軌道交通車站主體工程的基坑監(jiān)測

張 杉, 劉志勇, 張 杰

(浙江華東測繪與工程安全技術(shù)有限公司,浙江 杭州 310005)

1 工程概述

農(nóng)業(yè)東路站是鄭州市地鐵5號線第10座站臺，是地下三層三跨箱式框架構(gòu)造的島式車站。車站建設(shè)在農(nóng)業(yè)東路與祭城路交叉路口，跨農(nóng)業(yè)東路建造。車站中心里程是YDK12+546.475，車站整體長度是170.2 m，站臺的寬度是13 m，站臺有效長度是140 m，站臺標(biāo)準(zhǔn)段寬度是22.3 m；中心里程頂板上蓋土達(dá)4 m厚，主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬度是22.3 m，深度大概在24.2 m，盾構(gòu)井段基坑的寬度是26.5 m，深度大概在25.7 m。

農(nóng)業(yè)東路站臺地況單元是黃河沖積平原，地貌單元是山前洪積緩傾平原。整個場內(nèi)地勢平緩，地表高程為87.06～96.34 m，地面除1.5 m厚的雜填土之外，構(gòu)成的物體主要是黏性粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂以及細(xì)砂，實際的地質(zhì)情況要看農(nóng)業(yè)東路站臺項目工程地質(zhì)特點。

深基坑護(hù)圍墻頂端水平位移、頂端豎向位移對基坑項目工程安全性有著顯著的影響，若是其出現(xiàn)太大位移變化，極其容易產(chǎn)生：①深基坑護(hù)圍墻發(fā)生搖晃，致使護(hù)圍墻傾斜得過大而倒塌；②支撐體系被損壞，從而導(dǎo)致基坑項目的安全出現(xiàn)問題。因此，現(xiàn)在使用的標(biāo)準(zhǔn)很多都是把護(hù)圍墻頂端水平位移、頂端豎向位移監(jiān)測列為三種級別深基坑項目工程一定要開展的監(jiān)測項目。至于護(hù)圍墻深層水平移動，在護(hù)圍構(gòu)造比較長的時候需要監(jiān)測這個項目，能夠反映護(hù)圍結(jié)構(gòu)沿著深度方向上各個方面的平移曲線，而且能夠及時確定最大位移數(shù)值和它的區(qū)域，所以一、二級別安全等級的深基坑都需要進(jìn)行這方面的監(jiān)測。內(nèi)部支撐太長的時候要設(shè)立支柱樁。深基坑護(hù)圍結(jié)構(gòu)如圖1所示。

內(nèi)部支撐給護(hù)圍墻帶來抵擋基坑外部土壤壓力的能力，因此內(nèi)部支撐的穩(wěn)定情況對于基坑項目的安全性極為關(guān)鍵。對于基坑項目而言，只要使用到內(nèi)部支撐或是錨桿的，都需要對內(nèi)部壓力展開監(jiān)測。

立柱出現(xiàn)的水平位移或豎直位移太大時，會致使內(nèi)部支撐系統(tǒng)失去穩(wěn)定，從而影響基坑的安全性，所以依據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911-2013)，對于立柱水平移動和豎直移動，監(jiān)測級別在二級以上的基坑都要進(jìn)行監(jiān)測。另外，因為地下工程對水極為敏感，所以需要對地下水勢實施相應(yīng)的監(jiān)測。

2 車站深基坑監(jiān)測的目的與方法

2.1 監(jiān)測的目的

深基坑是讓地鐵站臺作業(yè)有序進(jìn)行的核心保證，實際作業(yè)之中經(jīng)常會發(fā)生很多超出預(yù)估的事情，例如地層性質(zhì)具有較為明顯的離散性和變異性，在作業(yè)實施時的支撐防護(hù)機(jī)構(gòu)在受力情況下表現(xiàn)出經(jīng)常的動態(tài)改變狀況，并且預(yù)計與評估所選擇的特殊參數(shù)也會缺少代表性。為了保證深基坑作業(yè)的品質(zhì)，就需要增強(qiáng)作業(yè)時的監(jiān)測，這可以給現(xiàn)場作業(yè)提供一些科學(xué)的依據(jù)，避免地鐵車站深基坑作業(yè)發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)量問題，并對相應(yīng)的發(fā)生問題的深基坑挖掘作業(yè)計劃開展及時、高效的調(diào)整，將其當(dāng)作基坑作業(yè)和規(guī)劃等步驟的關(guān)鍵補(bǔ)充形式，以盡力保證四周房屋建筑和基坑支撐防護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

