軌道交通車站主體工程的基坑監測

張 杉, 劉志勇, 張 杰

(浙江華東測繪與工程安全技術有限公司,浙江 杭州 310005)

1 工程概述

農業東路站是鄭州市地鐵5號線第10座站臺，是地下三層三跨箱式框架構造的島式車站。車站建設在農業東路與祭城路交叉路口，跨農業東路建造。車站中心里程是YDK12+546.475，車站整體長度是170.2 m，站臺的寬度是13 m，站臺有效長度是140 m，站臺標準段寬度是22.3 m；中心里程頂板上蓋土達4 m厚，主體結構標準段寬度是22.3 m，深度大概在24.2 m，盾構井段基坑的寬度是26.5 m，深度大概在25.7 m。

農業東路站臺地況單元是黃河沖積平原，地貌單元是山前洪積緩傾平原。整個場內地勢平緩，地表高程為87.06～96.34 m，地面除1.5 m厚的雜填土之外，構成的物體主要是黏性粉土、粉質黏土、粉細砂以及細砂，實際的地質情況要看農業東路站臺項目工程地質特點。

深基坑護圍墻頂端水平位移、頂端豎向位移對基坑項目工程安全性有著顯著的影響，若是其出現太大位移變化，極其容易產生：①深基坑護圍墻發生搖晃，致使護圍墻傾斜得過大而倒塌；②支撐體系被損壞，從而導致基坑項目的安全出現問題。因此，現在使用的標準很多都是把護圍墻頂端水平位移、頂端豎向位移監測列為三種級別深基坑項目工程一定要開展的監測項目。至于護圍墻深層水平移動，在護圍構造比較長的時候需要監測這個項目，能夠反映護圍結構沿著深度方向上各個方面的平移曲線，而且能夠及時確定最大位移數值和它的區域，所以一、二級別安全等級的深基坑都需要進行這方面的監測。內部支撐太長的時候要設立支柱樁。深基坑護圍結構如圖1所示。

內部支撐給護圍墻帶來抵擋基坑外部土壤壓力的能力，因此內部支撐的穩定情況對于基坑項目的安全性極為關鍵。對于基坑項目而言，只要使用到內部支撐或是錨桿的，都需要對內部壓力展開監測。

立柱出現的水平位移或豎直位移太大時，會致使內部支撐系統失去穩定，從而影響基坑的安全性，所以依據《城市軌道交通工程監測技術規范》(GB 50911-2013)，對于立柱水平移動和豎直移動，監測級別在二級以上的基坑都要進行監測。另外，因為地下工程對水極為敏感，所以需要對地下水勢實施相應的監測。

2 車站深基坑監測的目的與方法

2.1 監測的目的

深基坑是讓地鐵站臺作業有序進行的核心保證，實際作業之中經常會發生很多超出預估的事情，例如地層性質具有較為明顯的離散性和變異性，在作業實施時的支撐防護機構在受力情況下表現出經常的動態改變狀況，并且預計與評估所選擇的特殊參數也會缺少代表性。為了保證深基坑作業的品質，就需要增強作業時的監測，這可以給現場作業提供一些科學的依據，避免地鐵車站深基坑作業發生嚴重質量問題，并對相應的發生問題的深基坑挖掘作業計劃開展及時、高效的調整，將其當作基坑作業和規劃等步驟的關鍵補充形式，以盡力保證四周房屋建筑和基坑支撐防護結構的安全。

2.2 監測的方法

從整體上看，深基坑監測目標重點涉及鄰近環境和護圍構造這兩個核心點，而且對于其中任意一個點的監測都包括很多作業程序，以求能夠對最后的監測結果提供高效保障。目前實際監測深基坑動態變化的時候，大多采用的是沉降監測方式，具體包括支撐軸力、地下管道線路豎直移動、樁墻深層撓曲監測方式、護圍墻頂水平移動方式，以及使用得最多的肉眼巡視方式等。這類監測方式的使用能夠在很大程度上確保對深基坑的監測真實準確，能夠有效找出深基坑在實施作業時出現的形變的情況。例如，在進行深基坑作業的時候，常遇到的形變主要由護圍結構的形變、基坑四周土壤主體的下沉和移動、坑底凸起等。

