隧道敞开段深基坑施工监测控制分析

郭智磊

（中国水利水电第十六工程局有限公司基础设施分公司，福建福州 350014）

1 工程概况

中山至开平高速公路（中山段）二期福获路隧道总长965.647m，敞开段长45m，暗埋段长920.647m，属中隧道。本文选取敞开段隧道深基坑施工监测控制作为研究对象，提出科学合理的深基坑监测控制方法，保障隧道深基坑施工安全。

2 隧道敞开段深基坑周边环境及基坑等级分析

深基坑安全等级是决定监测项目、监测报警值的关键因素，因此在进行深基坑监测前应对基坑安全等级进行确定。敞开段隧道深基坑深度3.230～5.313m、该段深基坑跨度为42m，设置格构柱、立柱桩，采用明挖顺作法[1]施工。该段敞开段隧道距离周边已有建筑远大于3 倍基坑深度，距离左侧基坑边约10m 有一条平行于深基坑的现状DN500 燃气管线，若基坑施工导致燃气管损坏将产生严重安全影响，符合基坑施工规程“支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重”[2]规定的情形，因此根据以上现场实际情况及规范要求，敞开段隧道深基坑安全等级应定为二级。

3 敞开段深基坑监测项目的合理选择

敞开段隧道深基坑安全等级为二级，根据施工图敞开段基坑监测项目为土层位移、地下水位、立柱竖向位移、围护结构水平和竖向位移、围护结构变形、支撑轴力、管道位移监测。根据地质勘查报告及敞开段基坑开挖深度，基坑属于土质基坑，应按基坑监测标准[3]中土质基坑监测项目进行选择，除设计已要求的监测项目外，还应增加土体深层水平位移、地表沉降监测，设计要求的管道位移监测细化为管道竖向位移监测。

4 敞开段隧道深基坑监测点布置监测精度要求及报警值的确定方法

敞开段隧道深基坑约45m 长，按3 个断面等距布置监测断面，周边地表竖向位移每个断面监测布置4个监测点。测斜管、水位管、沉降标应在敞开段隧道深基坑开挖前7d 埋设。水位观测管的管底标高应低于勘察最低水位标高5m。将顶部焊有圆头测量标志点的钢筋打入地下管线地面垂直投影位置上方一定深度，作为间接测量标志点。灌注桩内的测斜管底标高应低于灌注桩底设计标高、土体内的测斜管埋深应为基坑深度1.5 倍且大于灌注桩深度。立柱竖向位移测点应在支撑立柱顶部首道混凝土支撑处埋入顶部为十字丝的钢制测钉。采用钢筋应力计量测混凝土支撑轴力。

监测项目的预警值按报警值的70%考虑。灌注桩变形监测报警值按0.2%H，且＜30mm 控制，基坑深度H=5.313m，对应的报警值应为10mm；土层位移（埋设深层沉降标法监测）监测报警值按0.4%H，且＜35mm控制，基坑深度H=5.313m，对应的报警值应为21mm；轴力计量程应大于等于设计值的1.5 倍。敞开段隧道基坑监测点布置、监测精度及报警值详见表1。

表1 敞开段隧道深基坑监测点布置、监测精度及报警值一览表

5 监测项目的初始值确定及监测频率控制

监测初始值的确定，原则上在相关工序施工前进行测量，应取连续测量3 次稳定值的算术平均值作为初始值。当设计文件要求的监测频率高于建筑基坑监测标准时应按设计要求执行；当设计文件未明确监测频率时，应按建筑基坑监测标准确定监测频率。按上述原则考虑，该项目隧道敞开段深基坑正常情况下的监测频率见表2。

表2 隧道敞开段深基坑监测频率表

增加监测频率的情形：监测数据累计值或变化速率达到预警值或突然明显增大，基坑开挖发现与勘查报告不符的为不良地质，基坑出现管涌、渗漏或流沙，基坑内或周边大量积水、长时间连续降雨，灌注桩、水平撑、立柱等出现开裂、压屈、松弛或拔出的迹象，出现违反设计工况施工时，基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值，周边地面或管线突发较大沉降或出现开裂。当出现以上情况之一时，应及时增加监测频率，及时将监测结果向上级部门反映，必要时采取应急预案。

