复杂环境下地铁深基坑施工动态监测技术探讨

邱冯福

上海睿川工程技术有限公司 上海 200090

引言

随着城市化建设进程的逐步深入，轨道交通工程施工技术水平得到有效提升，但受工程施工条件和环境的影响，在地铁深基坑工程施工过程中，若不对其施工过程进行实时监测，极易对周边土层环境造成影响，严重还将引发周围建筑物下方土层结构及土壤基层发生变化，对周围建筑物结构的稳定性和安全性造成威胁。

1 工程概况

1.1 总体概述

本工程为上海市轨道交通15#线工程5标基坑工程，项目位于上海市西南部紫竹高新区站，沿莲花南站向祁连山路行进，终点站在城市的西北部顾村公园站。如表1，15#线工程5标基坑工程环境监测目标为3个地下车站、4个盾构区间、5个联络通道和7和远程监控点，重点考察与监测地铁深基坑工程施工中可能存在的风险，最大限度地降低深基坑工程施工对周边土壤环境产生的不良影响，提高地铁工程施工效率和质量。

表1 本标段监测工作范围及内容一览表

1.2 重难点分析

上海市轨道交通15号线是一条位于浦西中部南北向的重要线路，周围环境极其复杂，地下管线众多，而且周边大型保护性建(构)筑物纵横交错，监测工作责任重大。针对各项风险源分析，对车站基坑工程监测重点总结如下：

1.2.1 本标段基坑环境保护等级均为一级，场地内分布有运营中的延安西路高架桥、高压塔等重要的保护性构筑物，且距离基坑均在1倍开挖深度范围内。基坑工程施工中应有效实时监测运营中的延安西路高架桥、高压塔，确保其安全运营。

1.2.2 本标段古北路站为地下三层岛式车站，开挖深度最深处达29m，属于超深基坑。基坑监测等级为一级。姚虹路站为地下二层岛式车站，属于超大基坑，基坑长度超过300m，宽度最大达26m，基坑面积大，又采用半幅或局部盖挖和顺作相结合的施工方法。因此要加大监测管理的力度，对整个基坑施工监测过程严格把关，掌控各监测项目的变形及发展趋势。建立起一个完整的监测预警系统[1]。

1.2.3 本标段项目周围有多幢浅基础（条形基础）的保护性建（构）筑物，且距离基坑均小于10m，位于基坑开挖深度的1倍范围内。施工中严格控制土体的变形，合理调整施工参数，确保建（构）筑物的安全和正常使用。

1.2.4 由于3个车站基坑开挖深度均较深，承压水层较浅。虽然围护结构设计时均采取了隔断承压水层的措施。但基坑开挖后，可能因连续墙渗漏水、基坑开挖到底时坑内上覆土层抗承压水头的安全系数明显减小等因素，基坑工程仍面临系统性的风险。因此在降水及基坑开挖过程中须密切关注地下水位的变化趋势。

2 监测工作原则

在监测过程中要遵循系统性原则，对于所监测的项目进行有机的结合，并且做到监测数据相互校核，在施工工程中进行连续监测，确保数据的连续性，运用、发挥系统功效对周边环境进行全方位监测，确保数据准确、及时。

监测的手段应坚持可靠性，监测方案的设计应与设计相结合，并对结构设计中使用的关键参数进行监测，达到进一步优化设计的目的，应根据设计计算情况，确定围护结构及支撑系统的报警值。监测要坚持关键部位优先、兼顾全面的原则，对围护体及支撑系统中相当敏感的区域加密测点数和项目，进行重点监测，对勘察工程中发现地质变化起伏较大的位置，施工过程中有异常的部位进行重点监测，除关键部位优先布设测点外，在系统性的基础上均匀布设监测点[2]。

3 地铁深基坑动态监测实施

3.1 支护结构水平位移监测

为保证工程施工监测工作的有效性，监测工作开展初期，要按照分级布网原则，统一设置监测控制网，针对深基坑工程中的支护结构水平位移问题，技术人员合理布置平面控制网，采用视准线法、小角度法或自由设站基准线法实施，在监测范围较广时，需要综合导线网、边角网进行水平位移测控网布置工作，测角精度误差在±2″以内。

