富水地層明挖地鐵車站監測技術探究

王輝

摘要：地鐵明挖車站深基坑工程是一項非常復雜的綜合性巖土工程，在施工過程中內外土體的應力狀態都會直接引起土體變形，本文以兗州南站預留二期地鐵車站工程為例，開展明挖法施工地鐵車站在粉質黏土質富水地層中深基坑監測技術研究，簡要說明了監測的作用和必要性，詳細闡述了對于富水地層明挖施工的監測方法及觀測數據的分析處理。為在建工程或后續類似工程的建設提供一定的依據和指導。

關鍵詞：富水地層;地鐵車站;深基坑降水

1 基坑工程監測的重要性

通過這幾年來發生過的工程事故案例可以看出，由于不重視深基坑施工時的監控量測，有些工程發生了較嚴重的事故，因此，對于深基坑工程進行監測顯得至關重要。

尤其在富水或軟土地層進行基坑開挖時，明挖施工有危險性，并且很有可能誘發災害，對人民生命和財產造成損失。所以，施工時應選用合理的加固防護措施，施工階段應加強對本工程及周邊環境的監測、管理，妥當應對突發的事件。

2 工程概況

魯南高鐵兗州南站市政配套交通預留二期工程位于兗州南站高鐵站站房北側廣場地塊內部，車站大致南北向布置。本次施工為提前預埋，本站預埋部分為地下一層島式車站，地面層為站廳布置。車站主體總長約148.13m，車站自南向北方向縱向坡度為2‰下坡，站臺寬度為13m，標準段基坑寬46.36m，頂板覆土約1.3～1.8m，標準段底板埋深約12.25m。本站為地下一層采用雙柱三跨箱形框架結構，車站兩端均接明挖結構，無盾構區間，無需設置盾構井，車站共設有4組風道、2個出入口及二處無障礙垂直電梯、四個安全出口。

本站基坑圍護結構采用放坡+鉆孔灌注懸臂樁。車站圍護結構標準段采用：樁頂放坡+φ1000@1300鉆孔灌注懸壁樁的支護型式+φ800@1300高壓旋噴樁止水帷幕的圍護形式。車站大里程端頭局部地方采用樁頂放坡+φ1200@1400鉆孔灌注懸壁樁的支護型式+φ800@1400高壓旋噴樁止水帷幕的圍護形式。

3 工程地質及水文地質概況

本工程地處于山東省西南部，屬淮河流域南四湖水系。穩定水位埋深6.0～6.5m，水位標高36.36～36.86m，現狀地下水位位于粉質黏土③1層，局部在黏土③層，下面砂層為富含水層，具體情況見表1、表2。該層地下水主要接受側向徑流及越流補給，以側向徑流、人工開方式排泄。其地下水徑流的大體方向是西南向東北補給。

4 深基坑監測等級

兗州南站預埋地鐵站位于兗州南站高鐵站房北側廣場地塊內部，根據對其地質勘探的結果分析，本工程建設不會產生地面塌陷、地裂縫等地質災害。

周邊可見兗州高鐵南站站房地上部分在施工。對本工程施工影響較小，依據《城市軌道交通監測技術規范》（GB50911-2013）中相關規定，本工程自身風險等級為二級、周邊環境風險等級為四級，工程地質條件復雜程度為簡單，確定本項目監測等級為二級。

5 施工監測內容及監測項目

監測對象為明挖基坑圍護結構和周邊環境監測。基坑支護結構監測對象為圍護結構;周圍環境監測對象主要為工程周圍地表沉降、地下水位、魯南高鐵路堤沉降。

6 監測技術方案

6.1 樁頂水平位移和豎向位移監測

樁頂水平位移和豎向位移監測點在基坑開挖前，使用無變形的監測基準點，連續三天同時段進行對監測點進行數據采集，監測數據的較差滿足規范要求時，取平均值為初始值，并在基坑開挖前將監測點初始值報告報批。

通過觀測點各期高程值計算施工的各個階段沉降量、階段變形速率、累計沉降量等數據。分析觀測數據應注意以下幾點：

（1）測點的穩定性分析基于穩定的基準點作為基準點而進行的平差計算成果;

（2）相鄰兩期觀測點的變動分析通過比較相鄰兩期的最大變形量與最大測量誤差（取兩倍中誤差）來進行，當變形量小于最大誤差時，可認為該觀測點在這兩個周期內沒有變動或變動不顯著;