2.2 監(jiān)測的方法

從整體上看，深基坑監(jiān)測目標(biāo)重點涉及鄰近環(huán)境和護(hù)圍構(gòu)造這兩個核心點，而且對于其中任意一個點的監(jiān)測都包括很多作業(yè)程序，以求能夠?qū)ψ詈蟮谋O(jiān)測結(jié)果提供高效保障。目前實際監(jiān)測深基坑動態(tài)變化的時候，大多采用的是沉降監(jiān)測方式，具體包括支撐軸力、地下管道線路豎直移動、樁墻深層撓曲監(jiān)測方式、護(hù)圍墻頂水平移動方式，以及使用得最多的肉眼巡視方式等。這類監(jiān)測方式的使用能夠在很大程度上確保對深基坑的監(jiān)測真實準(zhǔn)確，能夠有效找出深基坑在實施作業(yè)時出現(xiàn)的形變的情況。例如，在進(jìn)行深基坑作業(yè)的時候，常遇到的形變主要由護(hù)圍結(jié)構(gòu)的形變、基坑四周土壤主體的下沉和移動、坑底凸起等。

不管深基坑的作業(yè)品質(zhì)是什么樣情況，只要深基坑作業(yè)之中發(fā)生了形變質(zhì)量情況，就會對后期地鐵車站的建造和作業(yè)的實施造成不好的影響。對深基坑作業(yè)進(jìn)行監(jiān)測時，需要注意根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的真實狀況，對監(jiān)測目標(biāo)選用合適的監(jiān)測方式，挑選最好的監(jiān)測點位。若是考慮地鐵車站和深基坑作業(yè)自身對深基坑四周護(hù)圍結(jié)構(gòu)和四周地層造成的干擾，在現(xiàn)實的深基坑監(jiān)測作業(yè)之中優(yōu)先選擇地下不間斷墻發(fā)生形變點位、地面豎直位移點位作為重點監(jiān)測點位，如此能夠更加確保深基坑監(jiān)測作業(yè)的總體品質(zhì)。

3 監(jiān)測主要內(nèi)容

3.1 沉降觀測

沉降觀測需要依照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》(GB/T 50308-2017)形變檢測規(guī)定，依照二等規(guī)定開展適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線進(jìn)行觀測。在進(jìn)行檢測時需要依照下列規(guī)定：

(1)進(jìn)行觀測以前對全部水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺按規(guī)定實施校對，并進(jìn)行登記，在運用的時候不可以隨意替換。

(2)按時開展外圍水準(zhǔn)點的校對、檢查測點，保證參數(shù)信息的精準(zhǔn)和連續(xù)。

(3)要把水準(zhǔn)尺按規(guī)定放在觀測點位，觀測點若是存在污泥或污水要及時處理，確保水準(zhǔn)尺在觀測點上。若是水準(zhǔn)尺無法豎直在點位或是被移動了，需要及時登記。

(4)觀測視線不可以穿過玻璃或別的讓視線出現(xiàn)跳躍的介質(zhì)；所有測站需要正確清晰地將數(shù)字讀出，包含前后視讀數(shù)和間距，確保達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 水平位移監(jiān)測

水平位移采用全站儀進(jìn)行觀測，在監(jiān)測的過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行以下規(guī)定：

(1)使用觀測儀時，若有陽光直射，需要用傘遮陽，以防對觀測數(shù)據(jù)造成影響。所示儀器設(shè)置在外表光潔的區(qū)域的時候，要將腳架的支架用線連接，以防儀器滑動。

