地铁车站基坑监测工程优化探究

2019-11-19张文涛

四川建筑 2019年5期

张文涛，肖茜

(北京城建设计发展集团股份有限公司，河南郑州 450003)

基坑支护结构是为地下主体结构施工而设的临时施工措施，一般具有受场地水文地质条件影响大、设计安全储备小以及多学科(如结构力学、工程地质、基础工程等)交错的特点[1]。基坑支护涉及到稳定、变形以及渗流三方面技术问题，与设计、管理、施工、现场监测等有关联单位人员联系密切。此外，由于基坑工程具有明显的时空效应[2～3]，因此基坑工程的安全施工与现场监测密不可分。

本文从如何确保地铁车站基坑工程安全施工出发，就基坑监测项目重要性等级、基坑监测点布置以及现场监测出现异常时的应对措施等方面对地铁车站基坑监测工程进行了初步探究。

1 基坑工程监测项目重要性等级

基坑工程安全等级划分方法依据较多，尚无统一标准。国家现行技术标准JGJ120-2012《建筑基坑支护技术规程》[4]、GB50202-2018《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[5]、GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》[6]、GB50497-2009《城市轨道交通工程监测技术规范》[7以及轨道交通行业规范GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》[8]主要依据以下几方面对基坑安全等级进行了划分：(1)基坑自身风险(主要依据基坑深度划分)；(2)周边环境特点、分布和保护要求；(3)场地地质水文条件；(4)工程重要性，支护结构破坏、变形过大或失稳后果，支护结构与相应主体结构连接方式等。

就基坑工程自身风险而言，现行国家标准GB50202-2018《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[5]以7m、10m为基坑等级划分标准，GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》[6]以5m、15m为基坑等级划分标准，GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》[8]选用设计深度10m、20m为等级划分标准，另外依据上述其他分类依据，各类规范将基坑工程安全等级(或监测等级)大致地划分为三个等级。

在进行结构设计时，不同重要性等级(安全等级)的建(构)筑物的安全系数不一样。同样的，现行规范对不同安全等级(监测等级)的基坑工程就应监测项目也作了相应的规定。

基坑围护桩(墙)顶部水平位移、顶部竖向位移对基坑工程安全性影响尤为明显，当上述两监测项目变化过大时极易造成：(1)基坑围护桩(墙)发生失稳，导致围护桩(墙)倾斜增大进而倾倒。(2)支撑系统遭到破环，进而威胁基坑工程安全。故现行规范大多将上述两项监测项目列为三种等级基坑工程必测项目。对围护桩(墙)深层水平位移，在围护结构长度较大时该监测项目可反映围护结构沿深度方向上不同点的水平位移曲线，并且可以及时地确定最大水平位移值及其位置，故一、二级安全等级基坑均应监测此项。内支撑过长时需设置立柱桩，基坑围护结构图如下图1所示。

图1 基坑围护结构

内支撑(或锚杆)为围护桩(墙)提供抵抗基坑外侧土压的水平作用力，故内支撑的稳定性对基坑工程的安全性不言而喻，因此对基坑工程，凡运用到内支撑或锚杆的均应对其内力进行监测。

立柱产生水平或竖向位移过大时，将会导致内支撑体系失稳，进而对基坑安全造成影响，因此据GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》，立柱水平位移、竖向位移在基坑监测等级达到二级及以上时均应监测。此外由于地下工程对水敏感性强，因此应对地下水进行相应监测。

在城市建设中，市政管线一般于地面下3m以上范围内铺设(图2)。

图2 基坑开挖时坑内市政管线

如图2，基坑开挖时将不免对地下管线进行扰动。而作为城市正常运行的“地下血管”，地下管线遭到破坏将严重影响城市的正常运行，故凡是出现在基坑开挖范围内(或一定开挖影响范围内)的地下管线，均应对其进行相应监测。相应的，若在开挖基坑的周边存在既有建筑，同样应对既有建筑进行必要的监测，以确保基坑开挖时既有建筑的安全。