3.2 支护结构侧向位移的监测

本工程中车站基坑围护结构设计为地下连续墙，附属结构含钻孔桩，为掌握基坑围护支撑结构的侧向水平位移变化规律，需对深基坑支护结构深层侧向水平位移情况进行具体监测，利用测斜管和专业监测仪[3]。技术人员在地下围护支撑结构中埋设以PVC材料为主要成分的测斜管，利用管内的90°凹槽实现定向测量，通过双向测斜仪和数据采集仪，对支护结构侧向位移数据进行测量和采集，确保数据测量精度在0.12mm/500mm范围内，利用计算机系统对其测量工作进行控制，避免重复测量，影响测量数据准度和精度。在支护结构侧向位移情况监测期间，技术人员将测斜仪探头深入测斜管底部，静置一段时间后，将探头取出读数并记录，接着将探头进行水平方向旋转，沿上述操作流程进行再次测量，将具体测量数据保存至读数系统中。最后技术人员要对原始数据和采集到的监测数据进行系统化分析，将读数仪中的数据传输至电子计算机终端，利用相关计算程序和软件进行运算分析，针对钢结构支撑轴力情况按照公式进行计算，将运算后的数据与预设的数据值进行对比，以此判断深基坑支护结构侧向水平位移情况。

3.3 建筑物沉降、倾斜、裂缝监测方法

为解决由深基坑开挖工程施工引发的坑内变形或坑底隆起问题，必须对基坑支护结构施工进行密切监测，利用徕卡NA2型水准仪+GPM3平板测微器对坑内进行微距测量，精度控制在±0.5mm/km。按照建筑物土体二级沉降监测要求，在基坑外墙10m～20m处，选取合适地点进行基坑测点布设工作，紧邻基坑的测点间距取小值，远离基坑的测点间距取大值，根据不同类型、不同结构、不同基础的建筑物，采用射钉枪、冲击钻等器材将测钉固定在地下深基坑结构内部，保持测钉头部呈凸起球型。针对深基坑工程施工中易出现的地面沉降不均匀造成的建筑物倾斜和裂缝问题，技术人员同样需要采取必要的监测手段对其进行控制，一般情况下，测点布置在建筑物变形处或裂缝位置的承重墙上，沿建筑主体结构进行水平布设，采取极坐标法对测试点坐标进行反射，结合空间几何关系计算建筑物绝对倾斜量值，结合全站仪监测结果，对建筑物沉降、倾斜和裂缝情况进行正确判断[4]。

3.4 建筑物的监测

针对建筑物的监测工作，综合运用现代监测设备和自动化监测系统，充分发挥自动化技术的应用优势，对深基坑工程周边的建筑物进行密切监控，根据城市建筑物沉降标准，对建筑物沉降情况进行有效分析，判断深基坑工程施工对环境的影响程度，为工程施工人员提供参考意见，在一定程度上改善和提升基坑支护工程施工效率和质量。

4 监测频率及预警

深基坑工程施工动态化监测工作开展期间，要对监测频率进行控制，结合地下基坑工程施工的全部环节，掌握工程施工进度和效率，科学合理安排工程施工监测频率，确保安全的前提下，建立和完善工程监测预警系统，充分利用自动化技术，进一步提高基坑工程施工质量监测效果。根据基坑等级、支护结构的特点、场地地质条件等因素确定，基坑围护体系的监测报警值参照下表2执行。

表2 基坑监测项目报警值设计

5 工程应用及效果

针对上海15#地铁深基坑工程施工问题，技术人员采取专业监测技术和手段，灵活运用全站仪、水位计、监测仪等设备和器材，对基坑周边建筑物沉降、地下水位、临时立柱等方面进行科学监测，为施工人员提供数据参考，并且本次监测数据的整理、统计及监测成果的过程曲线，各监测项目监测值的变化分析、评价及发展预测对相关的设计和施工提供有效帮助，对15#线深基坑工程施工起到关键的控制作用，有效提高和强化了地铁工程施工质量[5]。

6 结束语

文章主要针对城市地铁深基坑工程施工问题，详细介绍了基坑工程施工动态化监测工作的具体方法、流程、工作方向、监测范围等，将常规监测与自动化监测相结合，提高工程监测效果，降低施工对地下环境产生的影响，保证地铁工程顺利实施。