(2)在使用儀器的三腳架的時候，需要在沒有振動的狀態(tài)下實施觀測，這樣不影響測量的準(zhǔn)確性。

(3)一旦儀器發(fā)生一點點問題，需要馬上進(jìn)行檢查修理，否則會讓儀器產(chǎn)生更大的損壞，而后儀器的監(jiān)測精度將受到影響。

(4)在將儀器從箱內(nèi)取出之前，要弄清楚儀器是怎樣擺放的。取出儀器或?qū)x器裝箱的時候，不能握在顯示單元下端，也不可以抓住鏡筒，否則會讓儀器內(nèi)部元件遭受影響，致使儀器測量不準(zhǔn)確，而應(yīng)抓緊儀器底座或是望遠(yuǎn)鏡支架下端。在儀器使用完畢以后，先把鏡面蓋蓋上，將外表灰塵擦去。放到箱內(nèi)的時候要確定放好，保證將箱子蓋上后嚴(yán)絲合縫，不存在一點問題。

3.3 支撐軸力監(jiān)測

登記的人確定好需要檢測的軸力計或是應(yīng)力計號碼以后，把傳感裝置和儀器連接，使其保持一定時間的靜止，讀數(shù)的時候要保證儀器溫度與讀數(shù)是穩(wěn)定狀態(tài)，登記的人把信息登記上，測量3次得出平均數(shù)據(jù)，每一次波動在1 Hz以內(nèi)?；炷林屋S力剛開始的數(shù)要在混凝土支撐保養(yǎng)結(jié)束以后去搜集，由于在保養(yǎng)時混凝土出現(xiàn)緩慢變化，但是鋼筋變化速率要低于混凝土變化速率，混凝土軸向形變速率要比鋼筋變形速率高。這樣的變形速率的差異肯定會使得二者間附加內(nèi)力，所以會出現(xiàn)軸力測量數(shù)據(jù)偏大的狀況。

3.4 墻體深層水平位移監(jiān)測

墻體深層位移監(jiān)測使用伺服加速度式CX-901F儀器實施觀測，每0.5 s讀1次，儀器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：輪距500 mm，全長70 mm，分辨率是0.01mm/500mm，測量范疇是±30°。監(jiān)測儀器自主搜集，自主計算。在監(jiān)測時需要依照下列要求：

(1)測量前要檢查儀器的穩(wěn)定性、靈敏度、重復(fù)性等狀況。

穩(wěn)定性檢查方法：連接儀器和探頭以及插頭以后，打開電源，待穩(wěn)定1 min后將探頭豎直倒立在穩(wěn)定的物體上，觀察儀器上的參數(shù)，保證不受別的振動影響，等到最后一位數(shù)穩(wěn)定在±3之間的時候，就能確定儀器在穩(wěn)定運行。

靈敏度檢查方法：把探頭滑輪向兩個方向傾斜，觀測二者的參數(shù)變化情況，要是其中一個向著增大變化，另一個向著減小變化，并且增加與減少的量的變化大，就表示儀器靈敏度正常。

重復(fù)性性檢查方法：把探頭放在斜管內(nèi)3 m的地方，穩(wěn)定以后讀數(shù)，之后把探頭取出再進(jìn)行同樣的操作，若是讀數(shù)一致或偏差在0.5之內(nèi)，表明儀器重復(fù)性正常。

(2)測試前，需要在斜管口做記號，每一次電纜深度都需要用這個標(biāo)記當(dāng)作起點。

(3)把探頭向著滑輪傾斜的時候，數(shù)值增大的方向是正向，正向朝著基坑方向，在探頭正向做記號，所有測試時都要向著統(tǒng)一方向，先測正向，后測反方向。

(4)探頭放至規(guī)定深度以后，必須要等到顯示數(shù)值保持在±5以后再進(jìn)行讀數(shù)，不能夠剛放入就立即讀數(shù)，因為探頭的滑輪和PVC管內(nèi)槽具有接觸穩(wěn)定時間，若是二者未到穩(wěn)定情況，此時的讀數(shù)便不精準(zhǔn)。

(5)此項目通過管控作為位移起點計算，需要對管口位移實施觀測，用來修正測斜儀器的結(jié)果。

3.5 坑外地下水位監(jiān)測

使用SC-30水位計實施水位監(jiān)測。這個儀器的接收系統(tǒng)一些是由音響裝置與蜂鳴裝置構(gòu)成，音響裝置和蜂鳴裝置不間斷發(fā)出聲音，致使電壓表指針指示，二者能夠用開關(guān)進(jìn)行更換使用，兩者所測精度是一樣的，觀測時需要依照下列規(guī)定：

