深厚軟土地區(qū)地鐵深基坑監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究

朱忠寧 姚博 陳新平

針對深厚軟土地區(qū)地鐵深基坑的監(jiān)測問題，以杭州地鐵7號線江東三路停車場出入段線的深基坑為例，在闡述工程基本情況的基礎(chǔ)上，明確了監(jiān)測重點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)源、監(jiān)測頻率和警戒值，詳細(xì)確定了深基坑的監(jiān)測方案，并從監(jiān)測管理體系、信息化施工和技術(shù)措施三個(gè)方面，總結(jié)了監(jiān)測工作的保證措施。

深基坑施工期間由于土體變形過大常常導(dǎo)致地下管道破裂，周邊建筑物沉降過大等問題，所以，實(shí)際施工過程中應(yīng)加強(qiáng)周邊環(huán)境的監(jiān)測。目前，已有學(xué)者針對深基坑施工監(jiān)測問題進(jìn)行了一些研究：羅正東等對地鐵深基坑的止水帷幕水平位移和周邊地表沉降進(jìn)行監(jiān)測，并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果比較分析。郭雪源等對基坑的支撐軸力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和地表沉降進(jìn)行了監(jiān)測，并總結(jié)了工程實(shí)踐中的施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。侯亞彬等對深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的樁撐、樁錨和板肋等位置進(jìn)行了監(jiān)測，并提出了支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形和周邊土體變形的規(guī)律。杜建安等采用光纖光格柵傳感器監(jiān)測了深基坑的地下連續(xù)墻和混凝土橫撐的變形，并與數(shù)值計(jì)算結(jié)構(gòu)比較。周樂木等對基坑降水時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、基坑內(nèi)外水位及周邊建筑物變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，總結(jié)了施工關(guān)鍵技術(shù)。

綜上，多數(shù)研究主要是集中于總結(jié)深基坑施工過程中各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)的變化規(guī)律，并利用規(guī)律控制施工過程中的變形，而在深基坑監(jiān)測方案的詳細(xì)闡述和監(jiān)測工作保證措施等方面的研究尚未完善，本文以杭州地鐵7號線江東三路停車場出入段線的深基坑為背景，提出了實(shí)際施工中的關(guān)鍵技術(shù)，以期指導(dǎo)相似工程。

一、工程概況

1. 工程簡介

杭州地鐵停車場出入段線基坑施工分為4部分，第一部分為盾構(gòu)工作井，采用800mm地下連續(xù)墻支護(hù)，基坑開挖深度為12.884m；第二部分為明挖暗埋段，圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為工法樁，基坑開挖深度為4.3～10.6m；第三部分為拉森鋼板樁支護(hù)段，基坑開挖深度為2.6～4.3m；第四部分為放坡開挖段，基坑開挖深度為0～2.6m。基坑周邊主要為管線、淺基礎(chǔ)建筑物和道路，管線位于盾構(gòu)井西側(cè)，為220V銅質(zhì)電力管線、DN100天然氣管道和電信及移動光纖，電力管線埋深約0.7米，呈南北走向；然氣管道呈南北走向，距地下連續(xù)墻西側(cè)外邊線最近距離為4米，埋深約1.2米；電信及移動光纖為架空敷設(shè)，高度5米，距離盾構(gòu)井28米。盾構(gòu)井西北角存在4層淺基礎(chǔ)民房，房屋主體距盾構(gòu)井12米。盾構(gòu)井西側(cè)為5米寬瀝青村道。出入段線周邊管線集中于盾構(gòu)井西側(cè)，平面布置見圖1。

