地鐵車站深基坑施工與監測關鍵技術研究

金鑫

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司)

地鐵車站深基坑施工是地鐵建設中的關鍵環節，其施工安全和施工進度對于地鐵建設的順利進行具有至關重要的作用。然而，地鐵車站深基坑施工面臨的地質、水文等各種復雜環境條件，對施工與監測技術提出了更高的要求和挑戰。

近年來，國內外學者對地鐵車站深基坑施工與監測關鍵技術進行了廣泛的研究，提出了一系列可行的解決方案。其中，基坑開挖與支護技術、地面加固技術、施工安全措施、監測目標與方法、監測數據分析與處理等方面的研究成果較為豐富。

1 地鐵車站深基坑施工技術研究

1.1 土方開挖技術

土方開挖技術是指通過對基坑周邊的土方進行挖掘來獲得足夠的工作空間，為地鐵車站深基坑施工提供充足的施工場地。土方開挖技術的主要工作包括土方的勘探、規劃、開挖、清運、填筑等環節。其關鍵點在于要保證開挖過程中土方的穩定性和坡度控制，同時保證周邊環境的安全。

1.2 地下連續墻技術

地下連續墻支護技術是將混凝土漿料鉆孔灌注成固定的地下連續墻，使其成為整個基坑的支撐結構。相比于傳統的地下支護技術，其具有以下優點：

⑴穩定性好。地下連續墻技術能夠有效地控制基坑周邊土體的變形和沉降，保證地下工程的穩定性和安全性。其作用類似于承重墻，能夠承受土壓力和地下水壓力的作用，防止土體沉降或塌方，從而保證基坑施工的穩定和安全。

⑵抗滲性強。地下連續墻施工過程中，可以鉆孔注漿或者挖孔灌漿，形成一道密封的防滲屏障，避免地下水的滲流，減少水土流失，對環境保護起到積極作用。

⑶施工方便。地下連續墻的施工相對簡單，通常可以采用機械化施工方式，縮短施工周期，提高施工效率。此外，地下連續墻施工過程中，對周圍環境和交通的干擾也比較小，可以減少施工對周圍居民和交通的影響。

⑷適應性廣。地下連續墻可以適應不同的地質條件和施工工藝要求，可以靈活地設計和施工，因此被廣泛應用于各種地下工程中，如地鐵車站、地下商場、地下停車場等。

1.3 鋼支撐技術

鋼支撐支護技術是將鋼板、鋼梁等材料組合起來，構成一個強度高、剛性好的支撐結構。鋼支撐支護技術在應用時需要結合具體的施工工藝和工況進行設計和施工，以保證支護結構的穩定和安全。鋼支撐技術還可以通過鋼支撐系統的組裝和拆卸，對深基坑進行支撐和保護。在深基坑支護中，鋼支撐技術的應用具有以下優點：

⑴強度高。鋼材具有高強度、高硬度的特點，能夠承受較大的壓力和荷載，在深基坑的支撐和保護中具有較高的抗壓能力和抗變形能力。同時，鋼支撐系統采用多種規格的鋼材組成，能夠根據不同的工程需求，靈活地組合支撐結構。

⑵施工方便。鋼支撐系統的組裝和拆卸相對簡單，可以通過機械化作業快速完成，節約施工時間和勞動力成本。同時，鋼支撐系統可以根據需要進行調整，適應不同的地質和工程要求。

⑶適應性強。鋼支撐技術可以適應不同的地質條件和工程要求，例如在較軟的土層或泥質地層中，采用鋼支撐系統可以有效地控制土體變形和沉降，保證基坑的穩定性和安全性；在巖石層中，鋼支撐系統可以防止巖石破碎、滑落等情況的發生。

⑷環保性好。相比傳統的深基坑支護技術，鋼支撐技術具有較小的環境污染和土地占用面積，同時鋼材可以回收利用，減少了對環境的影響。

2 地鐵車站深基坑監測技術研究

2.1 監測目標與方法

基坑變形監測是指對基坑周圍土體的變形進行實時監測，以便及時發現土體變形情況并及時采取措施。基坑變形監測通常包括水平變形、垂直變形、周邊土體變形等多個方面。常見的基坑變形監測方法有測斜儀、測孔儀、應變計等。其中，測斜儀是基坑變形監測中使用最廣泛的方法之一，它可以監測地面沿斜向變形的情況。測孔儀和應變計則是通過在地下設置鉆孔或測點，來測量土體的變形情況。在基坑變形監測中，需要注意監測點的布置和數量，以保證監測數據的準確性和可靠性。同時，還需要對不同監測方法的測量誤差進行分析和處理，以確保監測數據的可比性。對于數據的處理和分析，需要使用專業的軟件工具，如監測數據處理軟件等。除了傳統的監測方法，還可以使用無人機、激光雷達等新型技術進行基坑變形監測。這些技術具有非接觸式、快速高效等優點，能夠提高監測效率和數據質量。

2.2 監測數據分析與處理

本研究采用以下監測數據分析方法和處理技術：

⑴監測數據分析方法：地鐵車站深基坑施工過程中產生的監測數據需要經過一系列的分析處理，才能得到有價值的信息，為工程施工提供指導和決策。常用的監測數據分析方法包括以下幾種：

