監控量測對地鐵明挖深基坑施工的指導作用

地鐵明挖深基坑是我國迅速發展的領域，通常采用樁撐聯合支護[1]、垂直開挖方式進行，同時通過全程監控量測和信息反饋實現動態設計及信息化施工管理[2]，但是由于地鐵工程施工任務重、時間緊，往往出現施工監測重要程度認識不夠、施工監測組人員投入不足或監測人員經驗匱乏而形同虛設、監測點位破壞后未及時補設、施工現場無法滿足監測作業條件等現象。

結合某地鐵車站明挖基坑施工中監測數據分析及監測日常管理，說明監測對地鐵明挖深基坑施工所起作用，希望引起地鐵建設管理者的重視。

1 工程概況

某地下雙層島式站臺地鐵車站南北設置，主體為一柱兩跨雙層鋼筋混凝土框架結構，采用?800 mm@1 400 mm鉆孔圍護樁和4道?609 mm內支撐聯合支護、坑外降水方案。車站標準段埋深16.18 m，盾構井埋深17.8 m，結構總長169.8 m、寬18.5 m、高13.65 m，頂板覆土3.4 m，兩端連接盾構區間。

原勘察資料顯示該站場區以粉質粘土層為主，由于站位更改，勘察資料未及時更新，施工圖紙設計階段仍按照原工程地質條件進行設計。場區實際地層從上至下依次為1.5 m厚雜填土、0.5 m厚粉質粘土、15 m厚淤泥質粉質粘土和2 m厚粉細砂，地下水豐富。

基坑東側30 m處有一市政道路，周邊100 m范圍內無市政管線、建（構）筑物。

2 監測項目設計及實施

監測遵循系統性、可靠性、與設計圖紙結合、關鍵部位優先兼顧全局、與施工相結合以及經濟合理等6項原則，建立以水平方向監測為主、豎直方向為輔監測體系，制定樁體測斜、樁頂水平位移、鋼支撐軸力、地表沉降、樁頂沉降、地下水位監測及現場安全巡視共7項現場監測項目，便于監測數據相互校核及關聯分析。

2.1 變形控制標準及管理

按照一級基坑變形控制標準實施，利用累計變形量及變形速率“雙控“指標衡量，見表1。

表1 變形控制標準

監測日常管理制度參考TBJ 108—92《鐵路隧道噴錨構筑法技術規則》的Ⅲ級監測管理并配合變形速率作為監測管理基準，當各項目監測點位變形速率連續3 d超過變形速率控制值50%時同樣報警。

2.2 監測頻率及調整

監測頻率[3]應密切配合施工進度，隨施工進度及監測數據變化情況及時調整。

1）當基坑土方開挖深度h≤5 m，3 d一次；當5 m＜h≤10 m，2 d一次；當10 m＜h≤15 m，1 d一次；當h＞15 m，2次/d。

2）當結構底板澆筑完成后t≤7 d，2次/d；當7 d＜t≤15 d，1次/d；當15 d＜t≤30 d，3 d一次；，當t＞30 d，7 d一次。

3）當主體完工3個月且變形曲線已經平緩，變形速率≤0.02 mm/d時，可以停止監測。

4）上述監測頻率為正常施工情況下的頻率，當監測項目“雙控“指標接近或超過報警值時，自行加密監測點位及頻率[4]，當出現工程事故或其他因素造成監測項目變化速率突然增大，啟動監測應急搶險措施，保證監測頻率、監測點位及監測信息及時有效的反饋相關部門，為各部門作出正確決策提供準確的數據保障。

2.3 監測作業實施方法

監測網包括基準點、工作基點及變形監測點。由于實際工程地質與設計采用地質相差較大，監測方法必須可靠、成熟，采用新方法時必須用其他監測方法給予校核，保證監測數據準確、可靠及連續。

根據類似工程監測經驗，樁頂水平位移監測最難保證數據準確、可靠和連續，結合本工程施工場區狹小、機械設備來回作業、長距離通視困難等特點，介紹一種可靠、成熟的樁頂水平位移監測實施方法。

樁頂水平位移監測控制網同全線測量控制網一致，水平位移監測基準點（不少于3個）通過附和導線聯測GPS測量控制點將測量控制網引入監測控制網，便于定期檢核、校正，而后將基準點坐標轉化為以基坑軸線為X方向、垂直軸線為Y方向、坐標原點在基坑西南角的獨立坐標系統下，由轉化后的基準點作為控制網點實施水平位移監測，監測點測量方法采用后方交會法與極坐標法相結合，來確保監測數據準確。