6 深基坑施工项目监测技术的控制

深基坑监测一般采取现场巡视检查、仪器设备测量等方法进行。巡视检查可及时发现险情，记录、描述深基坑施工和周边环境变化过程。土层位移、燃气管道沉降、灌注桩顶竖向位移、立柱竖向位移、地表沉降水准测量方法操作和记录即可，轴力计安装完成后按规定频率现场读取支撑轴力并记录，灌注桩顶水平位移、土体深层水平位移、灌注桩变形、地下水位监测技术相对复杂，具体监测技术如下：

6.1 基准点埋设及稳定性控制

基准点应设置在距离基坑边3 倍开挖深度范围外，埋设3 个稳定、可靠的点作为基准点。基准点在稳定情况下，每两个月复测一次。基准点稳定性分析方法按《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）第5.4.2条[4]相关方法实施具体如下：

该项目隧道深基坑的基准点网复测后，对所有基准点进行两两组合，该期平差计算后的高差与上次平差后高差的差值小于按以下公式计算的限差，因此可判断基准点稳定。

式（1）～式（2）中：δ为高差差值限差，(mm)；μ为对应精度等级的测站高差中误差；n为两个基准点之间的观测测站数。

6.2 灌注桩水平位移极坐标法测量方法

极坐标法测量法原理：A、B 为已知点，A 点坐标为(XA,YA)、B 点坐标为(XB,YB)，p 为待定点，见图2。

图2 极坐标测量法示意图

通过测定AB 边与Ap边的夹角β，Ap边的垂直角v以及Ap边的斜距S，计算出AB 边的坐标方位角αAB和Ap边的平距DAP，求得p点的坐标X、Y。计算式为：

通过各点的坐标，求出垂直于基坑灌注桩的坐标分量，即为位移量。该期观测偏移量与初始值、上次观测偏移量之差，即为该点的累计水平位移量和此次水平位移量。

6.3 测斜监测方法及精度

测斜应在基坑开挖前取前3 次连续监测的平均值作为初始值。测试方法为，将探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底，探头在管底停留几分钟，待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。按探头电缆上的刻度分划，均速提升。每隔500mm 读数一次，并做好记录。待探头提升至管口处，旋转180°，再按上述方法测量一次。

测斜计算公式[5]：

式（8）中：dx为自管底端以上任一点的水平位移，(mm)；L为量测点 的分段长度，(mm)；H为探头 敏感轴与重力轴夹角。

监测仪器型号和精度为：基深CX-3C 测斜仪（标称精度：±0.01mm/500mm），在土体深层水平位移、灌注桩变形监测中使用。

6.4 地下水位监测方法及精度

监测仪器采用斯比特SSC-101 标准读数仪，精度1mm。在基坑开挖前测3 次，取稳定的3 次读数的平均值作为初始值。计算方法：

式（9）中：Hsw为测量水位，（m）；H为仪器测量点深度，（mm）；k为标 定 常数；Fi为测试 模 数（Hz2×10-3）F0为测试模数（Hz2×10-3）。

7 监测数据的处理和反馈

每次外业观测结束后及时整理监测数据资料，向施工、监理、建设单位提供监测简报，简报成果包含此次变形量、累计变形量、变形-时间曲线图、是否出现预警值等，以指导施工作业。若发现变形值突然增大或达到预警值应按规定程序及时反馈。出现需加大监测频率的情况时，应实时将监测结果报建设各方。

8 结语

隧道敞开段深基坑安全等级的划分决定了监测项目选择范围、监测报警值大小的确定，而监测技术、监测频率是保证基坑监测数据可靠和及时发现问题的手段，监测数据处理与反馈是基坑监测控制关键环节之一、应准确及时以保证处理施工中的安全隐患的时效。本文对上述基坑监测控制提出合理的方法和控制机制，有效指导实际监测控制工作，提升了深基坑监测控制水平。