天津某地铁车站基坑开挖监测技术研究

王晓烨

摘 要：在地铁施工建设中，往往需要进行基坑开挖。由于基坑内外压力的变化，引起土体的变形，对邻近建筑物造成影响。因此，需要对基坑及邻近建筑物进行变形监测，本文基于笔者多年从事基坑变形监测的相关工作经验，以天津市某基坑开挖对建筑物影响的监测为例，介绍了监测方案，并对不同的数据处理模型进行对比研究，得出对于本项目变形监测中精度较高的数学模型。

关键词：基坑 变形监测 数据处理 精度

中图分类号：TU443 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（c）-0027-02

近几年，随着科學技术的不断发展，很多城市都开始修建地铁，深基坑工程是地铁项目的一个重要组成部分，其规模越来越大，深度越来越深，因此深基坑开挖和支护成为地铁工程的热点和难点。由于基坑开挖引起的变形会对周边建筑物构成威胁，使得在施工期间引起的基坑变形及基坑稳定状况成为许多设计和施工单位广泛关注的问题之一，故有必要对支护结构及周边环境实施监测，为勘察设计施工部门及时提供监控资料，避免造成不必要的经济损失和社会影响。

变形监测是掌握基坑形变规律以及对周边环境影响进行评价的有效手段，在建筑物兴建、施工、运营阶段都起着重要作用。通过变形监测，分析基坑形变规律，以及对周边建筑物影响的变化趋势进行有效的预测，对基坑和建筑物的安全监控，确保建筑物安全运营具有重要意义。本文以天津某基坑的监测为例，对变形监测的数据进行处理分析，对观测量进行预报并与实际沉降量进行比较，以确定模型的有效性。

1 工程概况

此基坑位于天津某地铁车站。在基坑开挖的施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变将引起土体的变形，因此会对邻近建筑物造成影响。此次观测的目的就在监测基坑的开挖对邻近建筑物造成的影响，以及了解邻近建筑物的变形情况，从而控制开挖基坑的进度来保证工程的安全，最终保证周围几座建筑物的安全。

1.1 基准点和监测点布设方案

基坑监测工作于2014年6月17日开始布点，总计观测20次。在基坑上布设变形监测点，平面位置上力求对称，做到全面监测，突出重点。监测项目主要是对基坑旁3号、4号、5号楼进行沉降监测。本次共布监测基点5个（ZB1、ZB2、ZB3、ZB4、BM1），水平位移监测点9个（全为基坑边监测点，编号为JC1～JC9，间距约20m，距基坑边线约0.2m），沉降监测点16个（11个水平位移监测点同时作为沉降监测点，建筑物沉降观测点为5个，编号为3D-1、3D-2、4D-1、4D-2、5D-1）。6月19日对监测点进行了初始数据的观测，初次观测独立观测两次，取其平均值作为初始数据，并对基点进行了联测。在基坑开挖过程中，每3～4天进行一次观测，若沉降观测点的沉降量出现异常，则对各观测点进行加密观测。

沉降监测测量仪器选用Leica DNA03数字水准仪，水准尺为与DNA03配套的Leica编码标尺。在观测之前水准仪和水准尺经过严格检验。我们的控制点（BM1）选取在距离基坑200m以外比较牢固的建筑物（6号楼）上，控制点（BM2）选取在距离基坑200m以外比较牢固的建筑物（4号楼）上。

1.2 建筑物沉降观测数据计算及分析

对建筑物一共布设了5个监测点，以基准点BM1为起点，BM1高程为10.00m。观测流程为由BM1→5D-1→3D-1→3D-2→4D-1→4D-2→BM1形成一个观测闭合环，每次观测结束利用△h=∑a-∑b≤1.0（路线距离）检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，然后，调整高差闭合差，推算出各沉降观测点的高如有超限应当返工。经计算得出闭合水准路线全长闭合差为0.21mm，路线长为0.8703km，闭合差限差为±4=±3.8mm，故初次观测完全符合二等水准测量要求。由于观测数据很多，这里取前10期建筑物沉降观测数据进行分析研究：（1）计算各观测点本次沉降量：Δh=本次观测所得的高程Hi为上次观测所得的高程Hi-1；（2）计算累计沉降量：ΔH=ΣΔh；（3）计算沉降速率：ν=沉降量/观测天数，有观测数据绘制建筑物监测点沉降观测曲线图，各点沉降量如图1所示。

根据观测数据成果计算各观测点的累积沉降量如表1所示。

沉降观测数据表明：大部分房角沉降观测点变化很少，其中最大的变化是4D-1（-0.97mm）和3D-1（-0.95mm），但监测点的累积变化量小于警戒值，已有支护结构能维持基坑边坡的稳定，目前基坑处于稳定状态。

2 对建筑物的监测点的数据分析

根据3号、4号和5号楼沉降观测数据为例，对沉降量和观测天数进行线性回归分析，依次可求得各观测点沉降量y与监测天数x的线性回归方程及相关系数。

由表2发现，点4D-1的线性关系最显著，点5D-1的线性关系最不明显。

根据回归方程对各点数据进行回归，可获得相关的统计数字，如置信度、回归值、F检验值等，并对相关系数进行显著性检验。得出各点实测累积值和回归分析值，将实测累积沉降值与回归分析沉降值绘制成图（如图2所示）。

通过回归分析的结果可以看出，其回归分析值和实际观测值一般都有一定差异，但总的分析曲线的走势大致一致，通过此线性回归即可做沉降观测的变形预测，做好对将来建筑物的安全预报。由图2可知累积沉降的回归分析值并不能准确地反映其沉降量，和实际的累积沉降有一定的差异，但在反映点与点之间的沉降差异方面却有很好的反映：（1）通过回归分析可发现点3D-11和点4D-1沉降最快，而离基坑较远的点5D-1则沉降的比较少。（2）点3D-1和点4D-1沉降比较均匀，其余三点沉降发生不均匀变化。根据它们累积沉降的不同也可以分析后期建筑物的倾斜情况，从而更好地控制，作好防御措施。

3 结语

本文立足于深基坑沉降变形监测的方案设计及数据分析处理，以天津某车站深基坑沉降变形监测为实例，阐述了变形监测的方案设计与数据处理，并根据不同的数据处理模型对变形趋势的预测预报的有效性进行了对比分析。采用线性回归预测模型对监测数据进行处理分析能够简单、快速、准确地得到深基坑沉降变形状况以及对周边建筑物的影响，并对下一次沉降量进行预报，能为验证基坑开挖及保证周边建筑物的安全，提供必要的数据和评价资料。

参考文献

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