2.4 監測信息反饋

監測成果及時整理和分析，評價并預測結構、環境、地層的穩定情況和變形發展趨勢，判斷施工方法、設計參數的合理性并提出建議，便于設計和施工方案不斷優化、調整。

監測正常時信息及時反饋，異常情況時采取短信、電話等方式即時反饋給各相關部門，是實現施工動態設計和信息化施工的重要手段，也是實現科學、高效、合理組織管理的核心內容，同時也是保證施工和環境安全、降低成本重要舉措，必須高度重視。

3 數據分析及變形預測

該車站施工圖設計階段使用的場區工程地質資料與實地不符，易造成工程安全存有隱患，為盡可能避免工程安全事故，及早發現變形并預測變形發展趨勢顯得尤為重要。

場區地下水供給充足、降水困難，現場施工機械交叉作業，地表監測點在土方開挖1個月全部破壞，但多處累計沉降值已達報警狀態，本文選取標準段同一監測斷面處樁體測斜及樁頂水平位移兩項監測數據進行分析，預測支護結構變形發展趨勢。見圖1和圖2。

圖1 樁體測斜監測時間-位移曲線

圖2 樁頂水平位移監測時間-位移曲線

5月8日該部位挖深5 m，第一道支撐未及時架設情況下繼續開挖，造成樁頂以下10 m范圍樁體7 d內不同深度水平變形2.5～4 mm，5月15日樁體測斜累計最大變形9.13 mm，踢腳處水平位移量5.58 mm，此時樁頂水平位移累計量已由6 mm變為18 mm，綜合監測數據來看，最大水平位移發生在樁頂處，踢腳處水平位移量占樁體最大位移量的61.1%，說明場區土體受地下水影響較為軟弱，易造成基坑失穩，樁頂水平位移變形速率較快，累計量較大，說明必須及時架設支撐，防止頂部位移進一步增大引起周邊地表開裂，如遇到降水滲入將軟化樁間土體，降低基坑安全度。

5月15日基坑挖深8 m，第二道支撐超挖1 m架設，引起樁體深11 m范圍出現較大速率變形，樁身6～7 m位置最大速率2 mm/d，至17日挖深至10 m，樁體測斜水平變形3～4.2 mm，累計值最大為12.34 mm，樁頂水平位移變形累計值20 mm，綜合監測數據來看，最大水平位移部位雖為樁頂部位，但第一道支撐對樁頂變形已起約束作用，樁身6～7 m位置變形速率較快且踢腳處水平位移量占樁體最大位移量的49.4%，此趨勢發展對基坑整體穩定極為不利，同時已經顯現出樁體變形是后續監測控制的重點，必須加強監測和現場巡視，同時建議第三道支撐較原設計上方1 m位置架設并請設計部門理論驗算否對基坑變形控制有利。

由于基坑支護采取適當補強措施，土方開挖步序及時調整，第三道支撐較原設計上方1 m位置架設，有利控制了變形發展，至6月10日基坑挖深至基底位置，樁體變形均可控，樁體測斜累積變形最大值22.7 mm，樁頂水平位移累積變形27.6 mm，樁頂沉降累積變形4.5 mm。

當6月13日臨近基坑15 m處有一重600 t大型機械持續24 d作業時，基坑可控趨勢被打破，樁體測斜急劇變化，速率最大3 mm/d，至7月7日樁體測斜8～11 m深度范圍累積變化值已達40.10～41.4 mm，600 t大型機械離場后變形逐漸趨于穩定。

4 建議

1）施工單位應完成承包工程需要的所有施工監測工作，對工程監測質量負責，是監測工作的第一責任人，工程實施全程加強對施工監測的監督和管理工作，充分發揮施工監測的作用，必須確保施工監測數據真實、可靠，及時反饋，有效指導施工。

2）工程施工過程信息的及時獲取和反饋是關鍵，建設單位宜建立信息化共享平臺，建設、監理、監測和施工等單位同時參與其中，及時將有用信息上傳和獲取，真正意義上實現信息共享、動態施工管理。

3）監測點位埋設確保合格，施工過程交叉作業，極易對監測點位造成破壞，監測點位破壞后必須及時補救或增設，原點位累積變形量納入新設監測點位變形量，保證監測數據連續。