(1)測量以前要對水位計進(jìn)行檢驗，確保儀器靈敏度。

(2)讀數(shù)的精準(zhǔn)性取決于蜂鳴聲的判斷和指示的起始點，所測精度和使用人員的掌握程度相關(guān)，所以要不斷練習(xí)和操作。

(3)再測頭的觸點碰到水面的時候，音響裝置會有聲音，這時需要慢慢地放出鋼尺電纜，便于仔細(xì)找出發(fā)聲或是指示瞬間的準(zhǔn)確點位后讀出這個點位距離孔口的長度。

(4)地下電纜測得的水位是地下水位距離管道口的相對水位，最后的水位確定需要經(jīng)過管道口的高程計算得出，所以測量的時候，要確定管道口高程的變化，以確保觀測數(shù)值的精準(zhǔn)性。

4 基坑監(jiān)測項目控制值

目前我國設(shè)計給出的監(jiān)測項目控制值主要是依據(jù)規(guī)范，比較籠統(tǒng)，未根據(jù)實際情況和地勘資料對一個工點進(jìn)行單獨的理論計算。每個監(jiān)測項目控制值應(yīng)該根據(jù)不同的工法和每個施工階段分別提出監(jiān)測項目控制值，以便獲得更加詳細(xì)精確的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)作業(yè)實施?；禹椖客ㄟ^長期的發(fā)展，各個地區(qū)根據(jù)自身特點，提出了本地的觀測項目控制數(shù)值，不過怎樣運用好管控標(biāo)準(zhǔn)，依舊需要人們進(jìn)一步探索。

防護(hù)圍墻因為強(qiáng)度低，建造得太高極易讓其出現(xiàn)長距離的位移，這樣會導(dǎo)致很大的地面下沉，根據(jù)有關(guān)工程實際檢測數(shù)值，地面下沉甚至可高達(dá)10 cm。但是依據(jù)規(guī)定，地面的下沉式基坑在安全級別大于三級的時候必須要監(jiān)測地面下沉情況，而且限值是毫米級別的。這時要是依照規(guī)定，地面下沉到達(dá)了觀測控制數(shù)值時，現(xiàn)場作業(yè)會及時報警，有需要的話還會停止施工進(jìn)行檢查。不過在進(jìn)行檢查的時候，若是護(hù)圍墻樁頂水平位移、豎直位移值都沒有大于限值，可以確定地面下沉只是由護(hù)圍墻體因強(qiáng)度較低到導(dǎo)致的。雖然是虛驚，但帶來的后果和損害是很嚴(yán)重的。

基坑挖掘時，現(xiàn)場作業(yè)不及時挖掘和支撐架設(shè)常會引發(fā)檢測數(shù)據(jù)報警，不過在實際開展作業(yè)的時候超挖有一定的隨機(jī)性質(zhì)，盲目增設(shè)測點會產(chǎn)生資源消耗。有關(guān)研究表明：超挖時對應(yīng)部位的護(hù)圍墻測斜速率存在異常，并且區(qū)域一般是在測斜拉錨桿的部位和對撐的地方。所以再設(shè)置監(jiān)測點的時候能夠在這個地方開展對應(yīng)的設(shè)置并對護(hù)圍墻斜側(cè)率實施專門的觀測。

從基坑支撐防護(hù)構(gòu)造力學(xué)能力或變形上看，所有邊中部和陽角區(qū)域都是重點監(jiān)測目標(biāo)。在開展設(shè)計和現(xiàn)場作業(yè)的時候，需要依據(jù)現(xiàn)實的狀況，對會出現(xiàn)的高于監(jiān)測值的監(jiān)測項目有個大概的判斷，根據(jù)點位的設(shè)置，在依照相應(yīng)規(guī)定情況下，要做到既不過度浪費資源，又對支撐防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效監(jiān)測。

5 結(jié)束語

地鐵車站基坑觀測是作業(yè)時極為關(guān)鍵的工作，觀測結(jié)果是車站整體系統(tǒng)工程的體溫表，是整體情況的具體體現(xiàn)，所有的安全隱患狀況都會在數(shù)據(jù)上體現(xiàn)。監(jiān)測結(jié)果不僅能夠反饋作業(yè)的品質(zhì)，還能夠知道作業(yè)時的問題處理效果，以免作業(yè)實施不規(guī)范而引發(fā)損害，是作業(yè)決策的關(guān)鍵保證。