某地鐵站深基坑信息化施工監(jiān)測體系設計研究

羅積勝

近年來，我國地下工程發(fā)展迅速，導致基坑向深、大方向發(fā)展成為必然趨勢，基坑平面尺寸和開挖深度的增大帶來一系列復雜的問題，信息化施工日益受到工程界的重視，要實現(xiàn)信息化施工，首要的任務就是做好監(jiān)測工作，它可為信息化施工提供重要依據(jù)?？梢?，開展復雜環(huán)境下地鐵車站深基坑施工現(xiàn)場監(jiān)測設計與實踐研究對指導施工意義重大，合理的監(jiān)測體系設計是至關重要的一環(huán)。本文以某地鐵車站深基坑為工程背景進行監(jiān)測體系的設計研究[1]。

1 工程概況

本基坑西側為即將建成的高層建筑小區(qū)，東側為一條 5m寬的小河及路邊綠化帶，河對岸為多層住宅小區(qū)，南北側為交通要道，周圍管線密布。車站為地下 2層島式車站，主體圍護結構采用 φ1 000鉆孔咬合樁，相鄰兩樁咬合量為 250mm。車站總長174.65m，寬18.7m，埋深為2.85m。車站包括2個風道及3個出入口，采用明挖順作法施工，為單柱雙跨結構，出入口采用φ850SMW工法圍護。標準段基坑內豎向設置四道φ609mm鋼管橫撐，縱向間距3.5m左右，車站端頭井豎向設置五道φ609 mm鋼管斜撐。本工程所在場地主要為錢塘江河口相沖海積地貌，地表以下分布有比較厚的河口相粉土、砂土層，根據(jù)土性特征，表層約 10m系近代沉積層，將對基坑的穩(wěn)定性產生不利影響。

2 信息化施工監(jiān)測體系設計

為了保證工程的順利進行以及周邊建筑、地下管線安全，在基坑開挖施工期間對基坑及周邊管線和建筑物的變形進行了監(jiān)測[2]，預警并防范過大位移、變形與工程事故的發(fā)生，通過對測量得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，將信息反饋到施工中，與工程安全標準及允許變形對比得出分析結果，實現(xiàn)整個基坑工程的信息化施工。

2.1 監(jiān)測內容

根據(jù)本地鐵車站的設計要求和基坑以及周邊的實際情況，進行了以下9項監(jiān)測項目(見表1)。

表1 監(jiān)測項目

2.2 監(jiān)測控制標準值

根據(jù)車站設計方案，各監(jiān)測項目報警值如表 2所示。

2.3 監(jiān)測方法

2.3.1 樁頂水平和垂直位移

樁頂水平位移測量采用全站儀，按小角度法進行觀測。在平行于基坑圍護樁延長線上的平面控制點設工作站，取遠方 100m外位置穩(wěn)定、成像清晰的永久性目標作固定后視方向分別測出各監(jiān)測點相對后視的夾角，每次四測回取平均值A。光電測距量出測站至監(jiān)測點邊長S。同一測點相鄰兩次測角差ΔAi=Ai-Ai-1，從而計算出該測點本次位移量，第一次位移量累加至當次本次位移量即為該測點累計位移量。計算公式如下:

其中，ΔSi為本次位移量;ΔAi為本次角度變化量;S為測站間的邊長;β為常數(shù)，β=206 265;ΔS為本次角度變化量及位移量。

樁頂垂直位移采用精密水準儀，按國家二等水準要求觀測。以附合或閉合路線在水準路線上聯(lián)測各監(jiān)測點，以水準控制點為基準，測算出各監(jiān)測點標高。同一測點相鄰兩次標高差即為本次該測點沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測點累計沉降量。計算公式如下:

