深圳湾创新科技中心基坑及地铁监测数据分析

肖佳军

（深圳市水务规划设计院股份有限公司,广东 深圳 518109）

1 引言

深基坑工程是城市建设过程中经常遇到的岩土工程问题。基坑开挖深度大、岩土体性质变化大,很多区域发生了基坑垮塌事件,造成了严重的经济损失[1-2]。因此,在基坑开挖后,制定合理的基坑监测方案,是十分必要的。可及时获取基坑变形数据,为基坑垮塌提供预报、预警数据,从而降低基坑垮塌造成的风险[3-4]。

深圳湾创新科技中心项目建设用地3.9 万m2,建筑群地下三层。基坑轮廓整体呈长方形,南北向较长,长宽分别约为215 m及167 m,周长约740 m。

2 工程概况

基坑东侧为高新南环路,距离约为13.0 m；南侧为地铁二号线(蛇口线）科苑站及其C出口,出口距离基坑边约2.0 m～6.8 m,车站主体距离基坑边约20.8 m；西侧为科苑南路,距离基坑约24 m；北侧为高新南九道。

基坑开挖深14.4 m～18.3 m,局部深坑约24.3 m,为一级基坑。基坑主要采用桩锚支护,临近地铁侧采用咬合桩加内支撑的支护形式。

基坑南侧区域临近地铁侧采用咬合桩,中北侧采用桩锚支护,旋喷桩止水。对基坑壁采用挂网喷砼,以防止桩间土体塌落。

3 监测数据分析

深圳湾创新科技中心基坑及地铁监测工作已结束,监测期间受工程施工影响,部分监测项目的监测点变形较大,且变形量超出预警值和允许值。

监测过程中地铁出入口地面建筑物有12 个监测点累计沉降量超出预警值,11 个监测点超出报警值,1 个点超出允许值；基坑周边地面4 个监测点累计沉降量超出预警值。共发出预警13 次,报警13 次。

3.1 地铁监测数据分析

地铁监测内容为：上行线隧道及轨道道床变形监测、下行线隧道及轨道道床变形监测、地铁出入口（地表建筑物和过道）变形监测。监测点位置见图1。

图1 地铁隧道监测点位置示意图

3.1.1 地铁上行线监测

基坑施工期间地铁上行线隧道结构实施变形监测278 次。上行线布设监测断面12 条,断面间距20 m,每条断面3 个监测点（如S1-1、S1-2、S1-3）,其中“-1”为隧道侧墙点,“-2、-3”为轨道道床监测点。从监测数据看,各监测断面数据比较稳定,各点位都没有超出预警值,其中位移最大量为2.1 mm（R01-1）,沉降最大为1.7 mm（R01-1）。

3.1.2 地铁下行线监测

地铁下行线隧道结构实施变形监测364 次。下行线布设监测断面24 条,断面间距10 米,每条断面3个监测点（如X1-1、X1-2、X1-3）,其中“-1”为隧道侧墙点,“-2、-3”为轨道道床监测点。数据显示,下行线隧道结构变形较小,位移最大量为3.0 mm（L12-1）,沉降最大为3.7 mm（L09-3）,变形预警值为5 mm。变形较大点统计见表1。

表1 下行线隧道结构变形较大点数据统计

3.1.3 地铁出入口监测

地铁出入口监测位置为科苑地铁站C出口行人过道和地面建筑物,数据显示,地面建筑物沉降7.2 mm～10.6 mm,行人过道沉降2.5 mm～8.4 mm。监测期间地铁出入口地面建筑物12 个监测点累计沉降全部超出预警值（5 mm）,11 个监测点超报警值（8 mm）,1 个监测点超允许值（10 mm）。建筑物沉降主要发生在基坑支护桩施工及土方开挖期间,之后沉降较为缓慢,直至稳定。

变形较大点数据统计见图2。

图2 地铁出入口沉降较大点数据统计

3.2 基坑监测

基坑监测项目有：基坑周边道路及管线沉降监测、基坑周边燃气管道沉降监测、基坑支护桩顶沉降和水平位移监测、基坑支撑立柱桩沉降监测；基坑底部位移及隆起监测；支护桩深层水平位移监测、基坑支撑梁应力监测、基坑周边地下水位监测、基坑锚索应力监测。

3.2.1 基坑周边地表沉降监测

基坑周边地表沉降监测375 次。数据显示,基坑周边地表沉降较大,沉降量35 mm～134 mm区间,其中沉降量大于80 mm以上点为：C01、C02-1、C14～C21,最大沉降为134.6 m（C19）,此点沉降量超出设计预警值120 mm,点位位于基坑北侧管线。沉降主要发生在基坑开挖期间,之后沉降较为缓慢,基坑回填完毕后,各点已处于稳定状态。

累计沉降较大点数据统计见表2。

表2 基坑周边地表及管线变形较大点数据统计

3.2.2 基坑周边燃气管道沉降监测

基坑周边燃气管道沉降监测301 次。数据显示,沉降较大点为：RQ01 A～RQ05 A,最大沉降为-54.9 mm（RQ04 A）,此点位于基坑东侧燃气管道。沉降主要发生在基坑开挖期间,之后沉降较为缓慢,基坑回填完毕后,各点已处于稳定状态。累计沉降较大点数据统计见表3。

表3 基坑周边燃气管道变形较大点数据统计

3.2.3 基坑支护桩顶沉降监测

基坑支护桩进行了340 次沉降监测。从监测数据看,基坑支护桩沉降8 mm～29 mm不等,沉降量均未达到设计预警值（32 mm）,沉降最大点为CW01,此点位于基坑北侧。累计沉降量大于20 mm以上点数据统计见图3。