2 基坑工程监测点布置

基坑工程监测时依据GB50497-2009《建筑基坑工程监测技术规范》，城市轨道交通建设中依据GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》[8]，对监测点布置有明确的规定，但在基坑工程实际施工时若照搬规范一成不变，而不去考虑实际工程中场地地质水文条件以及周边环境，则容易出现以下情况。

(1)相应基坑监测项目无法形成有效互补关系。现行设计中，按照规范，基坑一侧监测点沿基坑周边布设，布设间距在基坑监测等级一、二级时为10～20m，GB120-2012《建筑基坑支护技术规程》[4]对支撑轴力的监测有如下描述“每层支撑的监测数量不宜少于每层支撑数量的10 %，且不应少于3根”，且在GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》[8]有“考虑不同监测对象的内在联系和变化规律时，不同的监测项目布点要处在同一断面上”，此时往往会出现某一未布置监测点的断面的变形值无法得到反映。

(2)测点布置在容易被破坏的区域，增大监测系统自身风险，造成浪费和基坑风险隐患。在基坑工程现场施工时施工单位限于各种原因，现场挖出的土方往往无法及时运出，这时便会出现基坑一侧堆有大量开挖土的现象(图3)。

图3 基坑一侧土方堆载

此时，便会出现上述情况，由于土方堆载，该侧基坑相应的桩顶水平位移很大可能超过监测控制值，但围护结构和周围建筑物却安然无恙。相同情况导致出现报警而未发生险情，易使监测人员产生麻痹思想，造成“狼来了”现象。

(3)基坑自身风险与周边环境风险监测之间无相应联系。依据规范，其对基坑的监测是将基坑本身与周边环境分开进行监测。此时，基坑本身的监测数据无法与周边环境的风险监测数据形成互补关系，利用一方监测数据易造成险情的误判。

总结本章，现行规范虽对监测点布置作了比较详细的规定，但实际布测点时应避免上述三点的出现，力争做到“点为坑布，反映实际”。

3 基坑监测项目控制值

基坑工程经过多年发展，不同地区结合自身特点，提出了适用于本地区的监测项目控制值，但如何利用好控制标准，仍旧值得我们深入研究。

例，地铁基坑在设计时需要考虑到：(1)围护桩(墙)作为抗浮一部分参与车站结构整体抗浮计算；(2)地面处土体侧压力较小(有时为零值)，钢支撑有脱落危险；(3)方便地下管线的铺设。故在设计时通常将围护桩(墙)冠梁设于距地面下一定距离。同时，又因场平标高在设计时未能及时更新，此时便易出现场施工时冠梁上挡土墙过高的现象(图1)。

挡土墙由于其刚度较小，修筑过高时易使其产生过大的水平位移，从而导致较大地表沉降，据相关工程项目监测数据，可达数十厘米。而依据规范，地表沉降是基坑安全等级高于三级时的必测项目，限值为毫米量级。此时如若仅按规范，地表沉降达到监测控制值，现场施工将进行警情报送，必要时将会停工检查。但实际检查中发现围护桩桩顶水平、竖向位移均未超出限值，仅是挡土墙由于自身刚度小造成。虽是虚惊一场，但造成的损失和影响是很大的。

在基坑开挖中，现场施工超挖、支撑架设不及时是常引起监测值达到报警值的因素，但实际施工中超挖具有随机性，盲目地增加测点将造成资源浪费。据相关论文经验[9]：超挖时相应区域的围护桩(墙)测斜速率出现异常，且位置一般出现在测斜拉锚位置及对撑位置。故在布置监测点时可在该区域进行相应地布置，并对围护桩(墙)测斜速率等进行重点观测。

从基坑支护结构力学性能或变形出发，每条边中部以及阳角位置处应为重点监测对象。在进行设计以及现场施工时，应做到根据场地实际情况，对可能发生超过监测控制值的监测项目有大致的预判，结合点位的布置，在遵循相应规范的前提下，因地制宜，做到既不浪费又能对支护结构有全面化的监测。