论述地铁车站深基坑施工中的变形监测

2013-08-15余新梅

山西建筑 2013年11期

余新梅

(山西省勘察设计研究院，山西太原 030013)

地铁车站工程深基坑施工与普通的城市建筑的基坑施工相比，地铁车站的深基坑施工的地质条件更加复杂，同时由于地铁车站一般都位于人流和建筑较密集的区域，基坑开挖区域的周边环境也更加复杂;对周围建筑和基坑的影响也更大，对邻近结构也会产生影响，因此，对基坑施工过程进行变形监测，具有重要意义。

1 地铁车站深基坑变形监测的特点

1)时效性。因地铁车站深基坑的变形监测对时间的时效性要求较高，因此变形监测的方法和设备在采集数据时要能适应各种严酷的天气条件和夜晚操作等全天候的操作环境。

2)要求精度高。在进行基坑变形监测时，要使用一些精度较高的高精密仪器，从而才能在监测中使误差限值控制在数毫米内，以达到高精度测量监测的目的，适应高精度的监测要求。

3)等精度。地铁车站深基坑工程中的观测通常只需要测得相对变化值，而不需要测出绝对值。比如，一般测量需要把建筑物在地面定位，得到一个绝对量坐标及高程的测量，但是在基坑边壁变形观测里，只需要测定边壁相对于原来基准位置的移动就完成了，但边壁原来的位置就完全不用知道。由于这个特殊的地方，使得深基坑施工监测有其自身规律。

2 地铁车站深基坑变形监测的作用和基本要求

1)基坑变形监测的作用。对于相对复杂的地铁车站深基坑工程来说，只凭借以往的工程施工经验，难以准确的预测和判定基坑变形情况，这时就需要依赖施工现场的变形监测来定量评价基坑的变形情况。基坑变形监测的作用主要表现在以下3点:a.动态的报告基坑变形信息。受到施工现场各种环境的综合影响，基坑开挖时周围的设施和建筑物始终处于不稳定状态，其出现的变形和变化没有合理的规律可循，此时就需要依据现场变形监测的数据来综合评定基坑的变形情况，为施工单位制定合理的施工方案提供参考。b.明确变形的大小。依据基坑变形监测所获得的数据，可以定量的评定基坑开挖对周围设施和建筑物的影响、基坑变形量的大小，以便施工单位能够依据变形量合理的安全施工进度。c.及时发现安全隐患。通过对以往基坑安全生产事故的分析可知，基本上所有的安全生产事故都是由于施工单位忽视了基坑监测数据的重要性，忽视变形量大小的检测，进而导致生产事故的发生。通过对变形监测数据的分析，能够初步判定变形发展的走势，及早的发现安全隐患，为制定安全补救措施和改进施工方案提供依据。

2)基坑变形监测的基本要求。a.在进行基坑变形监测前，要编制监测计划，并严格按照有关的技术文件(如监测任务书)执行。这类技术文件的内容，至少应该包括监测方法和使用的仪器、监测精度、测点的布置、观测周期等等。计划性是观测数据完整性的保证。b.在进行监测时，要采用高精度的监测仪器，加强仪器的日常维护保养和检查，加强对观测人员的培训，确保人员技术能力和水平达到要求，从而确保监测数据的可靠性。c.鉴于基础工程施工的特殊特点，基坑开挖是一个动态的施工过程，因此，在施工时，要及时进行变形监测，及时发现存在的隐患并采取措施予以消除，确保施工安全。d.在进行基坑的变形监测前，要根据工程的特点和实际情况预先设定包括变形值、内力值及其变化速率等值在内的预警值。当观测发现超过预警值的异常情况，要考虑采取应急补救措施。e.对于基坑的变形监测，应该有完整的观测记录，现象的图表、曲线和观测报告。在对地铁车站深基坑进行变形监测的过程中，要使用专门的表格来记录各种数据，以保存原始的资料，便于日后的复核与计算。要将各项原始数据整理保存为正式记录，按照原理不同的仪器以及采取方法的不同，要选择相适应的鉴定与检查手段，包括定期维护和检查检测系统和严格遵守监测操作规范。对于每次监测活动所获得的原始数据，要及时进行反馈和处理，对于监测所反映出的偶然和系统误差等各项问题进行统计检验和对比检验及其他方法进行解决。根据已有的各项监测所得信息来进行反分析测算，按照现有的周围建筑物和基坑支护工程的变形问题和状态，预测分析该工程未来可能发生的变形问题及其变化情况，以便可以提前选择和采取相适应的手段和措施，验证施工方法及设计参数。