不管深基坑的作業品質是什么樣情況，只要深基坑作業之中發生了形變質量情況，就會對后期地鐵車站的建造和作業的實施造成不好的影響。對深基坑作業進行監測時，需要注意根據現場作業的真實狀況，對監測目標選用合適的監測方式，挑選最好的監測點位。若是考慮地鐵車站和深基坑作業自身對深基坑四周護圍結構和四周地層造成的干擾，在現實的深基坑監測作業之中優先選擇地下不間斷墻發生形變點位、地面豎直位移點位作為重點監測點位，如此能夠更加確保深基坑監測作業的總體品質。

3 監測主要內容

3.1 沉降觀測

沉降觀測需要依照《城市軌道交通工程測量規范》(GB/T 50308-2017)形變檢測規定，依照二等規定開展適當的導線進行觀測。在進行檢測時需要依照下列規定：

(1)進行觀測以前對全部水準儀和水準尺按規定實施校對，并進行登記，在運用的時候不可以隨意替換。

(2)按時開展外圍水準點的校對、檢查測點，保證參數信息的精準和連續。

(3)要把水準尺按規定放在觀測點位，觀測點若是存在污泥或污水要及時處理，確保水準尺在觀測點上。若是水準尺無法豎直在點位或是被移動了，需要及時登記。

(4)觀測視線不可以穿過玻璃或別的讓視線出現跳躍的介質；所有測站需要正確清晰地將數字讀出，包含前后視讀數和間距，確保達到規定標準。

3.2 水平位移監測

水平位移采用全站儀進行觀測，在監測的過程中應嚴格執行以下規定：

(1)使用觀測儀時，若有陽光直射，需要用傘遮陽，以防對觀測數據造成影響。所示儀器設置在外表光潔的區域的時候，要將腳架的支架用線連接，以防儀器滑動。

(2)在使用儀器的三腳架的時候，需要在沒有振動的狀態下實施觀測，這樣不影響測量的準確性。

(3)一旦儀器發生一點點問題，需要馬上進行檢查修理，否則會讓儀器產生更大的損壞，而后儀器的監測精度將受到影響。

(4)在將儀器從箱內取出之前，要弄清楚儀器是怎樣擺放的。取出儀器或將儀器裝箱的時候，不能握在顯示單元下端，也不可以抓住鏡筒，否則會讓儀器內部元件遭受影響，致使儀器測量不準確，而應抓緊儀器底座或是望遠鏡支架下端。在儀器使用完畢以后，先把鏡面蓋蓋上，將外表灰塵擦去。放到箱內的時候要確定放好，保證將箱子蓋上后嚴絲合縫，不存在一點問題。

3.3 支撐軸力監測

登記的人確定好需要檢測的軸力計或是應力計號碼以后，把傳感裝置和儀器連接，使其保持一定時間的靜止，讀數的時候要保證儀器溫度與讀數是穩定狀態，登記的人把信息登記上，測量3次得出平均數據，每一次波動在1 Hz以內。混凝土支撐軸力剛開始的數要在混凝土支撐保養結束以后去搜集，由于在保養時混凝土出現緩慢變化，但是鋼筋變化速率要低于混凝土變化速率，混凝土軸向形變速率要比鋼筋變形速率高。這樣的變形速率的差異肯定會使得二者間附加內力，所以會出現軸力測量數據偏大的狀況。

3.4 墻體深層水平位移監測

墻體深層位移監測使用伺服加速度式CX-901F儀器實施觀測，每0.5 s讀1次，儀器的技術標準為：輪距500 mm，全長70 mm，分辨率是0.01mm/500mm，測量范疇是±30°。監測儀器自主搜集，自主計算。在監測時需要依照下列要求：

(1)測量前要檢查儀器的穩定性、靈敏度、重復性等狀況。

穩定性檢查方法：連接儀器和探頭以及插頭以后，打開電源，待穩定1 min后將探頭豎直倒立在穩定的物體上，觀察儀器上的參數，保證不受別的振動影響，等到最后一位數穩定在±3之間的時候，就能確定儀器在穩定運行。

靈敏度檢查方法：把探頭滑輪向兩個方向傾斜，觀測二者的參數變化情況，要是其中一個向著增大變化，另一個向著減小變化，并且增加與減少的量的變化大，就表示儀器靈敏度正常。

