天津某地鐵車站基坑開挖監(jiān)測技術(shù)研究

王曉燁

摘 要：在地鐵施工建設(shè)中，往往需要進行基坑開挖。由于基坑內(nèi)外壓力的變化，引起土體的變形，對鄰近建筑物造成影響。因此，需要對基坑及鄰近建筑物進行變形監(jiān)測，本文基于筆者多年從事基坑變形監(jiān)測的相關(guān)工作經(jīng)驗，以天津市某基坑開挖對建筑物影響的監(jiān)測為例，介紹了監(jiān)測方案，并對不同的數(shù)據(jù)處理模型進行對比研究，得出對于本項目變形監(jiān)測中精度較高的數(shù)學(xué)模型。

關(guān)鍵詞：基坑 變形監(jiān)測 數(shù)據(jù)處理 精度

中圖分類號：TU443 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0027-02

近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多城市都開始修建地鐵，深基坑工程是地鐵項目的一個重要組成部分，其規(guī)模越來越大，深度越來越深，因此深基坑開挖和支護成為地鐵工程的熱點和難點。由于基坑開挖引起的變形會對周邊建筑物構(gòu)成威脅，使得在施工期間引起的基坑變形及基坑穩(wěn)定狀況成為許多設(shè)計和施工單位廣泛關(guān)注的問題之一，故有必要對支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境實施監(jiān)測，為勘察設(shè)計施工部門及時提供監(jiān)控資料，避免造成不必要的經(jīng)濟損失和社會影響。

變形監(jiān)測是掌握基坑形變規(guī)律以及對周邊環(huán)境影響進行評價的有效手段，在建筑物興建、施工、運營階段都起著重要作用。通過變形監(jiān)測，分析基坑形變規(guī)律，以及對周邊建筑物影響的變化趨勢進行有效的預(yù)測，對基坑和建筑物的安全監(jiān)控，確保建筑物安全運營具有重要意義。本文以天津某基坑的監(jiān)測為例，對變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行處理分析，對觀測量進行預(yù)報并與實際沉降量進行比較，以確定模型的有效性。

1 工程概況

此基坑位于天津某地鐵車站。在基坑開挖的施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動和主動土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)力狀態(tài)的改變將引起土體的變形，因此會對鄰近建筑物造成影響。此次觀測的目的就在監(jiān)測基坑的開挖對鄰近建筑物造成的影響，以及了解鄰近建筑物的變形情況，從而控制開挖基坑的進度來保證工程的安全，最終保證周圍幾座建筑物的安全。

1.1 基準(zhǔn)點和監(jiān)測點布設(shè)方案

基坑監(jiān)測工作于2014年6月17日開始布點，總計觀測20次。在基坑上布設(shè)變形監(jiān)測點，平面位置上力求對稱，做到全面監(jiān)測，突出重點。監(jiān)測項目主要是對基坑旁3號、4號、5號樓進行沉降監(jiān)測。本次共布監(jiān)測基點5個（ZB1、ZB2、ZB3、ZB4、BM1），水平位移監(jiān)測點9個（全為基坑邊監(jiān)測點，編號為JC1～JC9，間距約20m，距基坑邊線約0.2m），沉降監(jiān)測點16個（11個水平位移監(jiān)測點同時作為沉降監(jiān)測點，建筑物沉降觀測點為5個，編號為3D-1、3D-2、4D-1、4D-2、5D-1）。6月19日對監(jiān)測點進行了初始數(shù)據(jù)的觀測，初次觀測獨立觀測兩次，取其平均值作為初始數(shù)據(jù)，并對基點進行了聯(lián)測。在基坑開挖過程中，每3～4天進行一次觀測，若沉降觀測點的沉降量出現(xiàn)異常，則對各觀測點進行加密觀測。

沉降監(jiān)測測量儀器選用Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)尺為與DNA03配套的Leica編碼標(biāo)尺。在觀測之前水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺經(jīng)過嚴格檢驗。我們的控制點（BM1）選取在距離基坑200m以外比較牢固的建筑物（6號樓）上，控制點（BM2）選取在距離基坑200m以外比較牢固的建筑物（4號樓）上。

