天津某地鐵車站基坑開挖監測技術研究

王曉燁

摘 要：在地鐵施工建設中，往往需要進行基坑開挖。由于基坑內外壓力的變化，引起土體的變形，對鄰近建筑物造成影響。因此，需要對基坑及鄰近建筑物進行變形監測，本文基于筆者多年從事基坑變形監測的相關工作經驗，以天津市某基坑開挖對建筑物影響的監測為例，介紹了監測方案，并對不同的數據處理模型進行對比研究，得出對于本項目變形監測中精度較高的數學模型。

關鍵詞：基坑 變形監測 數據處理 精度

中圖分類號：TU443 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0027-02

近幾年，隨著科學技術的不斷發展，很多城市都開始修建地鐵，深基坑工程是地鐵項目的一個重要組成部分，其規模越來越大，深度越來越深，因此深基坑開挖和支護成為地鐵工程的熱點和難點。由于基坑開挖引起的變形會對周邊建筑物構成威脅，使得在施工期間引起的基坑變形及基坑穩定狀況成為許多設計和施工單位廣泛關注的問題之一，故有必要對支護結構及周邊環境實施監測，為勘察設計施工部門及時提供監控資料，避免造成不必要的經濟損失和社會影響。

變形監測是掌握基坑形變規律以及對周邊環境影響進行評價的有效手段，在建筑物興建、施工、運營階段都起著重要作用。通過變形監測，分析基坑形變規律，以及對周邊建筑物影響的變化趨勢進行有效的預測，對基坑和建筑物的安全監控，確保建筑物安全運營具有重要意義。本文以天津某基坑的監測為例，對變形監測的數據進行處理分析，對觀測量進行預報并與實際沉降量進行比較，以確定模型的有效性。

1 工程概況

此基坑位于天津某地鐵車站。在基坑開挖的施工過程中，基坑內外的土體將由原來的靜止土壓力狀態向被動和主動土壓力狀態轉變，應力狀態的改變將引起土體的變形，因此會對鄰近建筑物造成影響。此次觀測的目的就在監測基坑的開挖對鄰近建筑物造成的影響，以及了解鄰近建筑物的變形情況，從而控制開挖基坑的進度來保證工程的安全，最終保證周圍幾座建筑物的安全。

1.1 基準點和監測點布設方案

基坑監測工作于2014年6月17日開始布點，總計觀測20次。在基坑上布設變形監測點，平面位置上力求對稱，做到全面監測，突出重點。監測項目主要是對基坑旁3號、4號、5號樓進行沉降監測。本次共布監測基點5個（ZB1、ZB2、ZB3、ZB4、BM1），水平位移監測點9個（全為基坑邊監測點，編號為JC1～JC9，間距約20m，距基坑邊線約0.2m），沉降監測點16個（11個水平位移監測點同時作為沉降監測點，建筑物沉降觀測點為5個，編號為3D-1、3D-2、4D-1、4D-2、5D-1）。6月19日對監測點進行了初始數據的觀測，初次觀測獨立觀測兩次，取其平均值作為初始數據，并對基點進行了聯測。在基坑開挖過程中，每3～4天進行一次觀測，若沉降觀測點的沉降量出現異常，則對各觀測點進行加密觀測。

沉降監測測量儀器選用Leica DNA03數字水準儀，水準尺為與DNA03配套的Leica編碼標尺。在觀測之前水準儀和水準尺經過嚴格檢驗。我們的控制點（BM1）選取在距離基坑200m以外比較牢固的建筑物（6號樓）上，控制點（BM2）選取在距離基坑200m以外比較牢固的建筑物（4號樓）上。

1.2 建筑物沉降觀測數據計算及分析

對建筑物一共布設了5個監測點，以基準點BM1為起點，BM1高程為10.00m。觀測流程為由BM1→5D-1→3D-1→3D-2→4D-1→4D-2→BM1形成一個觀測閉合環，每次觀測結束利用△h=∑a-∑b≤1.0（路線距離）檢查記錄的數據和計算是否正確，精度是否合格，然后，調整高差閉合差，推算出各沉降觀測點的高如有超限應當返工。經計算得出閉合水準路線全長閉合差為0.21mm，路線長為0.8703km，閉合差限差為±4=±3.8mm，故初次觀測完全符合二等水準測量要求。由于觀測數據很多，這里取前10期建筑物沉降觀測數據進行分析研究：（1）計算各觀測點本次沉降量：Δh=本次觀測所得的高程Hi為上次觀測所得的高程Hi-1；（2）計算累計沉降量：ΔH=ΣΔh；（3）計算沉降速率：ν=沉降量/觀測天數，有觀測數據繪制建筑物監測點沉降觀測曲線圖，各點沉降量如圖1所示。

根據觀測數據成果計算各觀測點的累積沉降量如表1所示。

沉降觀測數據表明：大部分房角沉降觀測點變化很少，其中最大的變化是4D-1（-0.97mm）和3D-1（-0.95mm），但監測點的累積變化量小于警戒值，已有支護結構能維持基坑邊坡的穩定，目前基坑處于穩定狀態。

2 對建筑物的監測點的數據分析

根據3號、4號和5號樓沉降觀測數據為例，對沉降量和觀測天數進行線性回歸分析，依次可求得各觀測點沉降量y與監測天數x的線性回歸方程及相關系數。

由表2發現，點4D-1的線性關系最顯著，點5D-1的線性關系最不明顯。

根據回歸方程對各點數據進行回歸，可獲得相關的統計數字，如置信度、回歸值、F檢驗值等，并對相關系數進行顯著性檢驗。得出各點實測累積值和回歸分析值，將實測累積沉降值與回歸分析沉降值繪制成圖（如圖2所示）。

通過回歸分析的結果可以看出，其回歸分析值和實際觀測值一般都有一定差異，但總的分析曲線的走勢大致一致，通過此線性回歸即可做沉降觀測的變形預測，做好對將來建筑物的安全預報。由圖2可知累積沉降的回歸分析值并不能準確地反映其沉降量，和實際的累積沉降有一定的差異，但在反映點與點之間的沉降差異方面卻有很好的反映：（1）通過回歸分析可發現點3D-11和點4D-1沉降最快，而離基坑較遠的點5D-1則沉降的比較少。（2）點3D-1和點4D-1沉降比較均勻，其余三點沉降發生不均勻變化。根據它們累積沉降的不同也可以分析后期建筑物的傾斜情況，從而更好地控制，作好防御措施。

3 結語

本文立足于深基坑沉降變形監測的方案設計及數據分析處理，以天津某車站深基坑沉降變形監測為實例，闡述了變形監測的方案設計與數據處理，并根據不同的數據處理模型對變形趨勢的預測預報的有效性進行了對比分析。采用線性回歸預測模型對監測數據進行處理分析能夠簡單、快速、準確地得到深基坑沉降變形狀況以及對周邊建筑物的影響，并對下一次沉降量進行預報，能為驗證基坑開挖及保證周邊建筑物的安全，提供必要的數據和評價資料。

參考文獻

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