地鐵旁深基坑工程監測實踐

瞿少尉

(上海申元巖土工程有限公司，上海 200011)

1 引言

在樁基施工及基坑開挖過程中，由于受地質條件、荷載條件、材料性質、施工條件和外界其他因素的復雜影響，很難單純的從理論上預測工程中可能出現的問題，而且，從理論預測值還不能全面、準確的反應工程的各種變化。因此，需在理論指導下制定周密的監測計劃，明確監測目的，并嚴格實施計劃，使參建各方能夠完全客觀真實地把握工程質量，同時對可能發生危及基坑結構及周圍環境安全的隱患進行及時、準確的預報，確保工程及周邊環境的安全。本次監測的目的是：及時發現圍護結構施工過程中的周邊環境變化發展趨勢，及時反饋信息，達到有效控制基坑施工對周邊環境的影響；及時反映基坑施工過程中由于基坑開挖產生的坑外土體的動態變化，明確各施工階段對坑外土層的影響，及時分析可能出現的事故隱患；通過監測及時調整支護系統的受力均衡問題，使整個基坑在開挖過程中始終處于安全、可控的范圍內；及時掌握立柱樁的差異沉降狀況，保障基坑施工過程中支撐體系受力穩定；客觀、準確反映基坑支撐軸力的受力變化情況。使施工單位及時掌握基坑的穩定情況等；了解降水過程中，坑內外水位的變化情況。通過監測及早發現已存在或可能存在的基坑止水帷幕滲漏問題，分析可能出現滲漏的原因，并提請施工單位進行及時、有效的補救措施，防止施工過程中發生大面積涌砂現象；通過監測數據與預測值作比較，判斷上一施工工藝和施工參數是否符合或達到預期要求，及時調整工藝及參數，確保順利實現下一施工進度控制，從而切實實現信息化施工；及時將現場監測結果反饋給設計單位，使設計根據現場工況發展，進一步優化方案，達到優質安全、經濟合理、施工快捷的目的。

2 地質概況

根據勘察中間資料，本工程場地地質條件如下。

2.1 場地土分布與特性

擬建工程場地位于上海市虹口區北外灘地區，地貌類型屬濱海平原。場區地基土屬軟弱場地土。

第①1層雜填土以砼塊、磚塊、石子等建筑垃圾為主，砼塊直徑5～30cm左右，混少量粘性土。

第②層褐黃-灰黃色粉質粘土，為中等壓縮性，可塑狀態。

第③層灰色淤泥質粘土夾砂質粉土和第④層灰色淤泥質粘土，為流塑狀的高壓縮性土層，為天然地基的主要壓縮層。

第⑤層粘性土，可分為3個亞層，第⑤1層灰色粘土，軟塑、高等壓縮性；第⑤3層灰色粉質粘土，可塑、中等壓縮性；第⑤4層灰綠色粉質粘土，硬塑、中等壓縮性。

場地埋深在30.0～69.0m以下分布有第⑦層粉砂性土，密實，中等壓縮性，夾薄層粉土，土質均勻，層面平緩，層面埋深在43.0m左右。

場地埋深47.4m以下分布有第⑧1層粘土，密實，中等壓縮性，土性極好。

2.2 場地地下水情況

擬建場地地下水類型有淺部土層中的潛水、中部土層(第⑦層)和深部土層(第⑨層)中的承壓水。本工程地下室五層，基坑開挖深度約為25～27m，淺部的潛水和第⑦層承壓水均與本工程建設密切相關。

3 施工概況

本項目位于上海市虹口區提籃橋街道HK324-01號地塊，東至公平路、西至丹徙路、南至東大名路、北至東長冶路。建設規劃用地面積：23037.2m2；總建筑面積：約243258.4m2。本工程分為四個區塊進行實施：A區：開挖面積約7257m2，開挖深度25.1-27m，圍護結構采用地下連續墻和六道鋼筋混凝土支撐體系；B區：開挖面積約10072m2，開挖深度25.1m，圍護結構采用地下連續墻和五道鋼筋混凝土支撐體系；C1，C2區：開挖面積約1778m2，開挖深度13.9m，圍護結構采用地下連續墻和四道支撐(第1道為鋼筋混凝土支撐、第2～4道鋼筋混凝土支撐+鋼管支撐)體系。基坑分區詳見圖1。

圖1 基坑分區布置圖

本項目基坑自開挖至底板澆筑的時間歷程為，A區：2018-9-28～2019-1-27，歷時約4個月；B區：2019-7-18～2019-12-7，歷時約5個月；C1區：2019-10-14～2019-12-6，歷時約2個月；C2區：2019-11-22～2019-12-6，歷時約1個月。

4 監測實踐

4.1 監測項目

圍護體系監測：圍護結構頂部沉降及水平位移；圍護結構測斜；立柱豎向位移；支撐軸力；坑外潛水水位及坑內外承壓水水位；坑外土體測斜。周邊環境監測：坑外地表沉降；地下管線的垂直及水平位移；鄰近建(構)筑物沉降及傾斜監測。

4.2 監測重點及難點

本工程鄰近多幢優秀歷史保護建筑，同時周邊有多少市政道路、管線等敏感保護對象；并且有正在運營的地鐵12號線，在基坑實施期間需嚴格控制變形確保各項設施的安全及正常運營。因此基坑周邊環境保護要求極高

