深厚软土地区地铁深基坑监测关键技术研究

朱忠宁 姚博 陈新平

针对深厚软土地区地铁深基坑的监测问题，以杭州地铁7号线江东三路停车场出入段线的深基坑为例，在阐述工程基本情况的基础上，明确了监测重点、风险源、监测频率和警戒值，详细确定了深基坑的监测方案，并从监测管理体系、信息化施工和技术措施三个方面，总结了监测工作的保证措施。

深基坑施工期间由于土体变形过大常常导致地下管道破裂，周边建筑物沉降过大等问题，所以，实际施工过程中应加强周边环境的监测。目前，已有学者针对深基坑施工监测问题进行了一些研究：罗正东等对地铁深基坑的止水帷幕水平位移和周边地表沉降进行监测，并与数值计算结果比较分析。郭雪源等对基坑的支撑轴力、围护结构变形和地表沉降进行了监测，并总结了工程实践中的施工技术和经验。侯亚彬等对深基坑围护结构的桩撑、桩锚和板肋等位置进行了监测，并提出了支护结构侧向变形和周边土体变形的规律。杜建安等采用光纤光格栅传感器监测了深基坑的地下连续墙和混凝土横撑的变形，并与数值计算结构比较。周乐木等对基坑降水时支护结构变形、基坑内外水位及周边建筑物变形进行实时监测，总结了施工关键技术。

综上，多数研究主要是集中于总结深基坑施工过程中各项监测指标的变化规律，并利用规律控制施工过程中的变形，而在深基坑监测方案的详细阐述和监测工作保证措施等方面的研究尚未完善，本文以杭州地铁7号线江东三路停车场出入段线的深基坑为背景，提出了实际施工中的关键技术，以期指导相似工程。

一、工程概况

1. 工程简介

杭州地铁停车场出入段线基坑施工分为4部分，第一部分为盾构工作井，采用800mm地下连续墙支护，基坑开挖深度为12.884m；第二部分为明挖暗埋段，围护结构形式为工法桩，基坑开挖深度为4.3～10.6m；第三部分为拉森钢板桩支护段，基坑开挖深度为2.6～4.3m；第四部分为放坡开挖段，基坑开挖深度为0～2.6m。基坑周边主要为管线、浅基础建筑物和道路，管线位于盾构井西侧，为220V铜质电力管线、DN100天然气管道和电信及移动光纤，电力管线埋深约0.7米，呈南北走向；然气管道呈南北走向，距地下连续墙西侧外边线最近距离为4米，埋深约1.2米；电信及移动光纤为架空敷设，高度5米，距离盾构井28米。盾构井西北角存在4层浅基础民房，房屋主体距盾构井12米。盾构井西侧为5米宽沥青村道。出入段线周边管线集中于盾构井西侧，平面布置见图1。

图1 出入段线周边管线图（单位：m）

2. 工程水文地质条件

出入段线围护及主体结构主要穿越①填土层、②粉土层、③粉砂层、⑥淤泥质土层和⑦粘土层。浅层潜水主要赋存于①层、②层和③层粉砂层中，水位一般为0.40～3.40m，地下潜水垂直流向不明显，水平流速较小。场地主要存在两层孔隙承压水，第一层承压水分布于⑧夹层粉砂中，该层承压水呈透镜体状态分布，水量较小；第二层承压含水层分布于⑫层圆砾中，水量极为丰富。

二、监测重点及风险源

基坑开挖会导致土体性状变化、周围环境变化、基坑和支护结构本身的安全及稳定性等，风险源情况统计及监测等级见表1。

表1 深基坑常见的风险因素

三、监测方案及实施

1. 监测点布置原则

基坑监测点布置情况应与基坑开挖施工特点及周边环境有关，具体监测布置见表2。

表2 监测点布置表

2. 深基坑监测施工技术

（1）墙顶沉降、水平位移监测

用冲击钻将道钉打入地下连续墙压顶梁顶或在浇筑地下连续墙压顶梁顶混凝土时将钢筋插入，对应墙体测斜孔位置布置。围护结构变形采用水准仪测量，监测中应固定水准线路。围护结构水平变形可通过采取视准线法测量或全站仪进行测量。

（2）围护结构深层水平位移监测

围护结构侧向变形采取在内部设置PVC管的方式，管长与围护结构长度一致。测斜管的直径为70mm，布置方式为和地下连续墙Z形钢筋绑扎。测斜管与工字钢采用钢丝绑扎牢或直接在工字钢上焊接钢筋将测斜管固定。清水应在吊装钢筋笼和工字钢结束后注入，防止泥浆浸入，并做好测点保护，墙体测斜监测孔埋设见图2。

图2 墙体测斜监测孔埋设实景图

如图3所示，测斜管绑扎长度与钢筋骨架相当。测斜管的顶、底两端用专用塞塞好，盖好管盖。测斜管位置应设置在围护结构钢筋骨架的外侧，与土体接触的一侧。应保持管内部的一组导槽和围护结构水平延伸方向垂直。测斜管管口在墙顶处应根据实际情况作保护处理，必要时采取加设钢套管等保护措施。当墙体测斜孔坏掉时，应采用原位补孔。

