市政道路下穿現有高速的隧道基坑位移監測技術研究

鞏林

摘要 南京馬高路北延工程采用隧道形式下穿滬寧高速，文章圍繞該工程的隧道基坑位移監測開展研究，該隧道基坑面積大、開挖深，地下水分布較淺，易發生漏水事故，影響結構穩定。施工過程中對圍護結構的頂部位移、豎向位移、基坑周邊地表沉降及土體深層水平位移進行了監測，根據項目特點合理設置測點、制定監測方案。結果顯示，圍護結構的頂部位移、豎向位移、基坑周邊地表沉降和土體深層水平位移均小于預警值，且位移趨勢基本保持穩定。

關鍵詞 深基坑監測；極坐標法；水平位移；豎向位移；地表沉降

中圖分類號 TU753文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0019-03

0 引言

隨著市政道路和高速公路的擴張，兩者的交叉點也日益增多。市政道路的限制因素較多，有時不得不采取隧道的形式下穿高速公路，可以預見的是，隨著路網的完善，這種隧道下穿的交叉形式也會越來越常見。南京城東片區馬高路北延下穿滬寧高速隧道工程基坑總面積12 006.3 m2，基坑面積大、開挖深，工程中易受到地下水的干擾，影響基坑的穩定性。因此，基坑工程全面的位移監測對該工程的施工安全至關重要，該文選取此工程為研究對象，通過分析該工程的基坑位移監測方法，旨在提出一套科學、有效的監測方案，為類似工程提供借鑒。

1 依托工程概況

1.1 工程概況

馬高路北延工程位于南京城東片區，是現狀馬高路的北延工程，南北走向，南北起終點分別連接寧杭公路和金馬路。道路全長1.64 km，城市主干路，道路紅線寬度滬寧高速以北40 m，滬寧高速以南45 m，設計速度50 km/h。

道路采用隧道形式下穿滬寧高速，樁號K1+140～K1+400，隧道全長260 m，隧道結構斷面采用單箱四倉結構?；訕藴蕦挾燃s45.7 m。隧道基坑開挖深度由設計起終點位置的2 m按設計縱坡漸變至最低點位置約9.7 m?；油廨喞荛L約626.2 m，基坑總面積約12 006.3 m2。

1.2 監測重點與難點

（1）該項目涉及三期交通改道，滬寧高速作為南京連接上海的重要高速公路，車流量很大，需確保交通的正常運行。由此可見，除基坑結構本身以外，嚴格控制基坑周邊高速公路道路沉降變形是該項目的一大重點。

（2）該項目基坑面積大、開挖深，地下水分布較淺，若支護結構在開挖過程中發生漏水，將會降低支護體系穩定性，嚴重時甚至導致整體失穩，造成對圍護本身和周圍環境的損害以及其他不可預料的損失，因此，地下水監測是該項目的又一大重點。

（3）該項目設置兩道水平架支撐，受基坑變形影響可能導致支撐受力狀態復雜，對于水平桁架支撐受力狀態和位移的監測也是該項目重點之一。

（4）基坑拆撐為該項目的關鍵工序，處理不當容易造成支護體系變形過大、周邊環境變形過大，因此，對支撐體系和周邊環境的監測也是該項目的一個重點。

2 監測內容及項目

該項目的監測內容、監測儀器等基本要求如表1所示。

3 監測方法

3.1 監測方案

3.1.1 圍護結構頂部水平位移

（1）監測方法。在該項工程中，對水平位移的監測采用了極坐標測量法。在預先選定的測量點部署全站儀，確保其精準對準和水平校準。測量開始時，操作人員將全站儀指向一個設定的基準點，該點作為測量的初始方向。為確保準確性，還會參照其他幾個基準進行校驗。接著，通過測回法連續記錄各個監測點相對于測量站的角度和距離，以此來確定精確坐標位置。然后，將這些位移數據轉換為垂直于基坑方向的位移量，并與初始坐標進行對比，從而得出樁頂的水平位移大小[1]。

