某地铁站深基坑信息化施工监测体系设计研究

罗积胜

近年来，我国地下工程发展迅速，导致基坑向深、大方向发展成为必然趋势，基坑平面尺寸和开挖深度的增大带来一系列复杂的问题，信息化施工日益受到工程界的重视，要实现信息化施工，首要的任务就是做好监测工作，它可为信息化施工提供重要依据。可见，开展复杂环境下地铁车站深基坑施工现场监测设计与实践研究对指导施工意义重大，合理的监测体系设计是至关重要的一环。本文以某地铁车站深基坑为工程背景进行监测体系的设计研究[1]。

1 工程概况

本基坑西侧为即将建成的高层建筑小区，东侧为一条 5m宽的小河及路边绿化带，河对岸为多层住宅小区，南北侧为交通要道，周围管线密布。车站为地下 2层岛式车站，主体围护结构采用 φ1 000钻孔咬合桩，相邻两桩咬合量为 250mm。车站总长174.65m，宽18.7m，埋深为2.85m。车站包括2个风道及3个出入口，采用明挖顺作法施工，为单柱双跨结构，出入口采用φ850SMW工法围护。标准段基坑内竖向设置四道φ609mm钢管横撑，纵向间距3.5m左右，车站端头井竖向设置五道φ609 mm钢管斜撑。本工程所在场地主要为钱塘江河口相冲海积地貌，地表以下分布有比较厚的河口相粉土、砂土层，根据土性特征，表层约 10m系近代沉积层，将对基坑的稳定性产生不利影响。

2 信息化施工监测体系设计

为了保证工程的顺利进行以及周边建筑、地下管线安全，在基坑开挖施工期间对基坑及周边管线和建筑物的变形进行了监测[2]，预警并防范过大位移、变形与工程事故的发生，通过对测量得到的监测数据进行分析，将信息反馈到施工中，与工程安全标准及允许变形对比得出分析结果，实现整个基坑工程的信息化施工。

2.1 监测内容

根据本地铁车站的设计要求和基坑以及周边的实际情况，进行了以下9项监测项目(见表1)。

表1 监测项目

2.2 监测控制标准值

根据车站设计方案，各监测项目报警值如表 2所示。

2.3 监测方法

2.3.1 桩顶水平和垂直位移

桩顶水平位移测量采用全站仪，按小角度法进行观测。在平行于基坑围护桩延长线上的平面控制点设工作站，取远方 100m外位置稳定、成像清晰的永久性目标作固定后视方向分别测出各监测点相对后视的夹角，每次四测回取平均值A。光电测距量出测站至监测点边长S。同一测点相邻两次测角差ΔAi=Ai-Ai-1，从而计算出该测点本次位移量，第一次位移量累加至当次本次位移量即为该测点累计位移量。计算公式如下:

其中，ΔSi为本次位移量;ΔAi为本次角度变化量;S为测站间的边长;β为常数，β=206 265;ΔS为本次角度变化量及位移量。

桩顶垂直位移采用精密水准仪，按国家二等水准要求观测。以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基准，测算出各监测点标高。同一测点相邻两次标高差即为本次该测点沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即为该测点累计沉降量。计算公式如下:

其中，Δhi为本次沉降量;hi为本次标高;hi-1为上次标高;Δh为本次累计沉降量。

表2 监测项目布置及报警值

2.3.2 桩体侧向变形

桩体侧向变形监测是掌握深基坑不同深度围护结构变形的重要手段，采用CX-E测斜仪进行桩体的侧向变形监测。测斜管在施作围护桩的时候一起埋入，在后续施工中应该严格注意做好测斜管的保护。本车站共布置 20根测斜导管。在桩芯处预埋测斜导管，深度要求达到底板顶面，预留至桩冠梁顶面，浇筑混凝土时，须注意对测斜管的保护，保证测斜管铅垂向下。

2.3.3 坑内钢支撑轴力

钢支撑的一端安装钢弦式轴力计监测支撑轴力，在监测断面处每道支撑各安装一个，轴力计安装在钢支撑管与围护墙间。轴力计的量程需要满足设计轴力的要求。在需要埋设轴力计的钢支撑架设前，将轴力计焊接在支撑的非加力端的中心，在轴力计与钢围楝、钢支撑之间要垫设钢板，以免轴力过大使围楝变形，导致支撑失去作用。支撑加力后，即可进行监测。从设置钢支撑到拆除，每天观测一次。

2.3.4 坑外水位

基坑外的地下水位监测，设置 6个测面，每个测面 2个测孔，共 6×2=12个测孔。每个测面上的2个测孔布置:一个测孔距围护结构大致1.5m，而另一个测孔距围护结构为11.5m。

2.4 监测信息反馈程序

完整的信息反馈系统对于保证监测数据的合理有效利用，为施工方案的调整提供可靠依据具有重要意义[3，4]。首先，采集监测数据时，要保证数据的真实可靠;其次，对取得的数据，应用数理统计的方法和各种表格及曲线对数据进行整理和分析;最后，将整理后的数据汇总成周报表和月报表，定时交付施工单位、监理和业主。另外监测中发现的例外情况要特别对待处理，及时向施工单位汇报，并提出建议。

2.5 监控量测数据的分析、预测

取得各种监测资料后，需及时进行处理，排除仪器、读数等操作过程中的失误，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监测数据的可靠性和完整性，采用计算机进行监控量测资料的整理和初步定性分析工作。

采用统计分析方法对监测结果进行回归分析:寻找一种能够较好反映监测数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测物理量进行预测，防患于未然。如预测最终位移值，预测结构物的安全性，并据此确定工程技术措施等。因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率等综合判断结构和建筑物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工目的。

3 结语

采用信息化施工方法，及时掌握支护结构变位和周围环境的变化，并通过信息反馈指导施工，根据监测数据，及时通报施工中出现的问题，以便采取相应的措施，能够减少施工的盲目性，降低施工中可能发生的经济损失，确保基坑及周边环境的安全稳定。

该工程已经在土质差、地下水位高、开挖深度深、周围环境保护要求高等诸多不利因素影响下得以顺利完成，表明该围护结构设计及监测体系是合理有效的，基坑支护施工质量效果是良好的，满足了设计和环境的要求，对类似工程有一定的借鉴意义。

[1] 孙 凯，许振刚，刘庭金.深基坑的施工监测及其数值模拟分析[J].岩石力学与工程学报，2004(8):34-36.

[2] JGJ/T 8-89，建筑变形测量规范[S].

[3] 夏才初，李永盛.地下工程测试理论与测试技术[M].上海:同济大学出版社，1999.

[4] 刘招伟，赵运臣.城市地下工程施工监测与信息反馈技术[M].北京:科学技术出版社，2006.