机场区域内新建地下车站监测技术

王晓志

（中铁建南方建设投资有限公司，广东 深圳 518016）

1 工程概况

如图1 所示，机场T1 站位于广州市白云区人和镇，处于运营中的白云机场T1 航站楼区域，东侧为机场东连接楼、机场P1 停车场，西侧为机场南进港高架桥、机场P2 停车场，车站位于机场东路下方，机场东路为进入机场的交通主干道，路下埋设有给水、排水、电力、电信、燃气等多种地下管线。该站处于关键线路、关键节点，为新白广线“卡脖子”工程。

图1 白云国际机场T1航站区域施工平面图

车站呈“Z 字型”南北向布置，中部为“哑铃型”主体结构，两端外挂2 个风亭结构。为地下二层岛式框架结构，长约310.75m，标准断面宽23.9m，埋深21.08～23.51m。车站主体采用“明挖顺作+先隧后站”的工艺施工，基坑围护结构采用“1.0m 厚地下连续墙+内支撑”形式（两端采用1.2m 厚），标准段设置4 道水平支撑，第一道、第二道为800×800mm 钢筋砼支撑，第三道为1 000×1 000mm 钢支撑，第四道为∅609竖向钢倒撑；端头扩大段采用五道支撑，第一至第四道为800×1 000mm 钢筋砼支撑，第五道为∅609 竖向钢倒撑。地墙接缝在盾构开洞处采用锁口管接头，其余采用型钢接头，并在接缝处设2根∅800mm 高压旋喷桩用来加强接缝止水。

基坑设计等级为甲级，基坑支护结构安全等级为一级。

根据地质报告，场地内岩土层分为填土层、陆相冲洪积砂层、粉质黏土层，岩石强～弱风化带层。勘察钻孔资料揭露溶、土洞的钻孔有10个，见洞率为33.3%，初步判定岩溶属中等发育。溶洞竖向洞高1～10.9m，部分全充填，充填物主要为软塑状粉质黏土，部分无充填物；洞顶埋深24.4～46m，土石溶蚀界面起伏变化大，开挖前采取溶土洞注浆处理。场区属于广花冲积盆地地貌，地形开阔平坦，地下水位有一定波动，具季节性，主要受降雨季节支配，每年4～9 月份雨季期间，大气降水丰沛，是地下水的补给期，其水位明显上升，10 月～次年3 月为地下水的消耗期，地下水位随之下降，估算年变化幅度约2.5～3.5m。

2 监测目的

1）本站基坑工程开挖深度大、施工周期长、影响因素多、建设意义重大，同时由于基坑所处区域地质情况复杂性和各种偶然因素的作用，确保工程顺利进行，预判事故征兆，做好可能出现事故的应急处理对策，一旦出现险情，及时采取补救措施，保障机场内市政管线设施的安全、正常使用。

2）根据对基坑本体及周边建（构）筑物各项监测项目的数据，分析研判基坑安全和环境安全，预测和评价下一步施工的基坑安全度，通过修正施工参数，对已有施工方案进行优化，达到掌控施工对周边建筑物及管线影响的目的。

3）基坑支护收到空间、时间等多因素的影响，建立一套适合此工况条件下完整的监测体系，全面指导工程施工，及时反映基坑的安全状况，为后续类似工程提供借鉴参数。

3 监测方案

3.1 监测内容

施工过程中对地层和支护结构动态监测，为施工提供可靠信息，以达到科学指导施工、合理修改设计或及时采取施工技术措施的目的，主要监测项目及测点布置如表1 所示。

表1 T1站监测内容

3.2 控制指标

各项目控制指标如表2 所示。充分考虑基坑围护结构设计方案、场地及岩土工程条件、周边环境、施工组织设计、机场方的有关意见，取设计允许最大值的80%做预警值。另根据经验比值推定预警值的参考：①压力自来水管道沉降和水平位移最大均不超过20mm，1 天变化不超3mm；②煤气管道沉降和水平位移最大均不超过15mm，1 天变化不超2mm；③基坑降水或开挖引起坑外水位下降不得超过1m，一天变化不超0.5m。

