復雜環境下地鐵深基坑施工動態監測技術探討

邱馮福

上海睿川工程技術有限公司 上海 200090

引言

隨著城市化建設進程的逐步深入，軌道交通工程施工技術水平得到有效提升，但受工程施工條件和環境的影響，在地鐵深基坑工程施工過程中，若不對其施工過程進行實時監測，極易對周邊土層環境造成影響，嚴重還將引發周圍建筑物下方土層結構及土壤基層發生變化，對周圍建筑物結構的穩定性和安全性造成威脅。

1 工程概況

1.1 總體概述

本工程為上海市軌道交通15#線工程5標基坑工程，項目位于上海市西南部紫竹高新區站，沿蓮花南站向祁連山路行進，終點站在城市的西北部顧村公園站。如表1，15#線工程5標基坑工程環境監測目標為3個地下車站、4個盾構區間、5個聯絡通道和7和遠程監控點，重點考察與監測地鐵深基坑工程施工中可能存在的風險，最大限度地降低深基坑工程施工對周邊土壤環境產生的不良影響，提高地鐵工程施工效率和質量。

表1 本標段監測工作范圍及內容一覽表

1.2 重難點分析

上海市軌道交通15號線是一條位于浦西中部南北向的重要線路，周圍環境極其復雜，地下管線眾多，而且周邊大型保護性建(構)筑物縱橫交錯，監測工作責任重大。針對各項風險源分析，對車站基坑工程監測重點總結如下：

1.2.1 本標段基坑環境保護等級均為一級，場地內分布有運營中的延安西路高架橋、高壓塔等重要的保護性構筑物，且距離基坑均在1倍開挖深度范圍內?；庸こ淌┕ぶ袘行崟r監測運營中的延安西路高架橋、高壓塔，確保其安全運營。

1.2.2 本標段古北路站為地下三層島式車站，開挖深度最深處達29m，屬于超深基坑?；颖O測等級為一級。姚虹路站為地下二層島式車站，屬于超大基坑，基坑長度超過300m，寬度最大達26m，基坑面積大，又采用半幅或局部蓋挖和順作相結合的施工方法。因此要加大監測管理的力度，對整個基坑施工監測過程嚴格把關，掌控各監測項目的變形及發展趨勢。建立起一個完整的監測預警系統[1]。

1.2.3 本標段項目周圍有多幢淺基礎（條形基礎）的保護性建（構）筑物，且距離基坑均小于10m，位于基坑開挖深度的1倍范圍內。施工中嚴格控制土體的變形，合理調整施工參數，確保建（構）筑物的安全和正常使用。

1.2.4 由于3個車站基坑開挖深度均較深，承壓水層較淺。雖然圍護結構設計時均采取了隔斷承壓水層的措施。但基坑開挖后，可能因連續墻滲漏水、基坑開挖到底時坑內上覆土層抗承壓水頭的安全系數明顯減小等因素，基坑工程仍面臨系統性的風險。因此在降水及基坑開挖過程中須密切關注地下水位的變化趨勢。

2 監測工作原則

在監測過程中要遵循系統性原則，對于所監測的項目進行有機的結合，并且做到監測數據相互校核，在施工工程中進行連續監測，確保數據的連續性，運用、發揮系統功效對周邊環境進行全方位監測，確保數據準確、及時。

監測的手段應堅持可靠性，監測方案的設計應與設計相結合，并對結構設計中使用的關鍵參數進行監測，達到進一步優化設計的目的，應根據設計計算情況，確定圍護結構及支撐系統的報警值。監測要堅持關鍵部位優先、兼顧全面的原則，對圍護體及支撐系統中相當敏感的區域加密測點數和項目，進行重點監測，對勘察工程中發現地質變化起伏較大的位置，施工過程中有異常的部位進行重點監測，除關鍵部位優先布設測點外，在系統性的基礎上均勻布設監測點[2]。

3 地鐵深基坑動態監測實施

3.1 支護結構水平位移監測

為保證工程施工監測工作的有效性，監測工作開展初期，要按照分級布網原則，統一設置監測控制網，針對深基坑工程中的支護結構水平位移問題，技術人員合理布置平面控制網，采用視準線法、小角度法或自由設站基準線法實施，在監測范圍較廣時，需要綜合導線網、邊角網進行水平位移測控網布置工作，測角精度誤差在±2″以內。

