論述地鐵車站深基坑施工中的變形監(jiān)測(cè)

余新梅

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

地鐵車站工程深基坑施工與普通的城市建筑的基坑施工相比，地鐵車站的深基坑施工的地質(zhì)條件更加復(fù)雜，同時(shí)由于地鐵車站一般都位于人流和建筑較密集的區(qū)域，基坑開挖區(qū)域的周邊環(huán)境也更加復(fù)雜;對(duì)周圍建筑和基坑的影響也更大，對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生影響，因此，對(duì)基坑施工過程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，具有重要意義。

1 地鐵車站深基坑變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

1)時(shí)效性。因地鐵車站深基坑的變形監(jiān)測(cè)對(duì)時(shí)間的時(shí)效性要求較高，因此變形監(jiān)測(cè)的方法和設(shè)備在采集數(shù)據(jù)時(shí)要能適應(yīng)各種嚴(yán)酷的天氣條件和夜晚操作等全天候的操作環(huán)境。

2)要求精度高。在進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)時(shí)，要使用一些精度較高的高精密儀器，從而才能在監(jiān)測(cè)中使誤差限值控制在數(shù)毫米內(nèi)，以達(dá)到高精度測(cè)量監(jiān)測(cè)的目的，適應(yīng)高精度的監(jiān)測(cè)要求。

3)等精度。地鐵車站深基坑工程中的觀測(cè)通常只需要測(cè)得相對(duì)變化值，而不需要測(cè)出絕對(duì)值。比如，一般測(cè)量需要把建筑物在地面定位，得到一個(gè)絕對(duì)量坐標(biāo)及高程的測(cè)量，但是在基坑邊壁變形觀測(cè)里，只需要測(cè)定邊壁相對(duì)于原來基準(zhǔn)位置的移動(dòng)就完成了，但邊壁原來的位置就完全不用知道。由于這個(gè)特殊的地方，使得深基坑施工監(jiān)測(cè)有其自身規(guī)律。

2 地鐵車站深基坑變形監(jiān)測(cè)的作用和基本要求

1)基坑變形監(jiān)測(cè)的作用。對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的地鐵車站深基坑工程來說，只憑借以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)，難以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和判定基坑變形情況，這時(shí)就需要依賴施工現(xiàn)場(chǎng)的變形監(jiān)測(cè)來定量評(píng)價(jià)基坑的變形情況?；幼冃伪O(jiān)測(cè)的作用主要表現(xiàn)在以下3點(diǎn):a.動(dòng)態(tài)的報(bào)告基坑變形信息。受到施工現(xiàn)場(chǎng)各種環(huán)境的綜合影響，基坑開挖時(shí)周圍的設(shè)施和建筑物始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其出現(xiàn)的變形和變化沒有合理的規(guī)律可循，此時(shí)就需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來綜合評(píng)定基坑的變形情況，為施工單位制定合理的施工方案提供參考。b.明確變形的大小。依據(jù)基坑變形監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)，可以定量的評(píng)定基坑開挖對(duì)周圍設(shè)施和建筑物的影響、基坑變形量的大小，以便施工單位能夠依據(jù)變形量合理的安全施工進(jìn)度。c.及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。通過對(duì)以往基坑安全生產(chǎn)事故的分析可知，基本上所有的安全生產(chǎn)事故都是由于施工單位忽視了基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要性，忽視變形量大小的檢測(cè)，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。通過對(duì)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，能夠初步判定變形發(fā)展的走勢(shì)，及早的發(fā)現(xiàn)安全隱患，為制定安全補(bǔ)救措施和改進(jìn)施工方案提供依據(jù)。

