地鐵工程深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

黨東剛

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司測(cè)繪地理信息研究院，天津 300251）

隨著我國地鐵工程的快速發(fā)展，地下空間的高效利用已經(jīng)成為我國未來建設(shè)的重點(diǎn)方向，值得不斷深入探究和發(fā)掘。但是隨著地鐵工程的不斷增多，深基坑施工質(zhì)量問題也日益增多。為了確保深基坑施工的順利開展，保質(zhì)保量地竣工，需要合理應(yīng)用深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在深基坑施工過程中實(shí)時(shí)、高效的監(jiān)測(cè)，從而為相關(guān)人員提供更多的數(shù)據(jù)支持和幫助，以確保地鐵工程施工的安全性。

1 深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要性

由于修建地鐵的速度較快，人們往往會(huì)習(xí)慣性認(rèn)為中國的地鐵工程施工較為簡(jiǎn)單，尤其是關(guān)于深基坑的挖掘等相關(guān)施工，對(duì)其不太重視，也缺乏對(duì)深基坑施工及其監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本了解。其實(shí)，對(duì)于地鐵工程來說，做好對(duì)深基坑的施工監(jiān)測(cè)是十分重要的，尤其要合理運(yùn)用深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)地鐵工程的深基坑穩(wěn)定性與安全性的狀況監(jiān)測(cè)。在運(yùn)用深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的時(shí)候，很多情況下，都會(huì)運(yùn)用各類原理進(jìn)行深基坑的穩(wěn)定性計(jì)算，卻忽視了在挖土過程中應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)的變化，尤其是對(duì)于地層的移動(dòng)，會(huì)造成大量的軟性土層的位移，從而使整個(gè)施工更加危險(xiǎn)，缺乏穩(wěn)定性和安全性。因此，做好對(duì)深基坑的施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究是非常重要的，可以避免出現(xiàn)在挖掘過程中出現(xiàn)的基坑位移的現(xiàn)象。此外，在深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，還可以通過施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)收集及危險(xiǎn)實(shí)時(shí)報(bào)警技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行安全監(jiān)控，這對(duì)于民生建設(shè)——地鐵工程來說，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)和社會(huì)意義。一般情況下，在進(jìn)行地鐵工程深基坑施工的時(shí)候，都會(huì)使用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護(hù)方法，并且為了確保施工作業(yè)的安全性，深基坑施工環(huán)節(jié)還需要和施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)進(jìn)行有效的結(jié)合，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，從而為施工工程的順利開展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，對(duì)于深基坑施工的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有基坑壁（地下連續(xù)墻）的水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)（測(cè)斜）、地下連續(xù)墻頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、混凝土內(nèi)支撐梁的軸力測(cè)試數(shù)據(jù)、鋼管支撐梁的軸力測(cè)試數(shù)據(jù)等。通過收集這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以實(shí)時(shí)掌握深基坑的穩(wěn)定狀況。

2 地鐵深基坑的變形機(jī)理

（1）深基坑周圍的地層移動(dòng)。對(duì)于深基坑周圍的底層移動(dòng)現(xiàn)象而言，坑底隆起是典型反應(yīng)，也是土體最原始的改變形狀的現(xiàn)象之一。之所以產(chǎn)生坑底隆起，主要是因?yàn)橥馏w受到了來自垂直向的壓力負(fù)荷的影響，從而導(dǎo)致土體形狀產(chǎn)生變化，尤其是當(dāng)進(jìn)行深基坑挖掘的時(shí)候，坑底的土體受到了負(fù)荷后就會(huì)產(chǎn)生垂直隆起的情況，這就是深基坑的底層移動(dòng)。此外，如果挖掘的范圍和深度越來越大，那么深基坑的內(nèi)部和外部的土體面之間的高低差異性也會(huì)越來越大，當(dāng)挖掘到了某個(gè)深度臨界值的時(shí)候，土體內(nèi)外部形成的高低差異就會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生直接破壞，從而導(dǎo)致圍護(hù)墻外部的土體向深基坑內(nèi)部移動(dòng)，最終產(chǎn)生塑性隆起現(xiàn)象。這類塑性隆起會(huì)帶來較大的塑性壓力，是造成地面沉降的主要原因之一。