場地內部存在較多老建筑拆除之后遺留的基礎及樁基等地下障礙物，障礙物的分布范圍已經影響到了圍護結構、樁基礎等的施工，因此需要先行清除后方可進行施工，清障過程中要對周邊環境的保護也是本工程的重點之一。

因此本項目監測工作的難點是地處鬧市區，且緊鄰運營的地鐵12號線，周邊環境復雜；監測點類型多、數量多，監測點的安裝埋設工序復雜；監測點分布在整個施工區內，測點保護難度較大。

4.3 監測數據與分析

本項目監測內容及測點數量眾多，本文選取重要及典型數據進行總結分析，因圍護結構側向變形至關重要，作為重點分析對象。

圍護結構測斜數據：因土方開挖打破坑內外荷載平衡而引起圍護體系向坑內側發生位移，隨著土方開挖深度的加深，位移曲線弧度逐漸增大，位移最大點也逐漸下移，最大變形出現在開挖面以下3～5m。說明基坑開挖過程中隨著深度的不斷加深，墻后主動土壓力在縱深方向也在增大，導致墻體日變形及累計變形相對增大。各測孔的變形原因及變形時間，主要與土方開挖順序、位置、深度及支撐形成的速度有關。地下結構施工，圍護體的變形主要產生在各道支撐拆除期間，支撐力度的釋放，外側土壓的位移，產生相對量的變形趨勢，變形規律與實際工況相吻合。C區基坑靠地鐵側開挖至大底板完成的最大變形量約23mm,詳見圖2，3；C區與A區中隔墻在基坑開挖期間的最大變形量約90mm,詳見圖4；A區與B區中隔墻在基坑開挖期間的最大變形量約104mm，詳見圖5；B區南側在基坑開挖期間的最大變形量約150mm，詳見圖6。

圖2 C1區地鐵側測斜變形曲線

圖3 C2區地鐵側測斜變形曲線

圖4 C區與A區中隔墻測斜變形曲線

圖5 A區與B區中隔墻測斜變形曲線

圖6 B區南側測斜變形曲線

圍護頂、立柱及水位數據：垂直位移的變形規律主要因土方開挖過程中，坑內土體大量卸載，土體力度釋放，墻頂、立柱產生較大的上升趨勢，從變形趨勢得出，在每層土方開挖過程中，變形趨勢較為明顯，待下道支撐體系形成，各測點趨于穩定。坑外潛水水位與承壓水水位在基坑施工過程中，大部分測點變化相對穩定；個別測點數據波動較大，主要有兩方面原因：1.坑外雨水回灌；2.坑內進行承壓水降水施工的影響。最大變形量見表1。

支撐軸力數據：在進行每層土方開挖過程中，隨著土方面積的擴大，支撐軸力的受力值也相繼增大，并且隨著深度的加深，軸力值達到一個相對較大的峰值，整體處于受壓狀態，局部點位達到設計累計報警值，在監測工作中立即加強巡視，查看支撐體系是否產生裂縫，周邊環境是否產生較大的影響。待下層土方開挖完成，支撐體系形成后，各道支撐軸力相對穩定。綜上所述，在基坑開挖過程中，隨著深度的不斷

表1 墻頂、立柱、水位最大變形數據匯總(單位:mm)

加深，支撐受力逐道加大，下層支撐承擔的荷載逐漸超過上層支撐，表明圍護體變形最大點逐漸下移，與測斜數據相符。自適應支撐系統在土方開挖過程中，因施工速度快，能達到快挖快撐的效果，及時將坑外所產生的土壓力在很短的時間內固結，并且隨著深度的不段加深，外側土壓力的增大，及時調節自適應支護系統，將支撐體系和圍護所產生的變形趨于平衡；從C1和C2兩個區塊施工過程中，各測點均變化不大，在可控的變形范圍內，并達到設計所預期的變形值，從而最大程度的減小對地鐵線路的影響。最大變形量見表2。

周邊環境數據：周邊管線及鄰房變形主要發生在土方開挖階段，管線最大沉降量達到-262mm，鄰房最大沉降量達到-114mm。土方開挖引起圍護體系向基坑內側發生位移，致使外側土體產生位移，各測點產生下降趨勢，并且隨著施工推進，時間周期的延長，多個測點達到日變形及累計報警值，作為監測單位及時提醒項目各方重視，組織各管線單位進行技術交底，在后續施工過程中應加強觀測，加強巡視，并由管線單位組織專員進行聽漏巡檢，確保在項目實施過程中的安全。

5 結 論

通過該工程實例，尤其是作為臨近地鐵項目開挖的變形監測，重要性不言而喻，地下工程施工對原有土體的擾動，勢必會造成各種關聯變化。不同施工階段和不同施工工藝所造成的變形也不盡相同。就本工程而言，在各施工周期對基坑本體、周邊環境所產生的影響和變形也不盡相同，但總體上本項目變形數據相對較大，各方對監測數據也引起了高度重視，積極采取措施，確保項目安全。

基坑工程監測是一個系統性的工作，各個監測項目有著內在的相互關聯，相互印證，為防止基坑變形過大，在設計上增強支護體系強度及各項參數，在坑底進行地基加固，制定合理的基坑降水方案，在施工上優化施工方案，采取分層、分塊，對稱、平衡、限時的原則，注意減少時空效應并加快施工進度，確保工程質量，綜合各種措施才能控制基坑本體及周邊環境的變形，從而確保工程安全。