表2 T1站各监测项目控制值指标

观测频率：开挖阶段，基坑在开始开挖5d内，1 次/3d；5～15d 内，1 次/2d；超过20d，2次/1d。基坑封底开始一周内，2次/1d；1～28d，1 次/1d；超过28d 以上，1 次/3d。支撑拆除期间，加密观测，为1 次/1d。数据基本稳定后，1次/15d。

加密监测频率的突发情况：①监测数据达到报警值；②监测数据变化较大或者速率加快；③基坑及周边大量积水、长时间连续下雨、市政管道出现泄漏；④基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值；⑤支护结构出现开裂；⑥周边地面突发较大沉降或出现严重开裂；⑦临近建筑突发较大沉降、不均匀沉降或出现严重开裂；⑧基坑底部、侧壁出现管涌、渗漏或流沙等现象；⑨其他影响基坑及周边环境安全的异常情况；⑩当有危险事故征兆时，实时跟踪监测。

3.3 精密高程网的建立

高程基准控制网由高程基准点和工作基点组成，分段、成环布设成局部独立网，同监测点一起布设成闭合环、或形成由附合路线构成的节点网（图3）。

图3 建立高程网

高程基准点选择完成以后，至少经过2 次复测，确认高程基准点处于稳定状态时，方可使用。复测周期应视基准点所在位置的稳定情况确定，在施工过程中宜1～2 月复测一次，点位稳定后宜每季度或每半年复测一次。基准网复测时，往返较差及环线闭合差应在±0.3mm（n为测站数)以内每站高差中误差在±0.15mm 以内，其精度要求满足GB 50308-2017《城市轨道交通工程测量规范》中“15.2.2 垂直沉降监测控制网技术要求”Ⅱ等观测有关要求。

基准点、工作基点的稳定性检核：工作基点一般离基坑较近，其稳定性可以通过与稳定的基准点联测结果来判定。设某一工作基点与稳定的基准点之间首期联测结果为l0，l0为精确测得并假设为母体的均值μ，以后检测n次的结果为（i=1，2，…，n)，以n期检测结果作为母体的子样，可以根据式（1)分别计算子样均值和标准差s，并可建立式（2)统计量t。

设显著水平α，由t分布表可查得（n-1)，当｜t|＜（n-1)时，l0=μ的假设成立，可以认为各期检测结果与首期联测结果l0无显著差异，工作基点稳定；否则不稳定。

3.4 监测点布置

T1 站基坑监测布点如图2、图3 所示。

图2 T1站1-19轴基坑监测布点图

图3 T1站20-37轴基坑监测布点图

3.5 主要监测结果情况

通过采用比较法、作图法和数学、物理模型等一系列监测手段，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，拟合变化量与时间关系曲线图，对工程的安全状态及趋势研判进行评估、决策。主要监测项目情况如下。

3.5.1 围护结构顶部位移观测

如图4所示，从4月6日至11月6日，ZQS13点（21轴工点大门口侧，基坑中部）最大累计水平位移6.7mm，平均变化0.03mm/d；ZQS41 点（21 轴机场路侧，基坑中部）最大累计水平位移-17.4mm，日平均变化-0.08mm/d。均在可控范围内。