（2）圍護(hù)墻的位移。由圍護(hù)墻體的位移造成的水平方向影響，會(huì)直接導(dǎo)致深基坑的外部土體的應(yīng)力發(fā)生變化，從而產(chǎn)生地層移動(dòng)的現(xiàn)象。在進(jìn)行地鐵工程支護(hù)施工前，挖掘深基坑的初步階段，圍護(hù)墻就會(huì)收到擠壓的應(yīng)力，從而產(chǎn)生變形的情況。而在深基坑的后期挖掘階段，圍護(hù)墻的墻體也會(huì)產(chǎn)生較大的傾斜和偏移，尤其是在基坑開挖的深度到達(dá)了2m的位置，此處產(chǎn)生的偏移現(xiàn)象更為明顯。圍護(hù)墻的位移，會(huì)直接造成墻體的中壓力區(qū)與被動(dòng)壓力區(qū)的土體發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生坑底局部塑性區(qū)。如此，圍護(hù)墻體的變形程度會(huì)不斷加劇，地面沉降的現(xiàn)象也會(huì)日益明顯，從而大大影響整個(gè)施工的質(zhì)量水平和施工進(jìn)度。

3 地鐵工程深基坑施工質(zhì)量的影響因素

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

在地鐵工程中，深坑基支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是必不可少的重要措施之一，與施工工程的安全性與穩(wěn)定性密切相關(guān)。深坑基支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要涵蓋了圍護(hù)墻體的剛度參數(shù)、支撐水平的高低參數(shù)、垂直向的間距大小、墻體厚度等數(shù)據(jù)，會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的因素也較多，如在地下設(shè)置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度距離、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝、施工質(zhì)量水平等。這些環(huán)節(jié)都與地層位移現(xiàn)象密切相關(guān)，也是影響地鐵工程深基坑施工質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。

3.2 深基坑分階段、分批次開挖

深基坑開挖的方式較多，尤其是對(duì)于形狀為長條形的深基坑施工工程來說，在挖掘時(shí)，需要按照限定長度分段挖掘，并且在實(shí)際施工時(shí)，也需要充分、合理地運(yùn)用深基坑的空間優(yōu)勢(shì)，做好深基坑的隆起處理，確保提升其安全性與牢固性，從而避免出現(xiàn)地層位移的現(xiàn)象。因此，深基坑分階段、分批次開挖操作也是影響深基坑施工質(zhì)量的重要因素。

3.3 深基坑內(nèi)土體性能發(fā)生變化

如果深基坑內(nèi)土體的性能發(fā)生變化，會(huì)對(duì)施工工程的產(chǎn)生一定的安全隱患。因此，為了確保深基坑施工的順利開展，需要對(duì)深基坑的內(nèi)部與外部進(jìn)行加固處理，以有效提升土體的強(qiáng)度、剛度及承壓負(fù)荷能力，最大程度減少深基坑的地層位移現(xiàn)象，以確保施工質(zhì)量。

4 地鐵工程深基坑施工監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

4.1 支護(hù)樁位移的監(jiān)測(cè)方法

為了切實(shí)做好地鐵工程的深基坑施工，需要對(duì)支護(hù)樁的性能等方面參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以便后期實(shí)施支護(hù)樁位移監(jiān)測(cè)工作，確?？梢园l(fā)揮最佳支護(hù)效果。支護(hù)樁位移監(jiān)測(cè)的具體方法如下：

（1）在設(shè)計(jì)支護(hù)樁時(shí)，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工情況，綜合考慮各個(gè)頂部之間的距離，并且合理設(shè)計(jì)支護(hù)樁的位置和水平位移的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高效、合理的布局設(shè)計(jì)。

（2）選擇離地鐵工作深基坑一定距離的區(qū)域，安裝好3個(gè)1級(jí)基準(zhǔn)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)平面三角網(wǎng)的功效和作用，然后借助專業(yè)的平差軟件及高精度全站儀，以實(shí)現(xiàn)對(duì)深基坑施工的全面監(jiān)測(cè)，確保深基坑支護(hù)樁施工的安全性與穩(wěn)固性。

（3）對(duì)于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的側(cè)向位移的情況，需要及時(shí)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)需要配合測(cè)斜儀，采用多次、反復(fù)測(cè)量的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的全面、高效監(jiān)測(cè)，這也是確保地鐵工程深基坑施工順利開展的技術(shù)措施之一。

