京沪高速铁路济南西站站房深基础施工的信息化监测

陈文捷

(京沪高速铁路济南高速站工程建设指挥部，济南 250117)

京沪高速铁路济南西站站房深基础施工的信息化监测

陈文捷

(京沪高速铁路济南高速站工程建设指挥部，济南 250117)

济南西站站房基础施工属于超大深基础施工，整个基坑面积42 000 m2，挖深最深到18 m，基坑采用多重支护体系，且基坑紧邻正线路基，基坑降水势必要影响到路基沉降。如何保证深基坑的安全以及正线路基在深基坑施工期间的稳定是一大课题。采用先进的信息化监测技术，对深基坑及路基进行全方位、全过程监测，根据实时监测结果判断是否采取措施以保证基坑和路基稳定。实施结果非常理想，整个基础施工过程除基坑周边地表沉降局部接近报警之外，其余观测部位均保持稳定。证明了基坑施工方案的合理，同时证明采用信息化监测手段对保证深基坑的施工安全非常有效。

深基坑;信息化监测;降水和支护;路基沉降;监测

1 概述

京沪高速铁路济南西站站房工程于2009年6月开工，总建筑面积 10万 m2，地下部分建筑面积32 500 m2，其中主站房部分含地下1层，高架部分含地下2层(通廊部分和预留地铁1号线)，整个基坑面积42 000 m2，地铁1号线埋深到地下18 m，基础工程结构工程量占到整个站房的40%。到2010年5月底完成地铁1号线主体结构的施工，2010年7月底完成地下通廊主体结构的施工。

2 施工难点分析

由于增加的市政预留地铁1号线的结构横穿整个主站房和地下通廊下方且要同步施工，致使该部位施工是整个站房范围内难度最大的。

(1)结构埋深深，因各部位埋深不同，需设置多级基坑，且降水深度大:站房及地铁1号线基坑分2级，站房为Ⅰ级基坑，地铁1号线为Ⅱ级基坑。其中主站房Ⅰ级基坑开挖深度为10.8 m，采用两级放坡，需降水到高程－12 m左右;地下通廊Ⅰ级基坑在承台下最大开挖深度为8.87 m，筏板下开挖深度为4.1 m，地铁1号线基坑为Ⅱ级基坑，开挖深度为自然地坪下17.7 m，自Ⅰ级基坑下10.4 m，需降水到高程－19 m左右。

(2)采用多种基坑防护方式:Ⅰ级基坑护壁采用放坡开挖，坡率1∶1，放坡坡体采用C20网喷混凝土面层处理形式。地铁1号线Ⅱ级基坑内设计采用18 m长的钻孔灌注桩(悬臂长度超过10 m)结合高压旋喷桩双层止水帷幕护壁，同时设置2道内支撑体系，第1道采用钢筋混凝土支撑，第2道采用钢管支撑(其中由于在正线桥南北两端临近正线路基高填预压土，该部位的第2道支撑为钢筋混凝土支撑)，中部设钢立柱。

(3)第Ⅰ级基坑通廊基坑南北两侧和主站房基坑西侧为济南西站车场，已施工路基，其中正线处还有4 m高高填预压土，路基距离通廊基坑南北上口开挖线约7 m，距离主站房西侧基坑开挖线约9 m，因此，不仅正线处高填预压土会大幅度增加对该部位基坑边坡的侧压力，而且站房基坑开挖和基坑降水势必还要对该部分路基的沉降造成影响。另外，Ⅱ级基坑(地铁1号线)处于第Ⅰ级基坑中部，周边为通廊和主站房C段，还需考虑坑壁位移的不利影响。基坑平面关系见图1。

图1 基坑平面关系(单位:m)

多级基坑和不同形式边坡支护的设置、边坡附近存在的高填土、Ⅱ级基坑深降水等因素，给深基坑施工的安全和已施工完路基的稳定带来了很多不确定因素，施工过程中保证基坑支护的安全及周边土体的稳定是济南西站站房深基坑施工的首要问题。除了要编制详细、安全可靠的土方开挖、边坡支护、基坑内支撑体系及降水方案以外，本工程采用了信息化综合监测方法，对基坑及周边进行全方位、全过程监测，为基础施工提供周边环境、基坑本身的沉降及水平位移等多项变形参数，及时掌握周边环境的位移、沉降等多项变形规律，并在监测过程中的变形总量达到报警值时，立即通知施工方和监理以便采取有效措施，控制变形量的发展，真正做到信息化施工，确保周边环境安全和基础工程的顺利完成。

3 工程实施过程中监测内容、范围和方法

经研究，将地铁Ⅱ级基坑的内支撑体系、基坑降水以及基坑周边土体(含正线路基)作为监测重点。整个监控范围分为基坑和周边两部分。

3.1 基坑部分

3.1.1 围护桩顶的沉降和水平位移监测

本部分主要是监测在Ⅱ级基坑开挖、结构施工中围护桩顶的沉降和水平位移，为围护桩体测斜控制孔口位移提供改正参数。实施过程中沿基坑周边围护桩顶布设38个观测点，在钻孔灌注桩顶圈梁浇筑时，同步埋设桩顶垂直及位移监测点，并采用精密测量仪器测量沉降和位移。见图2。