（3）對多期變形觀測成果，當相鄰周期變形量小，但多期呈現出明顯的變化趨勢時，應視為有變動。

6.2 樁體深層水平位移監測

由于圍護結構頂沉降及水平位移監測項目只能對圍護結構頂部位移進行監控，圍護樁體深層變形情況難以預知，樁體深層水平位移監測的設置是對基坑開挖階段圍護樁體縱深方向的水平變位進行監控，其數據與樁頂水平位移數據、樁頂沉降數據聯合分析，反映圍護結構立體變化情況，才能真實全面反映施工期間整個支護體系的變形情況。

用測斜儀對圍深層水平位移進行監測，采用專用測斜管，測量時，測頭與測斜儀讀數器連接擰緊固定，將測頭對準管內卡槽插入測斜管內，應緩慢下放測頭到測管底部，然后由管底自下而上沿標尺標記0.5米測讀一次數據，并保存數據。測讀完畢后，將測頭旋轉180°插入同一對導槽內，按以上述方法重測一次，同一深度位置的正反兩數據的絕對值應該相同，當讀數不正常時應重新測量。

將測斜管分成n個測段，每測段長度為 ?，在某一深度上測得兩對導輪之間的傾角，通過計算可以得到這一區段位移 ?，某一深度位移 ?，在進行第j次監測時，所得某一深度相對于前次位移。

6.3 ?地下水位監測

主要是對基坑開挖期間進行監控，以防止圍護結構漏水造成大量水土流失，導致基坑外圍的地面沉降。

采用鋼尺水位計進行監測地下水位，鋼尺水位計由測頭、電纜刻度鋼尺、報警音響器等組成，測量時，讓線盤自由轉動后，按下電源按紐，把測頭放入水位管內，手拿鋼尺電纜，讓測頭緩緩向下移動，當測頭接觸到地下水時，音響器連續發出蜂鳴聲，此時記錄鋼尺位于管口的距離，可以得到水面到管口的距離，計算管口的標高與測得的距離，可以得到地下水位的標高數據。

6.4 樁體內力監測

鉆孔灌注樁內力采用振鉉式鋼筋應力計進行量測。鋼筋應力計的埋設：先通過螺紋與鋼筋桿連接，將鋼筋桿與主筋對焊，要保證焊接面積，為避免儀器過熱損壞，需要采取過熱保護，可以用浸水的毛氈降溫，引出的導線用膠布綁扎固定，灌樁時，需要告訴操作工人插拔導管注意保護應力計。

對鋼筋計導線和傳感部分做防水;安裝前要統計核對鋼筋計與信號線，編號不能有差錯;鋼筋計焊接必須保證質量;鋼筋計安裝好后，基坑開挖施工前測量原始數據。

用頻率計實測振弦式鋼筋應力計頻率的變化，根據出廠時標定的頻率～應力率定值，求得應力變化值。

計算公式：

式中：K為率定系數，單位（kN/Hz2）

F0為應力計初始頻率，單位（Hz）

Fx為應力計測試頻率，單位（Hz）

αs為實測鋼筋計的應力，單位（MPa）

S為應力計截面積，單位（m2）

7 監測信息分析整理

外業信息采集是整個監測工作中的重點和核心，測點埋設的標準性、儀器操作的規范性、讀數的規范合理性直接影響到監測數據的科學與準確。

監測現場工作在實際開展中通常包括：監測點埋設、監測點保護、初始值采集、日常監測、監測點維護、地現場巡視。通過對工程結構主體及周邊環境的監測與巡視，獲得監測數據與信息。

由于來自操作人員、監控儀器及設備、環境條件（日照、溫度）等因素，會造成測量誤差。因此，在監測數據處理過程中，要對原始測量數據進行可靠性分析，評判原始測量數據的準確性，分析大 小、來源和類型，發現監測數據波動較大時，應分析是監測對象實際變化還是監測點或監測儀器問題所致。難以確定原因時，應進行復測，防止錯誤的監測數據影響監測成果的質量。

8 結束語

通過兗州南站預留二期地鐵車站工程實例，開展明挖法施工地鐵車站在粉質黏土質富水地層中深基坑監測技術研究，詳細闡述了對于富水地層明挖施工的監測方法及觀測數據的分析處理，為在建工程或后續類似工程的建設提供一定的依據和指導。

參考文獻

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