图3 测斜管埋设示意图

（3）土体深层水平位移监测

土体深层水平位移测点布设在距围护结构3m内可能产生较大变形的部位或在基坑与被保护对象之间，设置土体测斜孔，孔深大于围护墙墙底3～5m。用Φ110钻头成孔，采用清水钻进，埋设直径为Ф70的专用测斜监测PVC管。测斜管内壁有两组互相垂直的导槽，两组导槽分别垂直和平行于围护结构，孔底、孔口用专用盖封口，孔外用砂或土填充密实。

（4）支撑轴力监测

支撑轴力监测通过在其内部布置应力计进行。布设时，每组设4只钢筋应力计分别埋设在混凝土支撑截面4个边中心位置，如图4所示。

图4 混凝土支撑轴力传感器埋设图

钢支撑轴力监测通过在其内部安装轴力计的方式进行，轴力计安装在支撑的非活络头侧，钢托架支撑中心部位，采用全部围焊的方式，以免其与支撑中心产生偏差，保持两者中心方向一致可使钢支撑稳定。

（5）基坑外侧水位监测

监测水位管采用钻孔法埋设，成孔后应先对孔内部的渣土进行清理，孔深一般与基坑同深。PVC透水管位置放在距离孔底2m处，透水管应采用滤网包裹（滤网段一般不短于4m）。管的中下区域回填中砂，保持良好的透水性，其他段采用回填土或粘土将空隙填实（见图5）。

图5 水位孔安装图

（6）地表沉降监测

若地面表层有硬壳层，地表土体变形监测点应布置在下面的土层中，将φ25mm螺纹钢标杆插入土体，进入深度不小于600mm。为维持沉降标杆的稳定性和耐久性，应在其外侧设置金属保护管，内径应不小于130mm，顶部设置管盖，与原地面齐平，保护管其它位置采用黄砂进行回填。

（7）管线沉降的监测

管线监测根据工程实际情况，采用直接监测点和间接监测点相结合的方式。直接监测点：以阴井盖接头作为直接点，对管线作直接沉降监测。管线监测点直接法布设见图6。间接监测点：在地下管线上方将钢筋打入地表内，以地表土体竖向位移，间接了解管线沉降位移情况。布设方法与地表点布设方法一致。

图6 直接布置法示意图

（8）建筑物沉降

如图7所示：建筑物变形监测采用在结构上埋设“L”型螺纹钢的方式，钢筋直径为18～22mm，外露端顶部宜加工成球形；监测点应埋设于建筑物主体结构上，距离地表300mm，采用钻孔方式布设，周边空隙应回填密实。钢筋外露部分长度K1应取30～40mm，进入建筑结构部分长度应取墙体厚度的1/3～1/2。

图7 建筑物沉降测点布设示意图

3. 监测频率

重要周边环境对象在施工前需巡查一次，基准网的竖向位移每月监测1次，基坑围护结构变形、支撑轴力在底板完成并达到强度前每天监测1次，达到强度后每3天监测1次，顶板完成并达到强度后，每周监测1次。地表土体变形、坑外水位、周边建筑物、地下管线等在围护结构施工期间每3天监测1次，在底板完成并达到强度前每天监测1次，达到强度后，每3天监测1次，顶板完成并达到强度后每周监测1次。

4. 监测报警值

根据规范及设计要求，基坑施工期间报警值见表3。

表3 各监测项目报警值、控制值表

四、监测工作保证措施

1. 监测管理体系

针对工程特点、人员经验等建立完善的监测小组，建立良性的信息反馈机制。为了控制监测数据的严谨性，制定了质量保证措施：（1）制定可行的监测实施方案；（2）制定基准点和监测点的保护措施；（3）量测设备、应力计等检测合格后方可使用；（4）监测内容、步骤等应按照规范进行；（5）根据分析的结果，及时调整监测方案的实施。

2. 信息化施工

基坑施工过程应采取信息化施工：（1）预测基坑结构的稳定性和安全性，调整施工方案；（2）根据周围的变化情况，对项目的结构进行优化设计，保证设计达到安全、经济合理的目标。

3. 技术措施

应从监测工作组织策划、监测方法优选、基准点设定、测点布置、监测仪器、监测人员及数据传递和数据处理等多个方面控制监测质量。每月进行一次质量检查，连续两次观测结果进行对比，竖向位移检查结果差值不超过±1.0mm。每月对沉降监测基准点进行联测，联测高程差值不超过±1.0mm，否则以新高程起算。

五、结论

（1）深基坑常见的风险因素主要有：地下连续墙接缝夹泥导致基坑开挖阶段渗漏水、涌土与喷砂，基坑围护结构位移过大和周围建（构）筑物沉降等。

（2）确定了基坑围护结构变形、地表土体沉降、坑外水位、周边建筑物变形和地下管线变形等的监测频率，并提出了各监测项目的控制值和警戒值。

（3）针对监测质量难以保证的问题，构造了全面的监测管理体系，包括建立完善的监测小组、建立良性的信息反馈机制和采取监测质量保证措施；并提出了从监测工作组织与策划、监测方法优选、基准点的设定、测点布置、监测仪器、监测人员及数据传递和数据处理等多个方面控制监测质量的理念。