以杭州市一號(hào)地鐵工程為例進(jìn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)的簡(jiǎn)要分析。在地鐵工程的深基坑施工中運(yùn)用監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要是對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深層水平位移、樁頂水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。其中，對(duì)于樁頂水平位移的監(jiān)測(cè)，主要是運(yùn)用全站儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用水平角全圓方向觀測(cè)的原理，對(duì)各個(gè)點(diǎn)的水平方向和角度產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，然后準(zhǔn)確計(jì)算出水平位移量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的全面監(jiān)測(cè)。此外，由于該地鐵一號(hào)線周圍的地理環(huán)境較為復(fù)雜，且地層厚度所產(chǎn)生的變化差異性也較大，因此為了確保順利開展對(duì)深基坑的施工監(jiān)測(cè)，需要選擇合適的位置設(shè)置永久性測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)。為了確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)固性，需要使用深埋式的形式布設(shè)，并且確保不會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)施工的影響。此外，在進(jìn)行地鐵工程深基坑挖掘時(shí)，每2h需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)行1次監(jiān)測(cè)，確保施工的順利開展。

4.2 周邊建筑物的沉降監(jiān)測(cè)方法

在進(jìn)行地鐵工程深基坑挖掘的過程中，為了確保周邊建筑物的安全性與穩(wěn)定性，需要做好對(duì)周邊建筑物的沉降監(jiān)測(cè)工作。

（1）選擇合適的地鐵工程深基坑的周邊建筑物的首層承重柱，然后在上面安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且控制好和深基坑會(huì)影響到的區(qū)域范圍距離，以確保最佳的監(jiān)測(cè)效果和質(zhì)量。

（2）設(shè)置3個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)，每個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)之間的距離為160m左右，然后進(jìn)行高程聯(lián)測(cè)，主要運(yùn)用的監(jiān)測(cè)方式是電子水準(zhǔn)儀和交樁點(diǎn)的測(cè)量，并且以此高程起算作為監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。此外，施工方使用的電子水準(zhǔn)儀還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路、地下管線的監(jiān)測(cè)。對(duì)于此類監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置選擇，需要布設(shè)在道路截面變化處、管道接頭處，并且確保監(jiān)測(cè)具備持續(xù)性。而對(duì)于邊坡土體位移的檢測(cè)，則需要配合使用測(cè)斜儀，先在施工的土體內(nèi)預(yù)先埋下測(cè)斜管，然后在進(jìn)行深基坑挖掘時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。等到深基坑挖掘到一定的深度之后，監(jiān)測(cè)的頻率會(huì)依據(jù)變形速率進(jìn)行合適的調(diào)整，以實(shí)時(shí)確保監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，為施工方提供有效的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，確保施工的順利竣工。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的分層沉降的監(jiān)測(cè)，需要在土體的深層部位埋設(shè)分層沉降標(biāo)，以全面了解深基坑邊坡的穩(wěn)定性能，確保施工的質(zhì)量與安全。當(dāng)然，對(duì)于地下水位的監(jiān)測(cè)也是十分重要的，主要是運(yùn)用電極傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè)。在地鐵工程深基坑挖掘的過程中，每3h進(jìn)行1次地下水位的監(jiān)測(cè)，確保深基坑施工的安全性。同時(shí)，定期巡查各類裂縫，重點(diǎn)位置為支護(hù)樁、臨近地表處以及建筑物的表面等，如果發(fā)現(xiàn)裂縫，需要馬上測(cè)量，實(shí)施連續(xù)監(jiān)控。

5 結(jié)束語

綜上，為了確保地鐵工程深基坑的施工質(zhì)量，需要做好深基坑施工的監(jiān)測(cè)工作，包括對(duì)支護(hù)樁位移的監(jiān)測(cè)、對(duì)周邊建筑物的沉降監(jiān)測(cè)等，通過動(dòng)態(tài)、全面的監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)掌握深基坑在施工過程中的情況。一旦出現(xiàn)了異常狀況，可以及時(shí)調(diào)整，從而確保地鐵工程的順利竣工，促進(jìn)我國地鐵工程的高效、快速發(fā)展。