图4 围护结构水平位移曲线图

如图5所示，从3月19日至11月7日，ZQC13点（21轴靠近工地门口）最大累计竖向位移-10.8mm，日平均变化0.05mm/d。均在可控范围内。

图5 围护结构竖向位移曲线图

3.5.2 周边建（构）筑物监测

如图6 所示，从2 月1 日至11 月9 日，J2点（A1 西出口）最大累计沉降-10.87mm，日平均沉降0.04mm/d。均在可控范围内。

图6 基坑周边建（构）筑物沉降曲线图

3.5.3 地面沉降监测

如图7所示，从3月8日至11月9日，D41-2点（31轴机场东路）最大累计沉降-27.37mm，日平均沉降0.11mm/d；D41-3点（31 轴机场东路）最大累计沉降-36.18mm，日平均沉降0.15mm/d，为地表沉降最大部位。该两测点累计变形超出预警值，结合地表各监测点当日数据显示，其中累计变形最大为-36.18mm，单日变形速率-0.47mm/d，累计变形超出预警值，但当日变形较小，除该点以外，其余测点累计变形及变形速率未超预警值。

图7 基坑周边地表沉降曲线图

3.5.4 桩（墙）深层水平位移及土体测斜

3 月23 日至11 月9 日，土体测斜孔最大阶段累计变形为ZQT35（8 轴靠近机场东路）在20.5m位置的87.56mm，单日变形速率1.77mm/d；TST19 孔（13 轴靠近机场东路）最大阶段累计变形为TST19 在18.5m 位置的44.95mm，单日变形速率0.21mm/d，累计变形已超出预警值，与过程中出现墙缝渗水相关，及时采取封堵加固、措施处理，整体可控。

3.5.5 支撑轴力监测

如图8 所示，从3 月12 日至11 月9 日，支撑ZCL33-2 点（大里程35 轴）最大累计受压3817.1KN，日平均变化15.77KN/d。监测点累计变形超出预警值，分析支撑轴力监测数据受温度影响较大，但整体变形在可控范围。

图8 支撑轴力监测曲线图

3.5.6 水位监测

如图9 所示，从1 月30 日～11 月21日，水位孔DSW2 点（小里程5 轴靠近机场东连接楼）最大累计下降418mm，日平均下降1.477mm/d，为下降值最大部位。

图9 水位监测曲线图

4 结论及建议

截至目前，已持续约9 个月的基坑监测，基坑已顺利完成底板结构，面对白云国际机场周边复杂的地质情况及高标准、严要求的环境，采取的该套监测方案具有针对性、完整性、可靠性、经济性，及时的反馈周边建（构）筑物及交通管线的变化情况，得到如下结论及建议。

1）基坑监测属于精密监测内容，各周期监测纲要须保持一致，固定人、固定仪器、固定路线、固定时间，测点要与远离变形区的基准点之间构成闭合或符合路线，严密平差，精确测到测值。同时做好施工进度、天气状况、气象条件等记录。

2）本基坑墙体测斜阶段性多个点位出现接近报警，分析墙体测斜可能受到同时段先隧后站掘进影响及ZQT-12 附近进行工法桩加固有关，注浆压力比常规旋喷止水压力大，工法桩完成之后测斜出现较大的可能；车站内管片拆除后未及时跟进架设第四道支撑，弱化墙体稳定性。

3）轴力器件电阻较灵敏，其监测受温度影响较大，采取早上固定时间观测的措施，可提高数据可靠性。

4）部分地表点沉降超限，分析有机场东路车辆动载和东侧场地管片堆载力加持，且之前西侧地面排水不畅，2019 年10 月以来广州季节性水补较少等因素。可采取措施有：加强管理，及时对已拆除的管片进行外运、卸载，完善疏导水沟改善车站西侧排水，加强车站整体排水，减弱监测数值波动。另外，加密观测、加快完成管片拆除，控制开挖层厚，及时注浆堵塞墙壁接缝处的渗水，必要时采用降水井回灌措施，薄弱部位加设钢支撑，及早完成基坑封底。

5）合理的设置报警值可使施工过程安全风险大大降低。建议后续实施过程中综合规范的允许、管线产权单位的提资及经验值，可根据观测区域地质情况、施工工艺、外界环境动态变化因素，适时组织专家论证，动态调整警报值，满足安全管控的需求。