3.2 支護結構側向位移的監測

本工程中車站基坑圍護結構設計為地下連續墻，附屬結構含鉆孔樁，為掌握基坑圍護支撐結構的側向水平位移變化規律，需對深基坑支護結構深層側向水平位移情況進行具體監測，利用測斜管和專業監測儀[3]。技術人員在地下圍護支撐結構中埋設以PVC材料為主要成分的測斜管，利用管內的90°凹槽實現定向測量，通過雙向測斜儀和數據采集儀，對支護結構側向位移數據進行測量和采集，確保數據測量精度在0.12mm/500mm范圍內，利用計算機系統對其測量工作進行控制，避免重復測量，影響測量數據準度和精度。在支護結構側向位移情況監測期間，技術人員將測斜儀探頭深入測斜管底部，靜置一段時間后，將探頭取出讀數并記錄，接著將探頭進行水平方向旋轉，沿上述操作流程進行再次測量，將具體測量數據保存至讀數系統中。最后技術人員要對原始數據和采集到的監測數據進行系統化分析，將讀數儀中的數據傳輸至電子計算機終端，利用相關計算程序和軟件進行運算分析，針對鋼結構支撐軸力情況按照公式進行計算，將運算后的數據與預設的數據值進行對比，以此判斷深基坑支護結構側向水平位移情況。

3.3 建筑物沉降、傾斜、裂縫監測方法

為解決由深基坑開挖工程施工引發的坑內變形或坑底隆起問題，必須對基坑支護結構施工進行密切監測，利用徠卡NA2型水準儀+GPM3平板測微器對坑內進行微距測量，精度控制在±0.5mm/km。按照建筑物土體二級沉降監測要求，在基坑外墻10m～20m處，選取合適地點進行基坑測點布設工作，緊鄰基坑的測點間距取小值，遠離基坑的測點間距取大值，根據不同類型、不同結構、不同基礎的建筑物，采用射釘槍、沖擊鉆等器材將測釘固定在地下深基坑結構內部，保持測釘頭部呈凸起球型。針對深基坑工程施工中易出現的地面沉降不均勻造成的建筑物傾斜和裂縫問題，技術人員同樣需要采取必要的監測手段對其進行控制，一般情況下，測點布置在建筑物變形處或裂縫位置的承重墻上，沿建筑主體結構進行水平布設，采取極坐標法對測試點坐標進行反射，結合空間幾何關系計算建筑物絕對傾斜量值，結合全站儀監測結果，對建筑物沉降、傾斜和裂縫情況進行正確判斷[4]。

3.4 建筑物的監測

針對建筑物的監測工作，綜合運用現代監測設備和自動化監測系統，充分發揮自動化技術的應用優勢，對深基坑工程周邊的建筑物進行密切監控，根據城市建筑物沉降標準，對建筑物沉降情況進行有效分析，判斷深基坑工程施工對環境的影響程度，為工程施工人員提供參考意見，在一定程度上改善和提升基坑支護工程施工效率和質量。

4 監測頻率及預警

深基坑工程施工動態化監測工作開展期間，要對監測頻率進行控制，結合地下基坑工程施工的全部環節，掌握工程施工進度和效率，科學合理安排工程施工監測頻率，確保安全的前提下，建立和完善工程監測預警系統，充分利用自動化技術，進一步提高基坑工程施工質量監測效果。根據基坑等級、支護結構的特點、場地地質條件等因素確定，基坑圍護體系的監測報警值參照下表2執行。

表2 基坑監測項目報警值設計

5 工程應用及效果

針對上海15#地鐵深基坑工程施工問題，技術人員采取專業監測技術和手段，靈活運用全站儀、水位計、監測儀等設備和器材，對基坑周邊建筑物沉降、地下水位、臨時立柱等方面進行科學監測，為施工人員提供數據參考，并且本次監測數據的整理、統計及監測成果的過程曲線，各監測項目監測值的變化分析、評價及發展預測對相關的設計和施工提供有效幫助，對15#線深基坑工程施工起到關鍵的控制作用，有效提高和強化了地鐵工程施工質量[5]。

6 結束語

文章主要針對城市地鐵深基坑工程施工問題，詳細介紹了基坑工程施工動態化監測工作的具體方法、流程、工作方向、監測范圍等，將常規監測與自動化監測相結合，提高工程監測效果，降低施工對地下環境產生的影響，保證地鐵工程順利實施。