地铁车站明挖深基坑监测分析研究

杜帅锋

摘要：为确保地铁深基坑开挖及地铁施工安全，需要对基坑本身及周边主要建筑物及地下管线进行变形监控。以某车站明挖基坑工程为背景，通过对基坑的监测内容及周边环境的分析，研究明挖基坑支护结构的变形规律以及周边环境的变形规律，保证基坑的顺利开挖。

关键词：地铁；明挖基坑；监测

0   引言

地铁基坑的深度较大，基坑明挖不可避免的会引起支护结构和周边土体的变形。当变形过大时，会使地下管线遭到破坏。导致周边建筑的沉降，严重的甚至会引起工程安全事故。因此，对于地铁明挖车站基坑变形的现场监测是确保基坑安全施工的必不可少的手段。

常乐[1]总结常用的基坑监测的手段及相应的数据处理方法，提出了变形监测方法选择的要点。李潇[2]通过研究岩溶地区的基坑支护特点及变形规律，提出了针对于岩溶发育地区地铁基坑工程监测应该注意的事项及重点。罗伟庭[3]通过留仙洞站的基坑监测的研究，总结了深圳地区锚拉式支护结构的基坑变形规律。

本文以某地铁车站深基坑为依托工程，通过研究其基坑开挖期间的支护结构及周边建筑物的变形规律，提出该地区粉质黏土地层基坑施工的建议，为后续类似地质条件下的基坑施工及监测提供一定的经验。

1   工程概况

1.1   工程基本情况

临港站中心里程右DK31+170.914，起始里程右DK31+

022.414，终点里程右DK31+261.314，车站长度为238.9m。顶板覆土约3.0～3.5m，标准段外包宽度为20.7m，埋深约16.2m；端头井外包宽25.9m，埋深约18.1m。车站两端均接盾构区间，小里程端为盾构接收，大里程端为盾构始发。临港站车站总平面图如图1所示。基坑深度为15.6～17.7m，围护结构采用地下连续墙+内支撑体系，基坑内降水。

1.2   地质概况

拟建车站位于黄河冲积平原地貌单元。地貌成因类型为冲洪积平原和冲积平原。地形较为平坦，拟建站址区域内勘探点地面高程为20.74～22.24m。

钻探深度范围内揭露第四系地层有1-1素填土、1-2杂填土、2-1粉质黏土、2-3粉土、6-1粉质黏土、7-1粉质黏土、7-2粉土、9-1粉质黏土、9-3粉土、10-1粉质黏土、10-6粉土、13粉质黏土含姜石、14-1粉质黏土、16-1粉质黏土。场地液化等级按轻微考虑。最大液化深度为2-3按粉土层底考虑。

1.3   水文条件

该工点位于径流区，径流由黄河流向小清河，地下水主要存在于粉土、粉砂等砂性土层中，地下水为地表潜水及孔隙水。地下水主要来源为以黄河为主的侧向补给、降雨，以蒸发、地下水渗流以及人工取水为主要排泄方式。该分区勘察期间地下水位埋深为3.00～6.60m，由北向南沿地势逐渐降低。常年最高地下水埋深可按地表考虑。

2   基坑监测内容

为了对可能发生的危及基坑安全、影响周边建筑的因素进行准确预报，及时消除隐患，需要采取一定措施，降低事故发生的概率。基于此，在临港站车站主体结构施工期间，对自身结构工程及沿线重要的地下、地面建（构）筑物、地面道路等实施变形、内力等方面的监测[4-5]。

监测内容主要包括：明挖基坑墙顶水平位移、明挖基坑墙顶竖向位移、明挖基坑墙体深层水平位移、明挖基坑周边地表沉降、混凝土支撑轴力、钢支撑轴力、地下水位、周边建筑物沉降监测等。各监测项目的控制值如表1所示。

3   监测点布设

根据基坑的重要性等级及风险等级，監测点的布设应满足下列要求：

3.1   支护桩顶部水平位移

位移监测点应沿基坑四周均匀布置，基坑监测等级为一级，测点间距应在10～20m。且沿基坑每条轮廓线的中间位置、折角位置、基坑深度变化位置、紧邻风险源等重要位置、地质条件特别复杂的位置，均应增加监测点。

3.2   支护桩体水平位移

桩体水平位移监测点应沿基坑四周围护桩（墙）均匀布置，基坑监测风险等级为一级，分布间距宜为20～40m。在基坑各轮廓线中间位置、转角位置及其他典型位置的围护桩（墙）应有监测点布置。

3.3   支撑轴力

对自身风险等级为一级的基坑应当对支撑的轴向力进行监测。应当基坑各轮廓线中间、转角位置、基坑深度变化位置、支护形式变化位置以及关键支撑布设监测点。竖向每道支撑均应布置监测点，沿轮廓线每隔40m布置1组监测点，两端斜撑各布置2组，监测点与连续桩体水平位移监测宜处于同一监测位置。

当使用轴力计监控时，轴力计应放置在支撑一端。当使用钢筋计或者应变计时，应布置在支撑长度的1/2～1/3范围内。支撑较长时，也可布置在1/4位置，但应避开支撑节点。