重復性性檢查方法：把探頭放在斜管內3 m的地方，穩定以后讀數，之后把探頭取出再進行同樣的操作，若是讀數一致或偏差在0.5之內，表明儀器重復性正常。

(2)測試前，需要在斜管口做記號，每一次電纜深度都需要用這個標記當作起點。

(3)把探頭向著滑輪傾斜的時候，數值增大的方向是正向，正向朝著基坑方向，在探頭正向做記號，所有測試時都要向著統一方向，先測正向，后測反方向。

(4)探頭放至規定深度以后，必須要等到顯示數值保持在±5以后再進行讀數，不能夠剛放入就立即讀數，因為探頭的滑輪和PVC管內槽具有接觸穩定時間，若是二者未到穩定情況，此時的讀數便不精準。

(5)此項目通過管控作為位移起點計算，需要對管口位移實施觀測，用來修正測斜儀器的結果。

3.5 坑外地下水位監測

使用SC-30水位計實施水位監測。這個儀器的接收系統一些是由音響裝置與蜂鳴裝置構成，音響裝置和蜂鳴裝置不間斷發出聲音，致使電壓表指針指示，二者能夠用開關進行更換使用，兩者所測精度是一樣的，觀測時需要依照下列規定：

(1)測量以前要對水位計進行檢驗，確保儀器靈敏度。

(2)讀數的精準性取決于蜂鳴聲的判斷和指示的起始點，所測精度和使用人員的掌握程度相關，所以要不斷練習和操作。

(3)再測頭的觸點碰到水面的時候，音響裝置會有聲音，這時需要慢慢地放出鋼尺電纜，便于仔細找出發聲或是指示瞬間的準確點位后讀出這個點位距離孔口的長度。

(4)地下電纜測得的水位是地下水位距離管道口的相對水位，最后的水位確定需要經過管道口的高程計算得出，所以測量的時候，要確定管道口高程的變化，以確保觀測數值的精準性。

4 基坑監測項目控制值

目前我國設計給出的監測項目控制值主要是依據規范，比較籠統，未根據實際情況和地勘資料對一個工點進行單獨的理論計算。每個監測項目控制值應該根據不同的工法和每個施工階段分別提出監測項目控制值，以便獲得更加詳細精確的數據來指導作業實施。基坑項目通過長期的發展，各個地區根據自身特點，提出了本地的觀測項目控制數值，不過怎樣運用好管控標準，依舊需要人們進一步探索。

防護圍墻因為強度低，建造得太高極易讓其出現長距離的位移，這樣會導致很大的地面下沉，根據有關工程實際檢測數值，地面下沉甚至可高達10 cm。但是依據規定，地面的下沉式基坑在安全級別大于三級的時候必須要監測地面下沉情況，而且限值是毫米級別的。這時要是依照規定，地面下沉到達了觀測控制數值時，現場作業會及時報警，有需要的話還會停止施工進行檢查。不過在進行檢查的時候，若是護圍墻樁頂水平位移、豎直位移值都沒有大于限值，可以確定地面下沉只是由護圍墻體因強度較低到導致的。雖然是虛驚，但帶來的后果和損害是很嚴重的。

基坑挖掘時，現場作業不及時挖掘和支撐架設常會引發檢測數據報警，不過在實際開展作業的時候超挖有一定的隨機性質，盲目增設測點會產生資源消耗。有關研究表明：超挖時對應部位的護圍墻測斜速率存在異常，并且區域一般是在測斜拉錨桿的部位和對撐的地方。所以再設置監測點的時候能夠在這個地方開展對應的設置并對護圍墻斜側率實施專門的觀測。

從基坑支撐防護構造力學能力或變形上看，所有邊中部和陽角區域都是重點監測目標。在開展設計和現場作業的時候，需要依據現實的狀況，對會出現的高于監測值的監測項目有個大概的判斷，根據點位的設置，在依照相應規定情況下，要做到既不過度浪費資源，又對支撐防護結構進行有效監測。

5 結束語

地鐵車站基坑觀測是作業時極為關鍵的工作，觀測結果是車站整體系統工程的體溫表，是整體情況的具體體現，所有的安全隱患狀況都會在數據上體現。監測結果不僅能夠反饋作業的品質，還能夠知道作業時的問題處理效果，以免作業實施不規范而引發損害，是作業決策的關鍵保證。