软土地质地铁深基坑监测管理技术.pdf

·岩土工程·收稿日期：２０１６０３２４基金项目：中国铁建十六局集团有限公司科技研究开发计划项目（Ｋ２０１５３Ｃ）软土地质地铁深基坑监测管理技术马洪杰（中铁十六局集团第二工程有限公司　天津　３００２３１）摘　要　现代化城市的规模持续发展扩大，城市人口及交通流量急速增加，出行问题已成为制约发展的瓶颈。为改善城市拥堵状况，公共轨道交通建设蓬勃发展，尤其是地铁工程建设迎来了高峰期。在地铁建设过程中，由于深基坑施工地质情况多变，周边环境复杂，地铁施工的安全存在隐患。为确保深基坑施工的安全，深基坑监测是必要的手段和措施。通过科学合理的监测方法，随时了解基坑的变形情况和变化趋势，对可能存在的风险及时预警，从而保证地铁工程的顺利实施。关键词　地铁工程　深基坑　监测　安全中图分类号　　　Ｕ２３１．３文献标识码　　　Ａ文章编号　１００９４５３９　（２０１６）０５００９６０４　　　　　　ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＤｅｅｐＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｉｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　　　　ｉｎＳｏｉｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｂｗａｙＳｔａｔｉｏｎ　　　ＭａＨｏｎｇｊｉｅ（　　ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１６ｔｈ　　ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ２ｎｄ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，　Ｔｉａｎｊｉｎ３００２３１　，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　　　　　　Ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｃａｌｅｏｆｍｏｄｅｒｎｃｉｔｉｅｓ，　　　　　　　　　ｔｈｅｕｒｂａｎｐｏｐｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒａｐｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｒａｆｆｉｃｆｌｏｗ，ｔｒａｖｅｌ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｒｏｂｌｅｍｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｏｆｕｒｂａｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｉｔｙ，　ｒａｐｉｄｄｅ岩　　　　　ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　　　　　　　　　　　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｕｂｗａｙｐｒｏｊｅｃｔｈａｓｕｓｈｅｒｅｄｉｎｔｈｅｐｅａｋｐｅｒｉｏｄ．Ｉｎ　　　　ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｕｂｗａｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　　　　ｄｕｅｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　　　　　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，　　　　　　　　　　　　　　　ｔｈｅｒｅａｒｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｓｕｂｗａｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｄｅｅｐｆｏｕｎ岩　　ｄａｔｉｏｎｐｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ　　　　　　　　　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｓａｎｅｃｅｓｓａｒｙｍｅａｎｓａｎｄｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，　　　　　　　　　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔａｔ　ａｎｙｔｉｍｅ，　　　ａｎｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｏｆ　ｐｏｓｓｉｂｌｅｒｉｓｋｓ，　　　　　　　　ｔｈｅｓｍｏｏｔｈｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｙｐｒｏｊｅｃｔｉｓｅｎｓｕｒｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　ｓｕｂｗａｙｐｒｏｊｅｃｔ；　　ｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ　　１引言随着城市化进程的加快，人口密度不断增加，生存空间不断拓展，使得城市向地下空间发展的机会越来越多，因此城市轨道交通建设得以迅速发展，截止到　２０１５　年，我国轨道交通线路总长已近　　２４００ｋｍ“”。