上海14號線云山路站深基坑開挖施工監測分析

牛玉龍

上海廣聯環境巖土工程股份有限公司 上海 201900

引言

當前我國的城市化進程速度較快，城市的人口數量也在快速增長，給城市的交通系統帶了較大的壓力，城市交通擁堵現象日益嚴重。為了滿足快速增長的城市交通需求，需要提高城市交通系統的承載能力，因此軌道交通建設得到快速發展，伴隨著地鐵基礎建設發展，深基坑工程越來越多，這樣對基坑支護及周圍沉降控制技術提出更高的要求。北京15號線建設過程中發生過深基坑鋼支撐脫落，10號線蘇州街站發生過塌方，深圳也發生過5.11基坑坍塌，這樣事故都讓工程建設人員對基坑的穩定性高度重視。基坑監測是掌握基坑維護結構及周圍土體變形的重要手段，設計有效的監測方法及控制措施是保證基坑施工安全的重要手段。

1 主要變形監測方法介紹

對于圍護結構樁頂水平位移監測一般采用極坐標法、小角法、視準線法等。在極坐標法中，主要的操作要點如下所述：一是將各測點設置在壓頂梁上，將基準點設置在基坑開挖深度5倍距離以外的穩定地方。二是測站點必須有強制對中裝置，三是采用雙測站觀測，取中數使用。四是觀測方法采用水平角觀測法，水平角觀測和邊長觀測均由全站儀自動完成并記錄。

同時還可以采用小角度法，在該方法中基準線應按平行于待測的建筑物邊線布置，設置在基坑開挖深度5倍距離以外的穩定地方。要根據觀測過程中的誤差值確定角度觀測的精度與測回數；測量距離的精度達到萬分之一。同時該方法在應用的過程中，主要技術要求應符合下列規定：一是視準線兩端延長線外，宜設立校核基準點。二是視準線應離開障礙物1m以上，三是各測點離開視準線的距離小角角度不應超過30″。四是基準點、校核基準點，均應采用有強制對中裝置的觀測墩。對于小角度法作業方法：在指定的水平位移監測控制點布設全站儀[1]，準確整平對中，將另一端的水平位移監測控制點看成起始方向，通過相應的方法測量出偏離夾角，將測站點到達后視監測控制點的距離與測出角值當作計算變量，可以測算出監測點沿垂直起始方向的距離，干擾測量精度的主要因素是測角誤差，比如，設備對中誤差、瞄準誤差等。視準線法和小角法非常依賴于設備，在大氣遮光等因素影響下，會干擾觀測精度，要了解各種檢測方法的優缺點、使用范圍，對比檢測精度。

2 基坑變形監測實例

2.1 工程概況

2.1.1 車站基本概況。上海軌道交通14號線是一條東西向的市區級的軌道交通線路，云山路站為14號線工程中間站，車站中心里程CK30+211.755。主體在浦東新區云山路下方，張楊路北側。該段云山路紅線寬40～45m，張楊路道路規劃紅線寬度為60m。云山路道路兩側預留有10m寬的綠化帶。張楊路車流大。車站為地下三層島式雙柱三跨車站，有效站臺寬度13m，車站規模204.4m×20.64m（內凈），開挖深度約為24.75m。車站共設4個出入口。

2.1.2 工程水文地質條件。本車站主體基本位于云山路的機動車道、非機動車道和人行道上車道中央，場地路基應為人工填土且已進行地基處理。場地西南側出入口填土較深，主要以素填土為主，夾少量石子、磚頭，部分填土為浜填土，含有貝殼碎屑和黑色腐殖物，局部填土較深，最深處約4.1m。厚填土所在位置在主體基坑范圍之外，對主體基坑沒有影響。淺部黏性土層中的潛水：勘察期間測得潛水穩定水位埋深為0.7～1.6m（2014.11月補勘期間測得的穩定水位約為1.3～1.8m）。潛水水位主要受潮汐、降水量、季節、氣候等因素影響而變化。同時，工程沿線揭示的承壓水分布于⑦層和⑨層粉砂中。⑦層是上海地區第一承壓含水層，場區內揭示的頂板埋深為30m、頂板標高為-25.78m；⑨層是上海地區第二承壓含水層，場區內揭示的頂板埋深為63.5m、頂板標高為-59.49m。承壓水水位隨季節呈幅度不等的周期性變化，根據上海地區長期水位觀測經驗及區域資料，承壓水位埋深一般為3～12m。