3.4   地表沉降

沿基坑轮廓线设置沉降监测点，至少2排，相邻两排监测点距离为3～8m，首排监测点离基坑边宜小于2m，每排沉降点距离为10～20m。应考虑基坑范围、深度和周边风险情况，选择典型位置设置垂直于基坑轮廓线的监测断面，每组沉降点数量不宜少于5个。监测点和监测断面的布置位置，应在有条件的情况下与其他环境监测点共用。

3.5   地下管线竖向变形及相邻管节沉降

地下管线监测点埋设形式和布设位置，应根据地下管线的重要性、修建年代以及与工程的空间位置关系等综合确定。地下管线位于强烈影响区时，沉降监测点布设间距宜为15～30m。位于显著影响区时，布设间距宜为30～45m。

监测点宜布设在地下管线的节点、转角点、位移变化敏感或预测变形较大的部位。在地下管线邻近基坑或隧道时，宜采用位移杆法在管体上布设直接监测点对管线变形进行监测。距离基坑或隧道较远且无法布设直接监测点时，可在地表或土层中布设间接监测点对管线变形进行监测。

4   监测结果分析

4.1   桩体水平位移

桩（墙）体水平位移典型曲线如图2所示。从图2可以看出，基坑开挖开挖过程中，地连墙墙体随开挖深度增加，逐步向基坑内侧发生变形，墙体变形趋势较稳定，无异常突变情况出现。

主要变形位置发生在冠梁以下5～18m位置。截至车站封顶时，墙体水平位移累计最大变形值为+12.64mm（ZQT-14），最大变形位置为冠梁下6.0m。所有桩体水平位移累计变形量均在正常范围内，无监测预警。

4.2   桩顶水平位移

车站主体基坑桩（墙）顶水平位移时程曲线如图3所示。从图3可以看出，车站底板主要位于粉土4-2层和卵石5层，部分区域位于细砂-中砂5-2层和粉质粘土4层，开挖过程中，土体较稳定，基坑未出现明显渗水，桩（墙）顶水平位移监测数据变化较平稳，无异常情况出现。

施做基坑主体结构过程中，桩（墙）顶水平位移变化平稳，无异常情况。基坑顶板施做完成时，桩（墙）顶水平位移累计变形最大值测点为ZQS-22，累计变形值为+19.6mm（控制值30mm），所有桩（墙）顶水平位移测点累计变形量均在正常范围内，无监测预警。

4.3   管线沉降

管线竖向变形观测结果如图4所示。从图4可以看出，基坑开挖过程中，基坑周边地下管线沉降变化趋势较平稳，无异常突变情况，无变形速率预警。部分测点在基坑开挖过程中，因土方开挖卸载，出现一定隆起，隆起最大值为+8.3mm（SGXC-06-08测点）。

在车站主体结构施做过程中，隆起测点变形出现一定下沉，RGXC-01-05测点最终累计沉降变形为-14.8mm。截至车站封顶时，车站主体基坑周边大部分地下管线沉降累计变形较小，所有地下管线监测点累计沉降值均在正常范围内，无监测预警。

4.4   地表沉降

基坑周边地表沉降监测点变形规律如图5所示。从图5可以看出，基坑开挖过程中，基坑周边地表变化趋势较平稳，无异常突变情况，无变形速率预警。部分测点在基坑开挖过程中，因土方开挖卸载，出现一定隆起，隆起最大值为+6.4mm。

在车站主体结构施做过程中，隆起测点变形出现一定下沉，最终累计沉降变形为-21.1mm。截至车站主体封顶，车站主体基坑周边地表沉降累计变形较小，累计沉降最大值测点为DB-05-01，累计变形为-19.2mm（控制值30mm），所有地表沉降监测点累计沉降值均在正常范围内，无监测预警。

5   结束语

本文针对明挖车站的监测方法及方案进行介绍，分析了粉质黏土地层下明挖车站各项变形指标的变形规律，从分析规律可以得到如下结论：

围护结构的变形最大值主要发生在基坑开挖阶段，变形位置发生在冠梁下方5～18m位置。

地下连续墙+对撑的基坑方案，墙顶水平位移达到控制值的60%，说明采用地墙作为围护结构安全冗余度略大。

挖方的作用，会使坑外土体产生漏斗状沉降变形，部分测点位置会出现暂时性的隆起，但累计值均表现为沉降，且处于安全范围内。

参考文獻

[1] 常乐.城市地铁隧道基坑变形监测与分析[J].价值工程，2023，

42（25）：156-158.

[2] 李潇.岩溶地区地铁基坑监测方案研究[J].科技资讯，2022，

20（19）：105-108.

[3] 罗伟庭，岳强，李雄军.等.地铁车站深基坑变形监测分析

研究[J].湖南交通科技，2022，48（3）：133-138.

[4] 陈刚，黄庆伟.简述地铁车站明挖基坑施工监测技术[J].黑

龙江交通科技，2017，40（8）：166-167.

[5] 冯屾，高璇.北京地铁某车站明挖基坑施工监测分析[J].海

峡科技与产业，2017（5）：145-146.