2)基坑變形監(jiān)測(cè)的基本要求。a.在進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)前，要編制監(jiān)測(cè)計(jì)劃，并嚴(yán)格按照有關(guān)的技術(shù)文件(如監(jiān)測(cè)任務(wù)書)執(zhí)行。這類技術(shù)文件的內(nèi)容，至少應(yīng)該包括監(jiān)測(cè)方法和使用的儀器、監(jiān)測(cè)精度、測(cè)點(diǎn)的布置、觀測(cè)周期等等。計(jì)劃性是觀測(cè)數(shù)據(jù)完整性的保證。b.在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，要采用高精度的監(jiān)測(cè)儀器，加強(qiáng)儀器的日常維護(hù)保養(yǎng)和檢查，加強(qiáng)對(duì)觀測(cè)人員的培訓(xùn)，確保人員技術(shù)能力和水平達(dá)到要求，從而確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。c.鑒于基礎(chǔ)工程施工的特殊特點(diǎn)，基坑開挖是一個(gè)動(dòng)態(tài)的施工過程，因此，在施工時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的隱患并采取措施予以消除，確保施工安全。d.在進(jìn)行基坑的變形監(jiān)測(cè)前，要根據(jù)工程的特點(diǎn)和實(shí)際情況預(yù)先設(shè)定包括變形值、內(nèi)力值及其變化速率等值在內(nèi)的預(yù)警值。當(dāng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)超過預(yù)警值的異常情況，要考慮采取應(yīng)急補(bǔ)救措施。e.對(duì)于基坑的變形監(jiān)測(cè)，應(yīng)該有完整的觀測(cè)記錄，現(xiàn)象的圖表、曲線和觀測(cè)報(bào)告。在對(duì)地鐵車站深基坑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的過程中，要使用專門的表格來記錄各種數(shù)據(jù)，以保存原始的資料，便于日后的復(fù)核與計(jì)算。要將各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)整理保存為正式記錄，按照原理不同的儀器以及采取方法的不同，要選擇相適應(yīng)的鑒定與檢查手段，包括定期維護(hù)和檢查檢測(cè)系統(tǒng)和嚴(yán)格遵守監(jiān)測(cè)操作規(guī)范。對(duì)于每次監(jiān)測(cè)活動(dòng)所獲得的原始數(shù)據(jù)，要及時(shí)進(jìn)行反饋和處理，對(duì)于監(jiān)測(cè)所反映出的偶然和系統(tǒng)誤差等各項(xiàng)問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和對(duì)比檢驗(yàn)及其他方法進(jìn)行解決。根據(jù)已有的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)所得信息來進(jìn)行反分析測(cè)算，按照現(xiàn)有的周圍建筑物和基坑支護(hù)工程的變形問題和狀態(tài)，預(yù)測(cè)分析該工程未來可能發(fā)生的變形問題及其變化情況，以便可以提前選擇和采取相適應(yīng)的手段和措施，驗(yàn)證施工方法及設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置原則

施工變形監(jiān)測(cè)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，監(jiān)測(cè)工作的成敗與監(jiān)測(cè)方法的選取及測(cè)點(diǎn)的布設(shè)直接相關(guān)。

1)在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要做到有效、可靠，并做到以下兩點(diǎn):第一，系統(tǒng)需采取可靠的設(shè)備。一般而言，機(jī)械式測(cè)試儀器的可靠性高于電子測(cè)試式儀器，所以如果使用電測(cè)儀器，則通常要求具有目標(biāo)系統(tǒng)或與其他機(jī)械式儀器互相校核;第二，應(yīng)在監(jiān)測(cè)期間內(nèi)保護(hù)好測(cè)點(diǎn)。

2)根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)儀器以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置上，要按照多層次監(jiān)測(cè)原則進(jìn)行。要做到儀器監(jiān)測(cè)為主、巡檢為輔;機(jī)測(cè)式儀器為主、電測(cè)式儀器為輔;上位移為主、其他物理量為輔;并分別在地表、基坑土體內(nèi)部及鄰近受影響建筑物與設(shè)施處布點(diǎn)以形成具有一定測(cè)點(diǎn)覆蓋率的監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

3)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵區(qū)原則。即將易出問題而且一旦出問題就將帶來很大損失的部位，列為關(guān)鍵區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并盡早實(shí)施。

4)方便實(shí)用原則。為了減少監(jiān)測(cè)與施工之間的相互干擾，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝和測(cè)讀應(yīng)盡量做到方便實(shí)用。

5)經(jīng)濟(jì)合理原則。即在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量考慮實(shí)用而低價(jià)的儀器，不必過分追求儀器的“先進(jìn)性”，以降低監(jiān)測(cè)費(fèi)用。

4 地鐵車站深基坑變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及方法

1)坑底土體隆起變形監(jiān)測(cè)。由于土方的開挖，造成在垂直方向上的土體的荷載發(fā)生改變，坑底的土體的原始應(yīng)力的平衡被破壞，造成坑底土體的隆起。在基坑開挖初期，垂直方向上的隆起較為明顯，隨著開挖的不斷深入以及土體注漿加固等工程的實(shí)施，坑體中部的隆起會(huì)得到有效控制，但坑體四周圍護(hù)墻會(huì)隨著土體的回彈而被抬高?？拥淄馏w的隆起會(huì)隨著基坑開挖工程的結(jié)束和土體加固工程的實(shí)施而很快停止，同時(shí)，在基坑開挖較淺時(shí)，坑底土體隆起不會(huì)對(duì)圍護(hù)墻的內(nèi)向移動(dòng)造成影響，但開挖到一定深度時(shí)，就要觀測(cè)圍護(hù)墻的內(nèi)移動(dòng)情況。