（2）數據采集。主要利用全站儀以及相應棱鏡組成的設備組合，根據極坐標測量法對水平位移進行監測。在連續監測中，首先將監測點的坐標變化映射到路線的法向上，以此來計算水平位移的值。為了確保數據的精確性，采用了嚴密平差法來計算監測點的坐標。通過比較這些最新坐標與原有坐標，可以判斷是否發生了位移。

（3）數據分析。在數據分析環節，遵循以下原則來評估觀測點的穩定性：①首先，穩定性分析的依據是對穩定的基準點進行的平差計算結果。②通過比較連續兩次觀測間的最大變形值與允許的最大測量誤差（一般設定為兩倍的中誤差），判斷變形的是否嚴重，若變形值低于這一最大誤差，則認為在觀測周期內變形不明顯或無變化。③即使在連續周期的觀測中變形量較小，如果長期趨勢顯示明顯的變化，則應視為觀測點發生了實質性的變動。

3.1.2 圍護結構頂部豎向位移

（1）監測方法。圍護結構頂部豎向位移與水平位移同點監測，豎向位移的監測采用水準測量法。

在水準測量時，水準儀中i角（儀器傾斜角）的精確度和穩定性對于測定垂直位移至關重要。為保障監測結果的準確性，監測團隊需定期對i角進行校準，確保其誤差不超過15″。每次測量基于固定的水準控制點，計算監測點的高程值。通過比較同一監測點連續兩次的高程差，可以確定該點的沉降量（向下的沉降表示為負值），具體計算公式為：當前沉降量=當前測量高程－上一次測量高程。將每次測量的沉降量累積，可以得出監測點的總沉降量。

沉降值計算公式如下：

dhi=hi? hi?1 （1）

Dh=（dh1+dh2+…+dhi） （2）

式中，dhi——該次沉降量；hi——該次標高；hi?1——該次標高；Dh——該次累計沉降量。

（2）數據分析。在該次監測中，采用電子水準儀內置的記錄功能來進行觀測，并生成初始的電子觀測數據文件。這些數據隨后通過專門的傳輸處理軟件被導入計算機系統中。驗證數據的準確性和完整性后，接著運用水準網平差程序進行數據校正工作，確保每個測量點的高程值精確無誤。

3.1.3 基坑周邊地表沉降

周邊地表沉降測點布設見圖1。周邊地表沉降監測點在基坑開挖前一周埋設于周邊道路及地面的相應位置，沿基坑方向每隔20 m布設一個監測斷面。地表沉降監測斷面布設于基坑開挖影響區域2～3倍范圍內，每個斷面5個點，間距為2 m、2 m、4 m、6 m、8 m。

周邊地表豎向位移監測方法、數據處理與分析及觀測要求與圍護結構頂部豎向位移相同。

3.1.4 土體深層水平位移

（1）測點布設。安裝土體測斜管時，鉆孔孔徑選擇110 mm鉆孔?？讖竭^大回填密實時間較長，孔徑過小則回填困難。

（2）監測方法。①將測斜儀的導頭部分嵌入預設測斜管內的滑槽，并輕柔地下放至管底，同時，留意記錄相應的深度位置。在達到管底后，為避免過大的沖擊力，測頭需在該位置保持大約5 min，以使儀器的溫度與管內環境溫度達到一致。②逐漸將測頭拉升至最近的深度標記點，然后每隔0.5 m記錄一次讀數，直至達到測斜管頂部。測量時需確保電纜緊貼標記點以保證讀數的準確性。此外，為了提高測量精度，采取正反方向的測量方式，即將測頭翻轉180 °后重復之前的步驟，這樣做的目的是減少傳感器可能產生的零偏差和軸向誤差[2]。