3.1.2 围护桩体和坑外土体的位移监测(桩体和土体测斜)

这是监测的重点部分，主要是了解Ⅱ级基坑内随基坑开挖深度的增加，围护桩体和坑外土体在不同深度的水平位移变化情况，从而了解围护桩体和内支撑体系的受力状况。

测点的布置采用在支护桩和坑外土体内埋设PVC测斜管。其中支护桩的测斜管随桩体灌注埋设在桩体中，管长和灌注桩相当，沿围护桩体布设10个测斜孔;土体的测斜管采用成空埋设，埋深16 m，沿基坑外深层土体布设4个测斜孔。监测时在测斜管内使用带有探头的测斜仪进行监测记录，由于它是假定孔顶为不动点，故每次测量的数据为相对的，还需要通过同部位围护桩顶的水平位移值进行修正。测点布置见图3。

图2 围护桩顶测点布置

3.1.3 Ⅱ级基坑支撑轴力监测

由于Ⅱ级基坑围护支撑体系处于动态平衡之中，随着基坑施工工况的变化随时建立新的平衡，通过监测Ⅱ级基坑2道内支撑的轴力，可及时了解支撑受力及其变化情况，准确判断基坑围护支撑体系稳定情况和安全性，以指导基坑的施工程序和方法，确保基坑施工安全。

测点布置采用预埋钢筋应力计的方法，即混凝土支撑施工时，在绑扎钢筋过程中同步将钢筋应力计焊接在支撑主筋上(钢支撑则直接将钢筋应力计焊在钢结构上)，并引出导线，开挖前7 d测试其初始值。每次监测时将导线和频率接收仪连接，用来接收各个钢筋应力计的频率。实施过程中在第1道支撑上布设17个测点，在第2道支撑上布设16个测点。

3.1.4 基坑外水位监测

水位监测是通过测量Ⅰ级基坑外地下水位在基坑降水和基坑开挖过程中的变化情况，了解基坑围护结构的止水效果，以及时发现和防止围护结构渗漏、基坑外水土向坑内流失，是判断基坑周边环境安全性的主要依据之一。

图3 围护桩体和坑外土体测点布置

实施过程中沿Ⅰ级基坑外布设10个地下水位监测孔，Ⅱ级基坑外布设6个水位监测孔。在地铁护壁的钻孔灌注桩灌注完成后，用水位监测孔钻机成孔，孔内埋设PVC透水管，将水位管插入孔内至设计深度，利用钢尺水位仪测试管内的水位深度。根据基坑的深度，确定通廊基坑周边的6个水位监测孔深为10 m，主站房基坑周边的4个水位监测孔深为13 m，Ⅱ级基坑周边的6个水位监测孔深为20 m。降水完成且在土方开挖前2 d测试其初始值。

3.2 周边环境部分

基坑周边地表沉降以及路基沉降和水平位移观测，主要是要监测Ⅰ级基坑周围土体稳定以及基坑降水引起的正线路基沉降情况。

在Ⅰ级基坑外侧沿基坑每隔30 m左右设置1组沉降剖面，每组设5个监测点(沿垂直于基坑方向每5 m布设一点，即监测范围为坑外20 m)。同时，环绕正线路基的三面，每隔20 m左右增设1处监测点。本工程共计设置路基沉降观测点16个，周边地表沉降观测点55个。

监测方法是利用站房的水准控制网点，按照国家二级水准要求，联测各地表沉降监测点，做闭合水准路线。计算各点高程、本次沉降量以及累计沉降量。

4 监测实施要点

(1)严格按照监测程序实施监测及数据收集和分析。监测采取日报制，即检测员每天进行观测并编制日报表，再由监测工程师分析监测数据并在当天形成正式监测日报告。监测日报告第二天早晨报监理单位，每周形成周报告报建设指挥部。指挥部在认为必要时组织进行阶段性观测总结评估(实施过程中指挥部在Ⅱ级基坑土方完成以及地铁侧墙结构完成后组织了2次总结评估)。

(2)监测过程中如果有监测结果超过预先设定的的报警值，现场监测工程师要立即向指挥部、监理方发出书面通报，以提请各单位注意。出现严重偏离的，指挥部要立即组织各方进行研究，根据事先编制的各种不利情况应急预案采取相应措施，消除安全隐患。例如，如发现围护桩和土体测斜异常，则考虑采取坑体周围卸载或增加内支撑数量;如发现支撑轴力超标则采用增加临时支撑的措施;如发现因基坑降水使路基产生异常沉降，则立即在基坑周边的预留回灌井中进行地下水回灌，以阻止路基继续下沉。

(3)严格执行监测人员资格审查制度，测量仪器的“三检”制度(正式监测前全面检查、重要部位监测设备每天检查、一般监测设备定期检查)，以及同一观测部位人员和监测设备的固定制度，以保证监测精度。