①統計分析法：采用數理統計方法對監測數據進行整理、歸納和分析，得出平均值、標準差、極差、方差等統計量，用來描述監測數據的分布特征和變化趨勢。此外，還可以利用統計分析法判斷監測數據是否存在異常值，并進行修正。

②相關分析法：通過對監測數據與施工工藝、環境因素等相關因素進行相關性分析，探討監測數據與這些因素之間的關系，以揭示數據背后的物理機制和規律。

③趨勢分析法：通過對監測數據的時間序列進行趨勢分析，判斷數據的發展趨勢和規律。常用的趨勢分析方法包括線性回歸分析、指數平滑法、滑動平均法等。

需要注意的是，不同的數據分析方法適用于不同的監測數據類型和分析目的，需要根據實際情況進行選擇和應用。同時，對于監測數據的分析和處理，需要運用專業的數據處理軟件和工具，確保數據分析的準確性和可靠性。

⑵監測數據處理技術：在地鐵基坑施工中，對其監測數據處理技術是對采集到的監測數據進行分析和處理的過程。這一過程需要進行數據校核，處理數據得到有用的監測結果，并對處理后的監測結果進行分析，評估工程的安全狀況和變化趨勢。數據處理過程中，需要使用專業的監測數據處理軟件，并借助一些數學模型或統計分析方法來提取有用信息并對監測結果進行進一步分析。數據處理的結果應該以圖表或文字形式輸出，便于分析和評估。數據的可靠性和準確性是數據處理的基礎，需要對數據進行初步的校核，排除異常數據。同時，監測數據的處理過程應該嚴格按照規范進行，避免數據處理中出現的誤差和偏差，保證監測結果的準確性和可靠性。

3 某地鐵站深基坑項目案例分析

3.1 某地鐵車站項目概況

某地鐵站主體基坑采用分倉設計，設計范圍為右DK16+343.110～右DK16+615.448，總長272.338m；車站基坑深約16.654m。本站設置四組風亭、兩個出入口，附屬結構均為地下一層。

本車站是采用明挖順做法施工，車站標準段總寬度為21.6m，基坑深為16.654m；小里程盾構井段寬26.2m，基坑深19.005m，主體基坑支護結構采用800mm 厚鋼筋混凝土連續墻+內支撐的形式。

3.2 基坑內支撐軸力監測及分析

⑴布置要求：基坑的支撐監測數量要求是每層不少于3 根，且在每層內的支撐監測數量不少于本層支撐數量的10%。對于砼支撐監測，應在支撐長度的1/3 處進行截面布置，避開節點位置。每個測點需使用不少于4個鋼筋計，且鋼筋計應截斷主筋焊接。為避免鋼筋計高溫損壞，焊接時需采取必要的降溫措施。

⑵埋設方法：為確保測量結果準確可靠，安裝前應先焊接一塊250×250×25mm 的加強墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計陷入鋼板，從而影響測試結果。待焊接溫度冷卻后，再將軸力計推入安裝架并用螺絲固定好。這樣可以確保軸力計的準確安裝和穩定工作，為基坑開挖的順利進行提供有力保障。布置如圖1所示。

圖1 基坑軸力計測點布置斷面圖

⑶數據采集方法：軸力計采用FLJ 型各種規格的軸力計，采用XP02 型振弦式頻率讀數儀進行讀數，監測精度達到1.0%F·S，并記錄溫度。根據施工現場的實際情況以及觀測要求，應在安裝軸力計之后，施加鋼支撐預應力前進行軸力計的初始頻率測量，以便之后根據受力情況計算其受力。同時，在基坑開挖前應進行2～3 次穩定值測試，并將平均值作為計算應力變化的初始值。

⑷數據處理及分析：軸力計的工作原理是當軸力計受軸向力時，引起彈性鋼弦的張力變化，改變了鋼弦的振動頻率，通過頻率儀測得鋼弦的頻率變化，即可測出所受作用力的大小。一般計算公式如下：

式中：

P——支撐軸力(kN)；

K——軸力計的標定系數(kN/F)；

△F——軸力計輸出頻率模數實時測量值相對于基準值的變化量(F)；

b——軸力計的溫度修正系數(kN/℃)；

△T——軸力計的溫度實時測量值相對于基準值的變化量(℃)；

B——軸力計的計算修正值(kN)。

注：頻率模數F=f2× 10-3。

選取較為典型的6 天17 個監測點位監測的數據進行分析，繪制如圖2的鋼支撐軸力變化時程曲線圖。

圖2 鋼支撐軸力變化時程曲線圖

對數據進行整理分析，通過圖中的6 天鋼支撐軸力變化時程曲線圖可以看出隨時時間的推移，鋼支撐的軸力有所增加，但整體的趨勢相對穩定，能夠滿足基坑支護的要求。

4 結論

本文圍繞著地鐵車站深基坑施工與監測關鍵技術展開研究。在基坑施工過程中，合理選擇和運用基坑開挖與支護技術、地面加固技術和施工安全措施，對于確保基坑工程的安全和穩定起著至關重要的作用。同時，對基坑的監測也是必不可少的，通過對監測數據的分析和處理，可以對工程的安全性進行及時、準確的評估。因此，在地鐵車站深基坑施工與監測中，基坑開挖與支護技術和施工安全措施的合理運用，以及監測數據的精確處理和分析，對于確保工程的安全和穩定具有重要的意義。