在国家十三五规划中，高速铁路建设和城市轨道交通建设占了很大比重。自从加大地铁投资以来，越来越多的城市修建地铁，而地铁深基坑事故也是频发。地铁车站一般修建于城市交通中心，若基坑变形控制不当，不仅危及工程自身及周边环境安全，而且还会造成巨大的经济损失和社会影响［１］。以天津某地铁车站的深基坑为背景，结合地铁工程的具体情况，阐述了地铁车站的深基坑监测技术的要点，对整个基坑监测技术进行了分析与总结，研究了深基坑监测体系的管理经验。天津市临近渤海，地下水量丰富且水位偏高，存在较厚粉砂层。在富水砂层的沿海软土地质条件下进行基坑６９铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（０５）·岩土工程·开挖是一个十分棘手的问题［２］。深基坑在施工过程中含有诸多的不稳定因素，往往会造成较大的安全隐患，对基坑的围护结构变形和周围环境变化都有要求严格，因此深基坑监测是地铁施工的重要工序［３］。深基坑施工监测指的是在地铁基坑开挖过程中，对基坑的支护结构、内力变化、基坑内外水位波动等情况进行动态地实时监控，以便于指导基坑施工［４］。通过对监测数据进行研究分析，从中发现变化规律，预判发展趋势，从而控制和规避安全风险［５］。　２深基坑监测技术概述　　２．１深基坑监测意义基坑的开挖打破了土体原有平衡状态，基坑内外土压力产生变化，引起地层和围护结构变形。受这种影响，围护结构刚度、基坑的土质、开挖方案、周边环境这些影响因素，都在不断变化过程中。基坑开挖会引发地面不同程度沉降，离基坑越近，沉降越明显。严重的基坑变形会造成周边建筑物、地下管线、支护体系的破坏，只有通过监测技术，预测到围护结构是否安全，发现在基坑工程发生重大事故的前兆，及时采取应急处理预案，防止重大安全事故发生［６］。为加强地铁工程监控量测管理，明确参建各方职责，保障地铁建设工程安全，该工程的监控量测管理应分为三级：监控中心、监控分中心、施工现场管理。　２．２监测信息反馈系统监测信息反馈系统包括多个环节，从施工现场监测数据的收集、监测数据的分析处理到监测成果的信息反馈，以及监测预警的应对措施和处理方案等。监测信息反馈流程见图　１。监测信息反馈形式主要包括监测日报、周报、月报，具体报送形式为：（１）日报。于当日　１６：００　前通过信息管理平台及书面形式上报，必要时以电话、短信等形式报送驻地监理、施工、业主和设计。（２）周报、月报。分别于每周四　１６：００　前和每月　２８　号前以书面报告形式和通过网络的信息管理平台上报监控管理分中心。图　　　１监测信息反馈流程　３地铁深基坑监测实例　　３．１工程概况天津地铁　６　号线某站位于河北区，车站小里程端头井距离北运河堤岸最近距离　　６９ｍ。车站为地下三层站（见图　２），采用明挖顺筑法施工。车站标准段基坑开挖深度约为　　２４ｍ，坑底位于粉砂层。围护结构均采用　　１．０ｍ　厚地下连续墙，地下连续墙长　４２．５ｍ。车站端头井基坑最大开挖深度约为　　２６ｍ，坑底位于粉砂层。围护结构均采用　　１．２ｍ　厚地下连续墙，地下连续墙长　　４４ｍ。车站沿基坑深度方向共设　２　道钢筋混凝土支撑　＋３　道钢支撑及　２　道换撑。图　　２围护结构横断面图　７９铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（０５）·岩土工程·该车站基坑工程范围内为海相沉积层软土地质，地下水量丰富且水位偏高，岩性主要为杂填土、淤泥质黏土、粉土、粉质黏土及粉砂层。浅层地下水埋藏较浅且水量丰富，埋藏相对较深的砂层多为微承压地下水。　３．２监测项目及重点分析地铁车站选址常位于城市中心地段，在基坑施工过程中若产生较大的变形，对周围环境和市政设施造成影响，因此地铁深基坑的安全标准和稳定性要求比一般工程更加严格［７］。根据地铁基坑的特点、地质情况、设计参数和周边环境等，按照确保安全、科学合理、便于施工的原则，拟在　２　倍基坑开挖深度范围布设监测点［８］。基坑开挖设置的主要监测项目包括：（１）地表沉降监测；（２）围护结构顶部沉降监测、水平位移监测；（３）围护结构深层侧向位移监测（测斜）；（４）钢支撑轴力和混凝土支撑轴力监测；（５）基坑外潜水、承压水水位监测；（６）基坑外侧土体分层沉降监测；（７）中间柱沉降监测；（８）管线沉降监测。根据围护结构特点、施工方法、工程地质及环境条件，应重点关注基坑围护结构的变形，地连墙深层水平位移、支撑轴力及基坑内外水位等监测项目［９］。　３．３基坑监测点布置（见图　３）监测项目的监测点位置及数量主要根据工程特点以及周边建筑物等因素，同时要考虑基坑工程的施工方案及施工周期，进行监测点布置［１０］。同时监测点的布置，主要为了解基坑变形的趋势、速率、方向，从而对基坑变形情况有一个清晰认识，为基坑围护结构和支撑体系的安全提供及时、准确、全面的监测信息［１１］。图　　３基坑监测平面布置　　３．４支撑轴力监测分析本工程监测数据较多，故选择重点监测项目的部分数据来进行分析和研究。