3 监测系统的设置原则

施工变形监测工作是一项系统工程，监测工作的成败与监测方法的选取及测点的布设直接相关。

1)在进行变形监测系统的设计时，必须要做到有效、可靠，并做到以下两点:第一，系统需采取可靠的设备。一般而言，机械式测试仪器的可靠性高于电子测试式仪器，所以如果使用电测仪器，则通常要求具有目标系统或与其他机械式仪器互相校核;第二，应在监测期间内保护好测点。

2)根据监测对象的特点，在监测方法、监测仪器以及监测点的设置上，要按照多层次监测原则进行。要做到仪器监测为主、巡检为辅;机测式仪器为主、电测式仪器为辅;上位移为主、其他物理量为辅;并分别在地表、基坑土体内部及邻近受影响建筑物与设施处布点以形成具有一定测点覆盖率的监测网。

3)重点监测关键区原则。即将易出问题而且一旦出问题就将带来很大损失的部位，列为关键区进行重点监测，并尽早实施。

4)方便实用原则。为了减少监测与施工之间的相互干扰，监测系统的安装和测读应尽量做到方便实用。

5)经济合理原则。即在监测系统时应尽量考虑实用而低价的仪器，不必过分追求仪器的“先进性”，以降低监测费用。

4 地铁车站深基坑变形监测的内容及方法

1)坑底土体隆起变形监测。由于土方的开挖，造成在垂直方向上的土体的荷载发生改变，坑底的土体的原始应力的平衡被破坏，造成坑底土体的隆起。在基坑开挖初期，垂直方向上的隆起较为明显，随着开挖的不断深入以及土体注浆加固等工程的实施，坑体中部的隆起会得到有效控制，但坑体四周围护墙会随着土体的回弹而被抬高。坑底土体的隆起会随着基坑开挖工程的结束和土体加固工程的实施而很快停止，同时，在基坑开挖较浅时，坑底土体隆起不会对围护墙的内向移动造成影响，但开挖到一定深度时，就要观测围护墙的内移动情况。

坑底隆起造成的变形一般采用精密水准仪、木质钢瓦标尺，按一等或二等沉降观测精度要求，采用闭合水准线路进行施测。同时，要在不同的时间，对设置的同一观测点进行多个测回的观测，计算观测点的高程变化值，通过数据处理分析，计算实际沉降值。

2)围护墙体变形监测。围护墙体的变形一般分为水平方向和垂直方向两种。围护墙体水平方向上的变形是由于基坑开挖深度的增加，使得围护墙体内侧土体对围护墙外土体的支撑和作用力化解，外侧土体向内的主动压力全部作用在围护墙上，造成墙体的向内位移和倾斜，同时，这种向内的压力是不均匀分布的，靠近坑体底部位置的主动压力小，所以墙体的变形也较小，而靠近坑体上部的压力则较大。而这种压力也是引起周围地层移动的重要原因。因此，要密切观测围护墙的水平方向上的位移量，做好围护墙的加固和稳定工作。保证基坑自身开挖安全的同时，保证周围建筑物基础的稳定性。

围护墙体水平和垂直方向上的沉降一般采用基准线法、小角度、极坐标法、前方交汇法或是导线法进行测量，一般在围护墙上均匀的选择一定数量的观测点，对观测点进行周期性的观测，对数据进行分析和比对，准确把握围护墙的整体变形特征。

3)墙后土体沉降监测。由于地铁车站一般位置较深，土体的地质条件复杂，基坑开挖到一定深度时，由于土体的塑性流动也较大，土体从基坑外围向坑内和坑底流动，造成围护墙体后产生地表沉降。围护墙体后地表沉降主要分为三角形地表沉降、凹槽形地表沉降两种，地表沉降的范围取决于地层的性质、基坑开挖深度、墙体入土深度、下卧软弱土层深度、基坑开挖深度以及开挖支撑施工方法等。

墙后土体沉降监测的方法与坑底沉降观测的方法类似，同样是采用精密水准仪、木质钢瓦标尺等工具，对围护墙体外围区域设置的均匀的监测点进行一、二等周期性水准测量，对数据进行分析和比对，准确把握围护墙的整体变形特征。

4)不同监测项目监测频率研究。为保证监测成果的真实可靠性以及地铁车站深基坑施工的安全，对不同的监测项目，在监测的精度和监测的频率上必须严格规定，以保证随时发现问题，及时处理问题。在基坑的开挖过程中，必须随时对基坑的坑底隆起、围护墙的位移做目视观察;对围护墙顶部水平位移的观测开挖及回筑过程中一天一次，确保位移的控制值和报警值在规定范围内;围护墙外侧土体侧向变形，围护结构施工及基坑开挖期间每5天一次，主体结构施工期间每2天一次;基坑周围地表沉降观测在围护结构施工及基坑开挖期间每2天一次，主体结构施工期间每周两次。