地铁旁深基坑工程监测实践

瞿少尉

(上海申元岩土工程有限公司，上海 200011)

1 引言

在桩基施工及基坑开挖过程中，由于受地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的复杂影响，很难单纯的从理论上预测工程中可能出现的问题，而且，从理论预测值还不能全面、准确的反应工程的各种变化。因此，需在理论指导下制定周密的监测计划，明确监测目的，并严格实施计划，使参建各方能够完全客观真实地把握工程质量，同时对可能发生危及基坑结构及周围环境安全的隐患进行及时、准确的预报，确保工程及周边环境的安全。本次监测的目的是：及时发现围护结构施工过程中的周边环境变化发展趋势，及时反馈信息，达到有效控制基坑施工对周边环境的影响；及时反映基坑施工过程中由于基坑开挖产生的坑外土体的动态变化，明确各施工阶段对坑外土层的影响，及时分析可能出现的事故隐患；通过监测及时调整支护系统的受力均衡问题，使整个基坑在开挖过程中始终处于安全、可控的范围内；及时掌握立柱桩的差异沉降状况，保障基坑施工过程中支撑体系受力稳定；客观、准确反映基坑支撑轴力的受力变化情况。使施工单位及时掌握基坑的稳定情况等；了解降水过程中，坑内外水位的变化情况。通过监测及早发现已存在或可能存在的基坑止水帷幕渗漏问题，分析可能出现渗漏的原因，并提请施工单位进行及时、有效的补救措施，防止施工过程中发生大面积涌砂现象；通过监测数据与预测值作比较，判断上一施工工艺和施工参数是否符合或达到预期要求，及时调整工艺及参数，确保顺利实现下一施工进度控制，从而切实实现信息化施工；及时将现场监测结果反馈给设计单位，使设计根据现场工况发展，进一步优化方案，达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。

2 地质概况

根据勘察中间资料，本工程场地地质条件如下。

2.1 场地土分布与特性

拟建工程场地位于上海市虹口区北外滩地区，地貌类型属滨海平原。场区地基土属软弱场地土。

第①1层杂填土以砼块、砖块、石子等建筑垃圾为主，砼块直径5～30cm左右，混少量粘性土。

第②层褐黄-灰黄色粉质粘土，为中等压缩性，可塑状态。

第③层灰色淤泥质粘土夹砂质粉土和第④层灰色淤泥质粘土，为流塑状的高压缩性土层，为天然地基的主要压缩层。

第⑤层粘性土，可分为3个亚层，第⑤1层灰色粘土，软塑、高等压缩性；第⑤3层灰色粉质粘土，可塑、中等压缩性；第⑤4层灰绿色粉质粘土，硬塑、中等压缩性。

场地埋深在30.0～69.0m以下分布有第⑦层粉砂性土，密实，中等压缩性，夹薄层粉土，土质均匀，层面平缓，层面埋深在43.0m左右。

场地埋深47.4m以下分布有第⑧1层粘土，密实，中等压缩性，土性极好。

2.2 场地地下水情况

拟建场地地下水类型有浅部土层中的潜水、中部土层(第⑦层)和深部土层(第⑨层)中的承压水。本工程地下室五层，基坑开挖深度约为25～27m，浅部的潜水和第⑦层承压水均与本工程建设密切相关。

3 施工概况

本项目位于上海市虹口区提篮桥街道HK324-01号地块，东至公平路、西至丹徙路、南至东大名路、北至东长冶路。建设规划用地面积：23037.2m2；总建筑面积：约243258.4m2。本工程分为四个区块进行实施：A区：开挖面积约7257m2，开挖深度25.1-27m，围护结构采用地下连续墙和六道钢筋混凝土支撑体系；B区：开挖面积约10072m2，开挖深度25.1m，围护结构采用地下连续墙和五道钢筋混凝土支撑体系；C1，C2区：开挖面积约1778m2，开挖深度13.9m，围护结构采用地下连续墙和四道支撑(第1道为钢筋混凝土支撑、第2～4道钢筋混凝土支撑+钢管支撑)体系。基坑分区详见图1。

图1 基坑分区布置图

本项目基坑自开挖至底板浇筑的时间历程为，A区：2018-9-28～2019-1-27，历时约4个月；B区：2019-7-18～2019-12-7，历时约5个月；C1区：2019-10-14～2019-12-6，历时约2个月；C2区：2019-11-22～2019-12-6，历时约1个月。

4 监测实践

4.1 监测项目

围护体系监测：围护结构顶部沉降及水平位移；围护结构测斜；立柱竖向位移；支撑轴力；坑外潜水水位及坑内外承压水水位；坑外土体测斜。周边环境监测：坑外地表沉降；地下管线的垂直及水平位移；邻近建(构)筑物沉降及倾斜监测。

4.2 监测重点及难点

本工程邻近多幢优秀历史保护建筑，同时周边有多少市政道路、管线等敏感保护对象；并且有正在运营的地铁12号线，在基坑实施期间需严格控制变形确保各项设施的安全及正常运营。因此基坑周边环境保护要求极高

