地鐵大型車站深基坑支護自動化監測與變形控制研究

馮連友

鼓樓區中交三航局第三工程有限公司

地鐵大型車站深基坑支護自動化監測與變形控制研究

馮連友

鼓樓區中交三航局第三工程有限公司

地鐵車站深基坑施工過程中形變控制要求高，基坑監測是安全施工的重要保障。由于地質、水文、施工條件以及外界各因素對地鐵基坑監測點的布置、監測頻率、數據分析等均有較高要求，常規的監測方法不能實時快速地反應基坑本身變形和對周圍構筑物的動態影響。運用自動監測技術實施連續動態監測，在線進行數據分析，隨時掌握基坑及周圍構筑物的變形，可以很好地解決這個問題。

地鐵工程；深基坑；自動化監測；變形控制

青島市黃島區為上軟下硬地質，土質比較復雜，上部多為淤泥質軟土，且淤泥質軟土的靈敏度較高，下部為堅硬巖層，在進行地鐵基坑支護以及土方開挖時，風險較大。因此，運用基坑支護變形監測自動化處理的手段，控制好施工過程中的安全問題，是保證基坑施工安全，推動城市軌道交通平穩發展的必要手段。

1 工程概況

青島地鐵R3線一期工程一標二工區包含兩站一區間，“兩站”為嘉年華車站和靈山衛車站，“一區間”為嘉—靈區間。靈山衛站位于泰山東路與閱武路十字路口東側，沿泰山東路東西走向布置。泰山東路規劃道路紅線30m。車站南北兩側為多層住宅。車站主體結構為地下二層單柱雙跨鋼筋混凝土框架結構，車站總長為190m。本站共設4座出入口，其中兩個為預留出入口，設2座風井風道。站臺寬度12.0m，有效站臺長度80米。車站標準段寬度為20.7m，覆土厚度3.28～3.75m，底板埋深16.77～17.24m；車站西端為擴大段，寬度為22.48m。車站主體結構采用明挖順作法施工，主體結構基坑標準段深度約18.0m，圍護結構采用1000@1200mm鉆孔灌注樁及609mm、壁厚t=16mm內支撐支護；附屬結構均采用明挖法施工，支護結構采用鉆孔灌注樁及內支撐的支護形式。車站小里程端接嘉年華站～靈山衛站區間明挖段，含出入段線及區間正線；車站大里程端為靈山衛站～黃海東路站區間，采用暗挖法施工。

靈山衛車站地層自上而下主要為：第1層素填土層(表層10cm水泥路面)、第4層淤泥、中粗砂、第6層淤泥質粉質粘土、第7層粉質粘土、第16層強風化帶、第17層中風化帶、第18層微風化帶，整體為上軟下硬地層。

2 自動化監測系統

2.1 系統構成和功能

深基坑自動化監測系統是利用傳感器技術、信號傳輸技術，以及網絡技術和軟件技術，從宏觀、微觀相結合的全方位角度，來監測影響基坑及圍護結構安全的各種關鍵技術指標。通過數據采集、查詢分析、預報預警功能，使監測管理人員隨時掌握基坑開挖過程巖土及圍護結構變位表現，進行分析判斷基坑的安全狀態，有效防范和遏制重特大事故發生。

該系統還可以依托智能的軟件系統，建立分析預警模型，實現與短信平臺結合，當發生異常時自動向監測管理人員發布即時消息，便于盡快啟動相應的預案。深基坑自動化監測系統由基坑區傳感器、數據采集裝置、基坑區信號發射接收及處理裝置、監測單位機房及計算機管理系統、數據庫在線系統、APP在線、監測預報預警系統組成。自動化監測流程見圖1。

2.2 監測元件安裝

根據地質條件和周邊環境分析，參照《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012規定，本基坑支護結構的安全等級為一級。

監測項目有基坑圍護樁的沉降、水平位移、圍護樁傾斜、鋼支撐軸力、地下水位變化等。

圍護樁傾斜：圍護樁澆筑時預埋測斜管，基坑開挖前將固定式測斜儀裝入相應測斜管內。

支撐軸力監測：根據設計要求，在相應鋼支撐上安裝軸力計。

水位監測：在設計的靜態水位孔內埋入自動化水位計。

沉降位移監測：根據設計的監測斷面在樁頂設置沉降位移監測樁。(見圖2)

2.3 應用效果實例

為保證基坑開挖安全，防止基坑發生透水事故，靈山衛站在基坑開挖過程中進行了基坑四周地表注漿處理。注漿過程中，由于注漿壓力過大、注漿速度過快，樁體傾斜及支撐軸力數據出現異常變化，由于自動化監測系統具有實時采集、傳輸數據的特性，監控中心很快發現問題并預警，經過對數據進行對比分析，快速找到問題原因并進行整改，注漿停止后，樁體傾斜及支撐軸力數據出現正常回彈。此次問題從自動化監測系統預警到處理問題僅用了15分鐘時間，可見自動化監測系統具有實時、高效的特點。

靈山衛底層圍巖等級較高，巖層堅硬，開挖時采用爆破施工。爆破過程中，支撐軸力出現異常變化，自動化監測系統快速發現軸力異常并通知管理人員進行軸力調整，排除了潛在的安全隱患。

由以上兩例可以看出，自動化監測系統具有實時、高效、快速的特點，同時，自動化監測技術與傳統監測相比，節省了人工、成本，為施工單位帶來了一定效益。

3 深基坑的變形控制措施

(1)開挖地鐵深基坑，第一層宜采用混凝土支撐進行支護，以防因深基坑施工造成坑頂變形過大；(2)把握好深基坑開挖后的無支撐狀態時間，注意位移的時間效應，盡量做到“即挖即撐，隨挖隨撐”，避免由于施工不當或工期、工序安排不合理造成深基坑變形過大；(3)可在基坑內適當位置設置鎖腳梁，達到基坑支護效果；(4)在深基坑進行開挖前，對預測可能變形較大的基坑內區域進行土體加固，能夠在一定程度上限制坑底隆起、周圍地表沉降和結構的側移。

圖2 基坑監測布置示意圖

綜上所述，深基坑自動化監控系統元件具有安裝簡單、體積小、重復使用率高、操作簡單易懂的優點，屬于智能傻瓜型的監測模塊，便于監測人員隨時掌握監測信息，運用到地鐵深基坑施工中，能夠保證地鐵深基坑工程的安全施工。

[1]沈雯.自動化采集及傳輸技術在深基坑施工中的應用[J].建筑施工 ,2016,38(03)：266-267+270.

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[3]王梅.濕陷性黃土地區下穿隧道深基坑上跨運營地鐵盾構隧道自動化監測技術[J].建筑安全,2016,31(10)：56-58.