2.1.3 監測要點分析。在該工程中，車站開挖深度較大（達24.75m），屬大、深基坑，屬本工程重大危險源，自身變形會較大，應密切關注其變形。其次是東側的云山星座苑離基坑最近處約為13m，在1倍基坑開挖深度影響范圍內，對其變形要給予足夠的重視；基坑附近建筑物在1～2倍基坑開挖深度影響范圍內，基坑開挖過程中應關注其變形。再次是基坑東側管線由遠及近依次為10孔電力排管、DN250天然氣管、DN500上水管、DN300污水管、DN100雨水管，距基坑距離為8.5m～15m為本工程重大風險源，密切關注其變形；西側由遠及近依次為18孔上話、28孔信息管線，關注其變形。

2.2 基坑監測點布置

要參考工程規模大小、施工工藝、地質條件等多方面因素設置監測內容。盡可能降低監測成本，按照工程施工的規律，選擇最佳的監測方式，科學設置監測項目。此次主要監測內容包括車站周邊環境的周邊建構筑物、周邊地下管線垂直位移以及坑周地表沉降。針對車站圍護體系，主要監測內容有圍護墻側向變形（測斜）、支撐軸力、地下水位、墻頂沉降及水平位移、立柱隆沉。對于基坑監測方案及測點布置原則如表1所示。

表1 車站及基坑監測點布設原則

2.3 監測方法

沉降監測采用等級水準點（一般為深標和淺標各1個），采取絕對高程，在基坑周圍合理范圍內布設三個參照點，搭建水準測量監測網，借助水準儀進行引測，并符合水準測量規范標準。歷次沉降變形監測要在高程基準點之間聯測附和水準線路，再測出全部監測點的高程。在施工前，要測好各監測點的高程，重復進行測量，取平均值，減小測量誤差。此次數值減上次數值得到的差值是本次沉降量，若減初始數值得到的差值是積累沉降量。

監測圍護結構樁頂水平位移的方法包括小角法、極坐標法、視準線法等。對于土體、墻體深層水平位移監測儀器采用CX-06A型，傳感器分辨率為±0.02mm/8″。地下水位觀測設備采用鋼尺水位計，觀測精度為±3mm。

2.4 報警值設置

按照檢測項目特點和監測等級，各監測項目報警值設置如下表2。

表2 車站基坑監測報警值

2.5 監測數據總結

根據基坑東側地表斷面點累計變化量，繪制基坑東側地表斷面點累計變化曲線，同樣根據不同布設點的監測數據最終繪制了基坑周邊地表斷面特征點累計變化曲線、上水管線監測點累計變化曲線、燃氣管線監測點累計變化曲線、污水管線監測點累計變化曲線、電力管線監測點累計變化曲線、標準段CX3累計變化曲線、標準段CX9累計變化曲線 、標準段 CX12累計變化曲線等。

最終本工程監測數據總結如下：

2.5.1 基坑在開挖過程中，受土方卸載及周邊車輛動荷載影響較大，基坑及周邊環境總體變形多數超出警戒值。出土過程中，開挖區域對應的測點日變量多次預警。

2.5.2 相比于南端頭井的支撐采用伺服系統，主體基坑采用常規支撐做法，導致測斜累計變化遠遠大于南端頭井整體變化量，說明合理改進或采用有效的施工工藝，可減小對基坑結構自身形變量，減小基坑施工對周邊環境的影響，確保環境安全。

2.5.3 墊層及底板澆筑后，基坑及其周邊環境的變化趨勢明顯放緩，可見墊層及底板的及時澆筑對控制基坑變形降低施工風險有重要意義。

2.5.4 由于基坑結構施工工期較長，導致其周邊環境在此階段的累計變化量較大，建議總包單位能夠合理安排施工時間，縮短施工周期，減小環境影響。

2.5.5 從最近幾次的監測數據來看，周邊環境變化較小，基坑結構穩定無異常。

3 結束語

隨著城市建設的發展，地下結構工程施工更加復雜，通過開挖基坑的施工方式，可以有效改變地層原始應力情況，導致附近土體的移動，會對基坑周圍的道路、市政管線及城市建構筑物的安全造成影響。同時對基坑施工的自身安全也帶來一定的影響，本文所分析的上海14號線云山路站深基坑開挖施工監測方法，在其他城市地鐵系統的建設過程中可以加以應用。