图3 基坑支护桩顶沉降较大点数据统计

3.2.4 基坑支撑立柱桩沉降监测

基坑支撑立柱桩进行了119 次沉降监测。从监测数据看,基坑支撑立柱桩沉降6 mm左右,沉降量未达到预警值（16 mm）,沉降最大点为LC07。各点累计沉降数据统计见图4。

图4 基坑支撑立柱桩沉降数据统计

3.2.5 支护桩顶水平位移监测

基坑冠梁水平位移监测点沿基坑边线每15 m左右布置一个,共布设35 个,编号为CW01～CW35。埋设方法如下：首先在基坑边的支护桩冠梁顶钻孔,在孔内埋设强制对中L型棱镜,用膨胀螺丝固定点位。

工程施工期间对支护桩冠梁进行了水平位移监测,共监测533 次。从监测数据看,基坑存一定程度位移,位移量19 mm～31 mm区间,位移主要发生在2016 年8 月至2017 年10 月基坑土方开挖期间,之后位移较为缓慢。至监测结束,各点位移量均未达到设计预警值,基坑回填完毕后,各点已处于稳定状态。

本工程基坑最大位移点为CW30,此点位于基坑东侧中部,累计位移量为31.3 mm,设计预警值为32 mm,允许值为40 mm。支护桩冠梁水平位移量统计见图5。

图5 基坑支护桩顶位移较大点数据统计

3.2.6 支护桩深层水平位移监测（测斜）

基坑支护桩测斜孔共计布设14个,其中基坑北侧布置3个,南侧布置3个,西侧4个,北侧4个,监测点编号CX01（PZ166）、CX02（PZ134）、CX03（PZ109）、CX04（PZ66）、CX05（PZ38） 、CX06、CX07（BZ140）、CX08（BZ98）、CX09（BZ78）、CX10（BZ57）、CX11（BZ12）、CX12（PZ247）、CX13（PZ225）、CX14（PZ203）,同时利用支护桩号进行编写。观测点CX06施工期间遭到破坏。从基坑支护桩测斜数据看,各监测点均有位移,位移部位位于测斜孔的顶部或上部,位移量7 mm～28 mm不等,累计位移最大点为CX03（PZ109）,此点位于基坑北侧东段。累计位移量大于20 mm以上的点数据统计见表4。

表4 基坑支护桩深层位移量统计

3.2.7 基坑支撑梁应力监测

监测点布置在受力、变形较大且有代表性的部位。平面上选择在主支撑梁的中间部位,基坑支撑应力监测点共布设61 个（其中第一道28 个,编号Y1-1～Y1-28；第二道28 个,编号Y2-1～Y2-28；第三道5个,编号Y3-1～Y3-5）。本工程基坑支撑梁应力监测点共布设61 个（第一道支撑和第二道支撑各布置28 个,第三道支撑布置5 个）。施工期间进行了支撑应力监测,从监测数据看,各监测点均有不同程度变化,其中第一道支撑应力最大点为Y1-1,应力值981.30 kN,控制值为3583 kN；第二道支撑应力最大点为Y2-21,应力值1791.40 kN,控制值为4096 kN,第三道支撑应力最大点为Y3-1,应力值1274.86 kN,控制值为1969 kN。数据较大点统计见表5。

表5 基坑支撑梁应力数据统计 单位：kN

3.2.8 地下水位监测

本工程地下水位进行了409次监测,监测孔共11个,其中基坑东侧2个、西侧4个、北侧2个、南侧3个。

从总的水位数据看,各观测孔水位变化量介于+1.53 m～-5.52 m之间。其中水位下降较大的点为SW05、SW09、SW10,基坑开挖期间水位出现较为明显的下降,累计下降超出预警值（2 m）,基坑回填之后水位处于缓慢变化状态。

水位变化数据统计见表6。

表6 水位累计变化统计 单位：m

3.2.9 锚索应力监测

本工程基坑布设锚索应力监测点48 个,其中（第一层14 个、第二层16 个、第三层13 个、第四层5 个）,布点间距按每层约50 m～60 m布置,局部重要位置加密布设,编号采用桩号+每层的流水号组成,如第一层M1-1（17）、M1-2（44）……,第二层M2-9（348）、M2-10（385）……。本工程锚索应力监测点共48 个,其中第一层14个、第二层16 个、第三层13 个、第四层5 个。锚索应力第一层进行了443 次监测,第二层进行了431 次监测,第三层进行了345 次监测,第四层进行了199 次监测。

从各点监测数据看,锚索拉力有所增大,个别点也有衰减现象,锚索拉力增大最大值为99.7 kN（M1-5/158）,各点应力值均未达到设计预警值。锚索应力累计变化较大点数据统计见表7。

表7 锚索应力变化量统计

续表7

4 结论

从监测结果上看,地铁出入口地面建筑物大部分监测点变形量超出预警值和报警值,其中有1个监测点超出允许值；地铁隧道结构监测点变形量相对较小,变形量均未达到预警值。施工期间周边地面沉降较大,个别监测点沉降量已经超出设计预警值；基坑支护结构有一定程度变形,最终变形量未达到设计预警值,施工期间基坑总体稳定。截止目前,各监测项目数据已稳定,基坑及地铁变形量均在可控范围,基坑回填后各监测对象处于稳定状态。