坑底隆起造成的變形一般采用精密水準(zhǔn)儀、木質(zhì)鋼瓦標(biāo)尺，按一等或二等沉降觀測(cè)精度要求，采用閉合水準(zhǔn)線路進(jìn)行施測(cè)。同時(shí)，要在不同的時(shí)間，對(duì)設(shè)置的同一觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多個(gè)測(cè)回的觀測(cè)，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的高程變化值，通過數(shù)據(jù)處理分析，計(jì)算實(shí)際沉降值。

2)圍護(hù)墻體變形監(jiān)測(cè)。圍護(hù)墻體的變形一般分為水平方向和垂直方向兩種。圍護(hù)墻體水平方向上的變形是由于基坑開挖深度的增加，使得圍護(hù)墻體內(nèi)側(cè)土體對(duì)圍護(hù)墻外土體的支撐和作用力化解，外側(cè)土體向內(nèi)的主動(dòng)壓力全部作用在圍護(hù)墻上，造成墻體的向內(nèi)位移和傾斜，同時(shí)，這種向內(nèi)的壓力是不均勻分布的，靠近坑體底部位置的主動(dòng)壓力小，所以墻體的變形也較小，而靠近坑體上部的壓力則較大。而這種壓力也是引起周圍地層移動(dòng)的重要原因。因此，要密切觀測(cè)圍護(hù)墻的水平方向上的位移量，做好圍護(hù)墻的加固和穩(wěn)定工作。保證基坑自身開挖安全的同時(shí)，保證周圍建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

圍護(hù)墻體水平和垂直方向上的沉降一般采用基準(zhǔn)線法、小角度、極坐標(biāo)法、前方交匯法或是導(dǎo)線法進(jìn)行測(cè)量，一般在圍護(hù)墻上均勻的選擇一定數(shù)量的觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行周期性的觀測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，準(zhǔn)確把握圍護(hù)墻的整體變形特征。

3)墻后土體沉降監(jiān)測(cè)。由于地鐵車站一般位置較深，土體的地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開挖到一定深度時(shí)，由于土體的塑性流動(dòng)也較大，土體從基坑外圍向坑內(nèi)和坑底流動(dòng)，造成圍護(hù)墻體后產(chǎn)生地表沉降。圍護(hù)墻體后地表沉降主要分為三角形地表沉降、凹槽形地表沉降兩種，地表沉降的范圍取決于地層的性質(zhì)、基坑開挖深度、墻體入土深度、下臥軟弱土層深度、基坑開挖深度以及開挖支撐施工方法等。

墻后土體沉降監(jiān)測(cè)的方法與坑底沉降觀測(cè)的方法類似，同樣是采用精密水準(zhǔn)儀、木質(zhì)鋼瓦標(biāo)尺等工具，對(duì)圍護(hù)墻體外圍區(qū)域設(shè)置的均勻的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一、二等周期性水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，準(zhǔn)確把握圍護(hù)墻的整體變形特征。

4)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率研究。為保證監(jiān)測(cè)成果的真實(shí)可靠性以及地鐵車站深基坑施工的安全，對(duì)不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，在監(jiān)測(cè)的精度和監(jiān)測(cè)的頻率上必須嚴(yán)格規(guī)定，以保證隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理問題。在基坑的開挖過程中，必須隨時(shí)對(duì)基坑的坑底隆起、圍護(hù)墻的位移做目視觀察;對(duì)圍護(hù)墻頂部水平位移的觀測(cè)開挖及回筑過程中一天一次，確保位移的控制值和報(bào)警值在規(guī)定范圍內(nèi);圍護(hù)墻外側(cè)土體側(cè)向變形，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間每5天一次，主體結(jié)構(gòu)施工期間每2天一次;基坑周圍地表沉降觀測(cè)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間每2天一次，主體結(jié)構(gòu)施工期間每周兩次。

5 結(jié)語

由于地鐵車站深基坑工程施工環(huán)境太復(fù)雜，各類施工問題經(jīng)常發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)的突發(fā)問題也是難以預(yù)料。因此，在深基坑施工過程中，必須制定專項(xiàng)的監(jiān)測(cè)方案，采取多種措施，提高監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)水平，采取必要的措施從而確保深基坑的安全施工。

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