制網點（業主提供）情況，要求所選控制點覆蓋整個監測區，離被監測點的轉站數一般須控制在2站之內。

2.3 地下監測控制網布設

在盾構工作井內設置2～3個井壁水準點，通過該點進行地面和地下水準聯測，地下水準網隨盾構的推進而延伸，地面和地下控制網必須納入統一系統。

2.4 軸線地表監測點及斷面監測點的設置

本工程中，先將整個盾構的推進軸線放于實地，根據軸線放樣地面監測點。根據工程監測技術大綱，本區間段屬于二，三級監測等級，所以在軸線上布設沉降監測點時，按正常區域5環（7.5m）布置1點，同時在軸線走向上每25環（37.5m）布置1條監測斷面，在軸線左右兩側按近密遠疏原則設點，斷面最遠點距離與隧道埋深成45°角關系，每個斷面設7-13個測點。出、進洞段在條件允許以及確有必要的情況下酌情布設深層沉降點（標準地表樁），深度為3～5m左右。左線測點代號Z，右線測點代號Y，編號以所在環號表示，同一斷面各點從左至右順序編號。

出洞段（試推進段）前100m為監測重點。監測區縱向長100m（約67環）。沿隧道中心線每4.5m（3環）布置1個沉降監測點，沿隧道縱向設5排監測斷面，分別在12環、24環、36環、48環、60環處布設斷面，主要監測隧道中心及盾構推進中心區域的地表變形情況。

以上各監測點若遇到地表有結構硬層覆蓋，則用取芯機鉆穿硬結構層，再用長約800mm的Ф16mm螺紋鋼插入結構層下的土體中，并澆搗黃沙以固定鋼筋，避免監測數據的失真。具體形式如果1所示

圖1 地表沉降監測點安裝示意圖

2.5 建（構）筑物沉降監測點設置

為了及時反映隧道推進區上方建筑物變形情況，需在隧道埋深一倍范圍內建（構）筑物上設置沉降監測點。監測點布設在各建（構）筑物的結構柱、墻角或承重墻的中間部位，盡量利用建（構）筑物上原有的沉降觀測釘，如果沒有測量標志，可在離墻角50cm處的墻面采用沖擊鉆鉆孔、埋入彎成“L”型的Φ10圓鋼筋、用混凝土澆注固定進行安裝，或用射釘槍直接打入鋼釘于相應部位.

2.6 管線沉降監測點布設

對盾構埋深1倍范圍內的市政管線進行布點監測，監測點間距控制在15m～20m左右，埋設時對有閥門、窨井的管線可用測桿等設置直接觀測點；對某些重要管線應布設直接監測點，采用人工挖井，把管線暴露出一段，采用抱箍的形式布置直接點（見圖2）；或用小螺鉆鉆孔取土，鉆至管頂，用相應長度的鋼筋，一端垂直焊接在一塊小圓形鋼板上（尺寸稍小于套筒內徑），然后用特制膠水把小鋼板粘貼在管頂，外加PVC套管保護，套筒外側回填粘土進行布設（見圖3）。在沒有條件開挖或小螺鉆鉆孔取土的部位，可在管線上方設間接監測點，但測點須穿過路面結構層，以盡量獲取準確的變形數據。

圖3 采用小螺鉆形式的監測點安裝示意圖

2.7 隧道收斂、拱頂拱底沉降監測點布設

拱頂沉降監測點（隧道頂部、底部）布置間距為5環設置一個監測斷面，做到與地表軸線點相對應，盾構始發與接收端、聯絡通道附近、施工出現異常、管片結構出現開裂地段應加密布設監測點。隧道收斂（兩腰位置）直線段斷面布置同上，曲線段適當加密。（見圖4）

2.8 巖溶處理沉降監測點布設

為了及時掌握鉆孔灌漿時對周圍地表的影響程度和范圍，在無建（構）筑物及地下管線的區域，應布置地表沉降剖面監測點進行垂直位移監測。以鉆孔點中心為圓心，沿著相互垂直的兩條直徑，每個半徑上布設一個斷面，每個斷面3個點，間距為5m、10m及20m。軟土區，內插長約500mm的Ф16mm螺紋鋼長鋼筋，回填黃沙固定。硬土區，若現場條件允許，同軟土區一樣內插鋼筋，不允許的話，則布設不銹鋼釘作為間接點。

圖4 隧道常規監測點布設圖

監測工作必須隨施工需要實行全程跟蹤，為確保施工安全，監測點的布設立足于隨時可獲得全面信息，監測頻率必須根據施工現場的工況變化，實時反映推進情況。確定原則如下：1）正常施工時期2次/天，如遇到沉降差異過大的情況，加大監測頻率。2）施工后期沉降數據穩定后，1次/月。