1.2 建筑物沉降觀測數(shù)據(jù)計算及分析

對建筑物一共布設(shè)了5個監(jiān)測點，以基準(zhǔn)點BM1為起點，BM1高程為10.00m。觀測流程為由BM1→5D-1→3D-1→3D-2→4D-1→4D-2→BM1形成一個觀測閉合環(huán)，每次觀測結(jié)束利用△h=∑a-∑b≤1.0（路線距離）檢查記錄的數(shù)據(jù)和計算是否正確，精度是否合格，然后，調(diào)整高差閉合差，推算出各沉降觀測點的高如有超限應(yīng)當(dāng)返工。經(jīng)計算得出閉合水準(zhǔn)路線全長閉合差為0.21mm，路線長為0.8703km，閉合差限差為±4=±3.8mm，故初次觀測完全符合二等水準(zhǔn)測量要求。由于觀測數(shù)據(jù)很多，這里取前10期建筑物沉降觀測數(shù)據(jù)進行分析研究：（1）計算各觀測點本次沉降量：Δh=本次觀測所得的高程Hi為上次觀測所得的高程Hi-1；（2）計算累計沉降量：ΔH=ΣΔh；（3）計算沉降速率：ν=沉降量/觀測天數(shù)，有觀測數(shù)據(jù)繪制建筑物監(jiān)測點沉降觀測曲線圖，各點沉降量如圖1所示。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)成果計算各觀測點的累積沉降量如表1所示。

沉降觀測數(shù)據(jù)表明：大部分房角沉降觀測點變化很少，其中最大的變化是4D-1（-0.97mm）和3D-1（-0.95mm），但監(jiān)測點的累積變化量小于警戒值，已有支護結(jié)構(gòu)能維持基坑邊坡的穩(wěn)定，目前基坑處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 對建筑物的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)分析

根據(jù)3號、4號和5號樓沉降觀測數(shù)據(jù)為例，對沉降量和觀測天數(shù)進行線性回歸分析，依次可求得各觀測點沉降量y與監(jiān)測天數(shù)x的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)。

由表2發(fā)現(xiàn)，點4D-1的線性關(guān)系最顯著，點5D-1的線性關(guān)系最不明顯。

根據(jù)回歸方程對各點數(shù)據(jù)進行回歸，可獲得相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)字，如置信度、回歸值、F檢驗值等，并對相關(guān)系數(shù)進行顯著性檢驗。得出各點實測累積值和回歸分析值，將實測累積沉降值與回歸分析沉降值繪制成圖（如圖2所示）。

通過回歸分析的結(jié)果可以看出，其回歸分析值和實際觀測值一般都有一定差異，但總的分析曲線的走勢大致一致，通過此線性回歸即可做沉降觀測的變形預(yù)測，做好對將來建筑物的安全預(yù)報。由圖2可知累積沉降的回歸分析值并不能準(zhǔn)確地反映其沉降量，和實際的累積沉降有一定的差異，但在反映點與點之間的沉降差異方面卻有很好的反映：（1）通過回歸分析可發(fā)現(xiàn)點3D-11和點4D-1沉降最快，而離基坑較遠的點5D-1則沉降的比較少。（2）點3D-1和點4D-1沉降比較均勻，其余三點沉降發(fā)生不均勻變化。根據(jù)它們累積沉降的不同也可以分析后期建筑物的傾斜情況，從而更好地控制，作好防御措施。

3 結(jié)語

本文立足于深基坑沉降變形監(jiān)測的方案設(shè)計及數(shù)據(jù)分析處理，以天津某車站深基坑沉降變形監(jiān)測為實例，闡述了變形監(jiān)測的方案設(shè)計與數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理模型對變形趨勢的預(yù)測預(yù)報的有效性進行了對比分析。采用線性回歸預(yù)測模型對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析能夠簡單、快速、準(zhǔn)確地得到深基坑沉降變形狀況以及對周邊建筑物的影響，并對下一次沉降量進行預(yù)報，能為驗證基坑開挖及保證周邊建筑物的安全，提供必要的數(shù)據(jù)和評價資料。

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