（3）數據處理與分析。測斜儀安裝好后，測出測斜儀位置的測管在土體作用下傾斜度θi，并換算成該位置測斜儀上下導輪間的位置偏差Δd：

Δd=Lsinθi （3）

式中，L——量測點的分段長度。

d=ΣLsinθi （4）

與初次位置測值相減即為各點該次量測的水平位移。

3.2 監測項目預警值

在基坑開挖整個挖掘過程中，基坑的支護結構及其周圍的土壤始終處于微小但持續的變動中。這些微小的變化在初期可能不易察覺，但隨著時間的積累，它們可能顯現出顯著的影響。因此，在開展監測活動前，關鍵在于針對監測對象設定恰當的預警閾值。此外，還需建立一個周全的報警響應機制，以確保在基坑施工期間的整體安全[3]。該工程各監測項目預警值如表2所示。

3.3 監測周期和頻率

支護體系的監測周期：自基坑開挖開始監測至地下結構側壁土方回填。

周邊環境的監測周期：自基坑圍護樁施工開始至周邊環境變形穩定。

監測項目的監測頻率應綜合考慮基坑類別、基坑及地下工程的不同施工階段以及周邊環境、自然條件的變化和當地經驗。當監測值相對穩定時，可適當降低監測頻率。對于應測項目，在無數據異常和事故征兆的情況下，結合設計要求，并綜合考慮監測規范后，確定現場儀器監測頻率[4]。

4 監測結果分析

監測活動的成果主要體現在三類報告中，即每日監測記錄、分階段的監測分析報告以及整個項目的最終監測總結。日常監測記錄是基于計算機分析后得出的日報，記錄當天的監測數據。在監測過程中，如果發現任何數值超過預警值，施工團隊需立刻進行復核，確保數據的準確性。一旦確認，立即向項目業主、監理和施工方報告，確保能夠迅速采取適當的應對措施，以維護基坑工程及施工人員的安全。

4.1 基坑頂部水平位移和豎向位移

考慮現場施工對測量活動的影響，監測點施工過程中可能遭受損壞，測量團隊可以通過重新鉆孔并安裝新的測斜管，以確保監測點數量恢復至原定的6個。以這6個監測點為研究對象，其數據將為分析深基坑在時間和空間維度上的變形提供支撐。

通過監測發現，水平位移主要集中在圍護結構頂部北側位置，豎向位移主要集中在圍護結構頂部西側位置，其位移量均未超過20 mm的預警線。監測數據顯示，累計位移和深度波動的趨勢基本保持穩定。

4.2 基坑周邊地表沉降

基坑周邊地表沉降共設置測點30個，從工程一期和二期分別選10個、5個測點作為研究對象，對監測數據進行分析。根據數據可得，一期工程道路、地表沉降較為集中，沉降位移量未超過20 mm的預警值，且位移的趨勢基本穩定。

5 結論

該研究針對南京馬高路北延隧道下穿滬寧高速的深基坑工程監測進行了全面分析。通過對圍護結構頂部水平位移、豎向位移以及基坑周邊地表沉降的監測，得出以下幾點結論：

（1）采用極坐標法和精密水準測量等先進監測技術，成功實現了對基坑結構變化的精確監測。監測數據的準確性得到了全面的驗證，確保了分析結果的可靠性。

（2）監測結果顯示，圍護結構頂部的水平位移和豎向位移都在可控范圍內，位移量均未超過預設的20 mm警戒線。這表明基坑結構整體穩定，有效地控制了基坑的變形。對于基坑周邊地表沉降的監測顯示，沉降位移量也未超過20 mm的預警值，這說明工程施工對周邊環境的影響處于可接受范圍內，未對附近道路和建筑構成顯著風險。

（3）該研究強調了在類似的大型城市基礎設施項目中，建立和維護一個高效、科學的監測系統的重要性。系統的監測不僅保證了工程安全，還為施工調整和決策提供了重要依據。

參考文獻

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[3]夏雄， 鄧妍， 陸天陽， 等. 常州市某地鐵站深基坑支撐軸力監測與分析[J]. 南京工程學院學報（自然科學版）， 2019（1）： 27-30.

[4]李兆源. 基坑混凝土支撐軸力監測值計算方法研究[D]. 廣州：華南理工大學， 2014.