3、地鐵車站基坑圍護結構的施工監測方法

3.1 沉降監測

按國家二等水準精度要求，進行各監測點高程測量，所有采用水準測量的監測項目（如建、構筑物沉降、地表沉降、地下管線沉降等）皆納入監測基準網中，共同組成一閉（附）合水準路線進行觀測。

監測基準網由基準點和工作基點組成。測量基準點在施工前埋設，經觀測確定其已穩定時方才投入使用。穩定標準為3次觀測值不超過2倍觀測點精度?；鶞庶c不少于3個，并設在施工影響范圍外（4倍埋深）穩定的位置處（下有較長基樁）。監測工作基點沿著隧道方向，每隔100-200m布設一點，應在施工前布設，也可在施工期間根據實際的需要，進行加密。工作基點盡量選擇布設在施工影響外（3倍埋深），相對穩定的位置處，特殊情況可選在施工區域，但須加強與周邊基準點或工作基點檢核，頻率應為2周聯測1次，如監測數據出現異常，應馬上聯測。監測基準網應定期（1-2個月）全部聯測以檢驗其穩定性，并采用有效保護措施，保證其在整個監測期間的正常使用。。

選用LeiCaDNA03精密電子水準儀（標稱精度±0.3mm/km）及LeiCaNA2光學水準儀（標稱精度±0.5mm/km），配套條型碼尺進行測量，外業觀測嚴格按規范要求的二等精密水準測量的技術要求執行。為確保觀測精度，觀測措施制定如下。1）作業前編制作業計劃表，以確保外業觀測有序開展。2）觀測前對電子水準儀及配套因瓦尺進行全面檢驗。3）觀測方法：往測奇數站“后—前—前—后”，偶數站“前—后—后—前”；返測奇數站“前—后—后—前”，偶數站“后—前—前—后”。往測轉為返測時，兩根標尺互換。4）測站視線長、視距差、視線高要求見表1：

測站觀測限差見下表2：

兩次觀測高差超限時重測，當重測成果與原測成果比較其較差均沒超限時，取3次成果的平均值。

沉降監測外業完成后，對外業記錄進行檢查，嚴格控制各水準環閉合差，各項參數合格后方可進行內業平差計算；內業計算采用水準平差軟件按間接平差法進行嚴密平差計算，高程成果取位至0.1mm。各監測點高程初始值在監測工程前期兩次測定(兩次取平均)，某監測點本次高程減前次高程的差值為本次沉降量，本次高程減初始高程的差值為累計沉降量。

表1 測站視線長、視距差、視線高等要求

表2 測站觀測限差

圖5 拱頂沉降測量方法示意圖

3.2 水平位移監測

選用TopConGPT-3002N全站儀（測角精度指標為±2.0″，測距精度指標為1mm+2ppm），采用軸線投影法（準直線法）進行觀測。在某條測線的兩端遠處各選定一個較為穩固的工作點A、B，經緯儀架設于A點，定向B點，則A、B連線為一條基準線；觀測時，在該條測線上的各監測點設置覘板，由經緯儀在覘板上讀取各監測點至AB基準線的垂距E，某監測點本次E值與初始E值的差值即為該點累計位移量，各變形監測點初始E值均為取兩次平均的值。另外，在施工影響區域外布置若干個場地基準點，用全站儀定期檢測各工作點的穩定性，若發現工作點有所位移，則及時對其坐標進行修正，以提高水平位移觀測精度。

3.3 拱頂、拱底沉降測量

由于精密水準尺長度為2～3m，而隧道內徑為5.4m，故拱頂沉降測量無法用水準測量方法實施，本次采用水準儀加5m鋁合金塔尺在該環正、倒尺觀測方法測量。計算公式為：

注：H為拱頂高程；H0為隧道結構沉降監測點高程；h1、h2為正、倒尺讀數。

（見圖5）

3.4 隧道收斂測量

管片襯砌凈空收斂測點布置在隧道拱腰處，主要使用全站儀測量兩點之間的距離變化。用收斂量測結果判斷隧道的穩定性。

3.5 裂縫監測

裂縫寬度的監測宜在裂縫兩側粘貼平行標志，用游標卡尺直接測量；裂縫長度的監測宜采用直接量測法進行觀測。裂縫寬度的量測精度不宜低于0.1mm，裂縫長度的的量測精度不宜低于1mm。

總而言之，地鐵車站深坑基在施工中經常會發生變形等問題，如變形在地鐵施工事故中所占比例較大。導致深基坑變形的原因很多，如支撐結構出現變形、支撐軸力發生變化、立柱變形、地下水位不合理等，都會對深基坑變形產生影響。因此，應根據深基坑變形的特點，進行基坑圍護結構的監測，確保工程的安全進行和順利完工。

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