场地内部存在较多老建筑拆除之后遗留的基础及桩基等地下障碍物，障碍物的分布范围已经影响到了围护结构、桩基础等的施工，因此需要先行清除后方可进行施工，清障过程中要对周边环境的保护也是本工程的重点之一。

因此本项目监测工作的难点是地处闹市区，且紧邻运营的地铁12号线，周边环境复杂；监测点类型多、数量多，监测点的安装埋设工序复杂；监测点分布在整个施工区内，测点保护难度较大。

4.3 监测数据与分析

本项目监测内容及测点数量众多，本文选取重要及典型数据进行总结分析，因围护结构侧向变形至关重要，作为重点分析对象。

围护结构测斜数据：因土方开挖打破坑内外荷载平衡而引起围护体系向坑内侧发生位移，随着土方开挖深度的加深，位移曲线弧度逐渐增大，位移最大点也逐渐下移，最大变形出现在开挖面以下3～5m。说明基坑开挖过程中随着深度的不断加深，墙后主动土压力在纵深方向也在增大，导致墙体日变形及累计变形相对增大。各测孔的变形原因及变形时间，主要与土方开挖顺序、位置、深度及支撑形成的速度有关。地下结构施工，围护体的变形主要产生在各道支撑拆除期间，支撑力度的释放，外侧土压的位移，产生相对量的变形趋势，变形规律与实际工况相吻合。C区基坑靠地铁侧开挖至大底板完成的最大变形量约23mm,详见图2，3；C区与A区中隔墙在基坑开挖期间的最大变形量约90mm,详见图4；A区与B区中隔墙在基坑开挖期间的最大变形量约104mm，详见图5；B区南侧在基坑开挖期间的最大变形量约150mm，详见图6。

图2 C1区地铁侧测斜变形曲线

图3 C2区地铁侧测斜变形曲线

图4 C区与A区中隔墙测斜变形曲线

图5 A区与B区中隔墙测斜变形曲线

图6 B区南侧测斜变形曲线

围护顶、立柱及水位数据：垂直位移的变形规律主要因土方开挖过程中，坑内土体大量卸载，土体力度释放，墙顶、立柱产生较大的上升趋势，从变形趋势得出，在每层土方开挖过程中，变形趋势较为明显，待下道支撑体系形成，各测点趋于稳定。坑外潜水水位与承压水水位在基坑施工过程中，大部分测点变化相对稳定；个别测点数据波动较大，主要有两方面原因：1.坑外雨水回灌；2.坑内进行承压水降水施工的影响。最大变形量见表1。

支撑轴力数据：在进行每层土方开挖过程中，随着土方面积的扩大，支撑轴力的受力值也相继增大，并且随着深度的加深，轴力值达到一个相对较大的峰值，整体处于受压状态，局部点位达到设计累计报警值，在监测工作中立即加强巡视，查看支撑体系是否产生裂缝，周边环境是否产生较大的影响。待下层土方开挖完成，支撑体系形成后，各道支撑轴力相对稳定。综上所述，在基坑开挖过程中，随着深度的不断

表1 墙顶、立柱、水位最大变形数据汇总(单位:mm)

加深，支撑受力逐道加大，下层支撑承担的荷载逐渐超过上层支撑，表明围护体变形最大点逐渐下移，与测斜数据相符。自适应支撑系统在土方开挖过程中，因施工速度快，能达到快挖快撑的效果，及时将坑外所产生的土压力在很短的时间内固结，并且随着深度的不段加深，外侧土压力的增大，及时调节自适应支护系统，将支撑体系和围护所产生的变形趋于平衡；从C1和C2两个区块施工过程中，各测点均变化不大，在可控的变形范围内，并达到设计所预期的变形值，从而最大程度的减小对地铁线路的影响。最大变形量见表2。

周边环境数据：周边管线及邻房变形主要发生在土方开挖阶段，管线最大沉降量达到-262mm，邻房最大沉降量达到-114mm。土方开挖引起围护体系向基坑内侧发生位移，致使外侧土体产生位移，各测点产生下降趋势，并且随着施工推进，时间周期的延长，多个测点达到日变形及累计报警值，作为监测单位及时提醒项目各方重视，组织各管线单位进行技术交底，在后续施工过程中应加强观测，加强巡视，并由管线单位组织专员进行听漏巡检，确保在项目实施过程中的安全。

5 结 论

通过该工程实例，尤其是作为临近地铁项目开挖的变形监测，重要性不言而喻，地下工程施工对原有土体的扰动，势必会造成各种关联变化。不同施工阶段和不同施工工艺所造成的变形也不尽相同。就本工程而言，在各施工周期对基坑本体、周边环境所产生的影响和变形也不尽相同，但总体上本项目变形数据相对较大，各方对监测数据也引起了高度重视，积极采取措施，确保项目安全。

基坑工程监测是一个系统性的工作，各个监测项目有着内在的相互关联，相互印证，为防止基坑变形过大，在设计上增强支护体系强度及各项参数，在坑底进行地基加固，制定合理的基坑降水方案，在施工上优化施工方案，采取分层、分块，对称、平衡、限时的原则，注意减少时空效应并加快施工进度，确保工程质量，综合各种措施才能控制基坑本体及周边环境的变形，从而确保工程安全。