下面重点介绍车站的支撑体系受力情况。第　１、５　道混凝土支撑和第　２、３、４　道钢支撑的轴力变化受开挖情况影响较大，选择了有代表性的　ＺＣＬ０１支撑轴力进行了分析，轴力变化曲线如图４　所示。图　　４土方开挖支撑轴力曲线　８　月份基坑开始正式进行第　１　层土方开挖，第　１道混凝土支撑轴力随着开挖的进度而增加；第　２、３层土方开挖，第　１　道混凝土支撑轴力减小，第　２、３　道钢支撑轴力增加明显；第　４　层土方开挖，初期第　２、３道钢支撑轴力增加，随着第　４　道混凝土支撑施工完成，第　２、３　道钢支撑轴力不再变化；第　５　层土方开挖８９铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（０５）·岩土工程·至结构底板施工，第　４　道混凝土支撑轴力增加，其余各道支撑轴力无明显变化。支撑体系的轴力监测是地铁基坑工程监测的重要组成部分。分析支撑的轴力变化情况，及时对比设计轴力值和监测数据的差别。预测下一阶段施工中的新动态，对可能出现的险情及时进行预警，从而保证围护结构的稳定性。基坑开挖与支撑体系的施工必须密切相连，“”先撑后挖是基坑开挖的最基本的原则。支撑及时施工是保证基坑安全、控制基坑变形和地面沉降“”的有效措施。必须严格按照时空效应，分层分段挖土的同时，及时安装该施工段的支撑并施加预应力。支撑轴力随着开挖深度而逐步增加，其轴力变化与工程地质、施工方案、开挖效率、主体结构施工进度等因素有关。　３．５水位变化监测分析车站基坑距离北运河较近，地下水丰富是工程第一特点，施工时涉及　３　层承压水，施工期间需密切关注地下水位变化，保证基坑开挖安全。承压水由于水量充沛，补给迅速且具有一定压力，一旦发生渗漏水会造成不可估量的安全事故，所以承压水的变化也是监测中的重点。随时观测基坑内外的地下水位变化情况，必须高度关注水位下降与基坑内降水的关系，以指导现场土方开挖，保证基坑施工过程中的安全。地下水位监测在基坑监测中具有重要的意义和价值，地下水位监测数据能够真实反馈出地下水的波动变化，通过地下水的变化趋势，分析水土流失的情况，判断基坑周边的地层稳定性［１２］。７　月下旬围护结构施工完毕，开始进行基坑降水，观测井均出现不同程度的水位下降。８　月份开始进行土方开挖，该月份水位变化基本正常，９　月上旬基坑出现地连墙渗漏水，经过现场应急处置，将漏水点封堵，没有对基坑安全造成影响，基坑外观测井则出现较大的水位波动，可见基坑围护结构局部出现漏水是造成坑外观察井波动的主要因素。１１月底土方开挖完成，主体结构底板施工，基坑内降水井大部分被封闭，坑外观测井内水位无波动。　４结束语通过对地铁深基坑工程实例的监测分析，论述了地铁深基坑监测的研究意义，梳理了地铁深基坑工程监测的过程和重点，提出了基坑监测研究的内容和重点。（１）监测工作目的包括及时发现不稳定因素，验证设计参数及指导现场施工，保障业主要求，确保周边环境稳定。基坑工程的监测内容包括基坑工程自身和相邻环境。基坑监测点的设置方法和监测报表处理必须依据相关规范执行。（２）通过分析实际的监测数据和监测管理过程可知，该车站基坑在施工过程中一直保持安全稳定的工作状态，说明完善的监测管理制度对基坑安全质量有着重要作用。通过监控量测的手段，进行信息化施工管理是确保基坑安全稳定的保障，建立完善有效的监测管理技术体系至关重要。（３）通过监测技术管理能有效地保证地铁深基坑项目的监测质量和水平，使得监测结果和结论对实际施工生产具有参考性、指导性和实效性。参考文献［１］　屠传豹，陈勇，刘国彬，等．地铁深基坑测斜监控指标的探讨及实践［Ｊ］．岩土工程学报，２０１２（Ｓ１）：　２８－３２．［２］　姜青国，陈临韬，张秀先，等．软土地区深基坑不同施工阶段综合支护技术［Ｊ］．施工技术，２０１２，４１　（３７４）：　４１－４４．［３］　陈立．地铁施工监测信息化研究及应用［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２００９：　１８－２０．［４］　李铁军．郑州地铁车站地下连续墙支护基坑的变形分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（４）：　７５－７７．［５］　邱冬炜，杨松林．城市地铁施工监测系统的探讨［Ｊ］．测绘学，２００７（４）：　１７５－１７６．［６］　郭光才．浅谈地下工程施工安全管理［Ｊ］．建设监理，２０１２（１０）：　７９－８３．［７］　张鑫．地铁深基坑监测理论计算与实测数据比较分析［Ｊ］．科学促进发展，２０１０（８）：２０５．［８］　金惠生．地铁　６　号线朝阳门站地表沉降阶段控制对比分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（Ｓ１）：　１１０－１１１．［９］　郑建军．对深基坑监测工作的监理控制措施与方法［Ｊ］．建设管理，２００９（１２）：　６５－６６．［１０］张正禄，孔宁，沈飞飞，等，地铁变形监测方案设计与变形分析［Ｊ］．测绘信息与工程，２０１０（６）：　２５－２７．［１１］丁进选．地铁监测系统的设计与实现［Ｊ］．勘察科学技术，２０１３（２）：　１５－１７．［１２］李卫华，车灿辉．城市深基坑工程地下水位监测问题的研究［Ｊ］．探矿工程，２０１３，４０（６）：　７０－７６．９９铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（０５）