其中，Δhi為本次沉降量;hi為本次標高;hi-1為上次標高;Δh為本次累計沉降量。

表2 監(jiān)測項目布置及報警值

2.3.2 樁體側向變形

樁體側向變形監(jiān)測是掌握深基坑不同深度圍護結構變形的重要手段，采用CX-E測斜儀進行樁體的側向變形監(jiān)測。測斜管在施作圍護樁的時候一起埋入，在后續(xù)施工中應該嚴格注意做好測斜管的保護。本車站共布置 20根測斜導管。在樁芯處預埋測斜導管，深度要求達到底板頂面，預留至樁冠梁頂面，澆筑混凝土時，須注意對測斜管的保護，保證測斜管鉛垂向下。

2.3.3 坑內鋼支撐軸力

鋼支撐的一端安裝鋼弦式軸力計監(jiān)測支撐軸力，在監(jiān)測斷面處每道支撐各安裝一個，軸力計安裝在鋼支撐管與圍護墻間。軸力計的量程需要滿足設計軸力的要求。在需要埋設軸力計的鋼支撐架設前，將軸力計焊接在支撐的非加力端的中心，在軸力計與鋼圍楝、鋼支撐之間要墊設鋼板，以免軸力過大使圍楝變形，導致支撐失去作用。支撐加力后，即可進行監(jiān)測。從設置鋼支撐到拆除，每天觀測一次。

2.3.4 坑外水位

基坑外的地下水位監(jiān)測，設置 6個測面，每個測面 2個測孔，共 6×2=12個測孔。每個測面上的2個測孔布置:一個測孔距圍護結構大致1.5m，而另一個測孔距圍護結構為11.5m。

2.4 監(jiān)測信息反饋程序

完整的信息反饋系統(tǒng)對于保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理有效利用，為施工方案的調整提供可靠依據(jù)具有重要意義[3，4]。首先，采集監(jiān)測數(shù)據(jù)時，要保證數(shù)據(jù)的真實可靠;其次，對取得的數(shù)據(jù)，應用數(shù)理統(tǒng)計的方法和各種表格及曲線對數(shù)據(jù)進行整理和分析;最后，將整理后的數(shù)據(jù)匯總成周報表和月報表，定時交付施工單位、監(jiān)理和業(yè)主。另外監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的例外情況要特別對待處理，及時向施工單位匯報，并提出建議。

2.5 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析、預測

取得各種監(jiān)測資料后，需及時進行處理，排除儀器、讀數(shù)等操作過程中的失誤，剔除和識別各種粗大、偶然和系統(tǒng)誤差，避免漏測和錯測，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和完整性，采用計算機進行監(jiān)控量測資料的整理和初步定性分析工作。

采用統(tǒng)計分析方法對監(jiān)測結果進行回歸分析:尋找一種能夠較好反映監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律和趨勢的函數(shù)關系式，對下一階段的監(jiān)測物理量進行預測，防患于未然。如預測最終位移值，預測結構物的安全性，并據(jù)此確定工程技術措施等。因此，對每一測點的監(jiān)測結果要根據(jù)管理基準和位移變化速率等綜合判斷結構和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報表，及時反饋指導施工，調整施工參數(shù)，達到安全、快速、高效施工目的。

3 結語

采用信息化施工方法，及時掌握支護結構變位和周圍環(huán)境的變化，并通過信息反饋指導施工，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時通報施工中出現(xiàn)的問題，以便采取相應的措施，能夠減少施工的盲目性，降低施工中可能發(fā)生的經濟損失，確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全穩(wěn)定。

該工程已經在土質差、地下水位高、開挖深度深、周圍環(huán)境保護要求高等諸多不利因素影響下得以順利完成，表明該圍護結構設計及監(jiān)測體系是合理有效的，基坑支護施工質量效果是良好的，滿足了設計和環(huán)境的要求，對類似工程有一定的借鑒意義。

[1] 孫 凱，許振剛，劉庭金.深基坑的施工監(jiān)測及其數(shù)值模擬分析[J].巖石力學與工程學報，2004(8):34-36.

[2] JGJ/T 8-89，建筑變形測量規(guī)范[S].

[3] 夏才初，李永盛.地下工程測試理論與測試技術[M].上海:同濟大學出版社，1999.

[4] 劉招偉，趙運臣.城市地下工程施工監(jiān)測與信息反饋技術[M].北京:科學技術出版社，2006.