5 监测结果分析

济南西站站房基础施工的信息化监测自2009年9月21日基础土方工程开始，至2010年6月11日地铁1号线结构施工完成监测结束，通过对各监测部位实施的不间断监测的数据收集及分析，做到了实时掌握深基坑施工过程中基坑开挖和施工降水对基坑围护体系和基坑周边环境影响的各种变形信息。主要监测结果及分析如下。

(1)基坑周边地表及路基:通过对整个监测过程中的数据分析，站房基础施工期间对基坑周边地表以及路基沉降影响最大，部分监测点接近报警值(19.7 mm，报警值20 mm)，其他监测部位未发生异常，表明基坑范围内的边坡支护体系和Ⅱ级基坑内支撑体系一直处于稳定状态，同时由于基坑降水引起的路基沉降已经基本控制在允许范围之内。同时，通过分析整个监测过程数据，可以掌握基坑以及周边环境的变形规律，比如:土方开挖和施工降水初期，基坑周边地表变形较为缓慢，自2009年11月20日开始Ⅱ级基坑的降水开始，基坑周边地表变形开始加速，到2010年5月10日左右，也就是施工降水到设计高程后4个月左右，基坑周边地表变形基本完成，6月份以后随着施工降水开始部分停止，部分观测点的地表已经出现回升。

(2)Ⅱ级基坑:这是基坑监测的重点，因此在该部位设置了围护桩体和坑外土体的位移(桩体和土体测斜)以及内支撑轴力3个观测项目。监测结果显示:第1道支撑的轴力最大累计变化量为3 135.3 kN(设置报警值为4 679 kN)，第2道支撑的轴力最大累计变化量为2 323.7 kN(设置报警值为6 794 kN)，坑外土体位移最大累计变化量20.34 mm(设定报警值30 mm)，围护桩体位移最大累计变化量20.33 mm(设定报警值30 mm)。各观测指标变化均在允许范围之内。

同时通过监测发现，内支撑轴力最大处位于正线桥位置，这是由于该区域距离正线路基的高填预压土较近的缘故，因此该区域设置了2道钢筋混凝土支撑用以加强;同时还观察到，自二级基坑以下5～6 m范围内(即地表下14～15 m范围内)支护桩以及土体的测斜变化最大，而支护方案设计在－14 m高程设置了Ⅱ级基坑第2道内支撑(钢管支撑)，以控制该区域支护桩以及土体测斜变化的发展。观测结果和方案设计完全吻合，证明Ⅱ级基坑的支护方案非常合理。

(3)基坑外水位监测:Ⅰ级基坑外侧10个观测点水位最大累计变化量－40 cm，Ⅱ级基坑外侧6个观测点水位最大累计变化量 －9 cm，均低于报警值(－100 cm)，Ⅰ级基坑护壁及Ⅱ级基坑维护未出现大量渗水现象，证明有效降水量稳定，止水帷幕质量可靠。

6 结论

通过施工单位(包括监测单位)、监理单位和指挥部的密切配合，本工程的基础施工信息化监测顺利实施完成，整个过程监测资料连续、准确，整个深基坑施工对周边环境和基坑围护的影响确保在可控范围以内，从而保证了基坑和既有路基的安全。同时可以得出结论:对于济南西站这种大型公共建筑中较为复杂的深基坑施工，信息化监测非常重要和可靠。本工程已取得的监测成果资料，验证了其基坑支护和降水方案的合理性，对于以后同类工程具有借鉴和参考作用。

［1］雷 崇．杭州地铁彭埠站基坑计算与监测结果分析［J］．铁道标准设计，2011(5)．

［2］李正涛．管井井点降水在夹层地质地铁区间的应用［J］．铁道标准设计，2009(7)．

［3］琚国金，漆泰岳，刘传利．明挖地铁车站深基坑施工监测方案设计研究［J］．铁道标准设计，2008(8)．

IT-based Monitoring for Deep Foundation Construction of Ji'nan West Railway Station Building in Beijing－Shanghai High Speed Railway

Chen Wenjie

(Construction Headquaters of Ji'nan West Railway Station on Beijing－Shanghai High-speed Railway，Ji'nan 250117)

Ji'nan west railway station building foundation pit was super large and deep，with an area of 42 000 m2and the maximum depth of 18 m．The foundation pit adopted multiple support systems．Since the pit is close to the main line subgrade，foundation pit dewatering is bound to affect the subgrade settlement．How to ensure the safety of deep foundation pit and the stability of the main line during the deep foundation pit construction is a serious subject．This project adopted advanced IT-based monitoring technology with omnibearing and whole-process monitoring，according to real-time monitoring results to determine whether or not to take measures to ensure the stability of the foundation pit and the subgrade．Results of implemention were very ideal，during the construction process the whole foundation pit kept stable except for a portion of peripheral surface settlements closing to alarm．It has been proved that the foundation pit construction scheme is reasonable，and that IT-based monitoring is highly effective to guarantee construction safety．

Deep foundation pit;IT-based monitoring;Dewatering and support;Subgrade settlement;Monitoring

TU248.1

B

1004-2954(2011)12-0062-05

2011-10-20

陈文捷(1968—)，男，高级工程师，1990年毕业于同济大学，工学学士。