圖1 出入段線周邊管線圖（單位：m）

2. 工程水文地質(zhì)條件

出入段線圍護(hù)及主體結(jié)構(gòu)主要穿越①填土層、②粉土層、③粉砂層、⑥淤泥質(zhì)土層和⑦粘土層。淺層潛水主要賦存于①層、②層和③層粉砂層中，水位一般為0.40～3.40m，地下潛水垂直流向不明顯，水平流速較小。場地主要存在兩層孔隙承壓水，第一層承壓水分布于⑧夾層粉砂中，該層承壓水呈透鏡體狀態(tài)分布，水量較?。坏诙映袎汉畬臃植加?層圓礫中，水量極為豐富。

二、監(jiān)測重點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)源

基坑開挖會導(dǎo)致土體性狀變化、周圍環(huán)境變化、基坑和支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的安全及穩(wěn)定性等，風(fēng)險(xiǎn)源情況統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測等級見表1。

表1 深基坑常見的風(fēng)險(xiǎn)因素

三、監(jiān)測方案及實(shí)施

1. 監(jiān)測點(diǎn)布置原則

基坑監(jiān)測點(diǎn)布置情況應(yīng)與基坑開挖施工特點(diǎn)及周邊環(huán)境有關(guān)，具體監(jiān)測布置見表2。

表2 監(jiān)測點(diǎn)布置表

2. 深基坑監(jiān)測施工技術(shù)

（1）墻頂沉降、水平位移監(jiān)測

用沖擊鉆將道釘打入地下連續(xù)墻壓頂梁頂或在澆筑地下連續(xù)墻壓頂梁頂混凝土?xí)r將鋼筋插入，對應(yīng)墻體測斜孔位置布置。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形采用水準(zhǔn)儀測量，監(jiān)測中應(yīng)固定水準(zhǔn)線路。圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形可通過采取視準(zhǔn)線法測量或全站儀進(jìn)行測量。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測

圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形采取在內(nèi)部設(shè)置PVC管的方式，管長與圍護(hù)結(jié)構(gòu)長度一致。測斜管的直徑為70mm，布置方式為和地下連續(xù)墻Z形鋼筋綁扎。測斜管與工字鋼采用鋼絲綁扎牢或直接在工字鋼上焊接鋼筋將測斜管固定。清水應(yīng)在吊裝鋼筋籠和工字鋼結(jié)束后注入，防止泥漿浸入，并做好測點(diǎn)保護(hù)，墻體測斜監(jiān)測孔埋設(shè)見圖2。

圖2 墻體測斜監(jiān)測孔埋設(shè)實(shí)景圖

如圖3所示，測斜管綁扎長度與鋼筋骨架相當(dāng)。測斜管的頂、底兩端用專用塞塞好，蓋好管蓋。測斜管位置應(yīng)設(shè)置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋骨架的外側(cè)，與土體接觸的一側(cè)。應(yīng)保持管內(nèi)部的一組導(dǎo)槽和圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平延伸方向垂直。測斜管管口在墻頂處應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作保護(hù)處理，必要時(shí)采取加設(shè)鋼套管等保護(hù)措施。當(dāng)墻體測斜孔壞掉時(shí)，應(yīng)采用原位補(bǔ)孔。

圖3 測斜管埋設(shè)示意圖

（3）土體深層水平位移監(jiān)測

土體深層水平位移測點(diǎn)布設(shè)在距圍護(hù)結(jié)構(gòu)3m內(nèi)可能產(chǎn)生較大變形的部位或在基坑與被保護(hù)對象之間，設(shè)置土體測斜孔，孔深大于圍護(hù)墻墻底3～5m。用Φ110鉆頭成孔，采用清水鉆進(jìn)，埋設(shè)直徑為Ф70的專用測斜監(jiān)測PVC管。測斜管內(nèi)壁有兩組互相垂直的導(dǎo)槽，兩組導(dǎo)槽分別垂直和平行于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，孔底、孔口用專用蓋封口，孔外用砂或土填充密實(shí)。

（4）支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力監(jiān)測通過在其內(nèi)部布置應(yīng)力計(jì)進(jìn)行。布設(shè)時(shí)，每組設(shè)4只鋼筋應(yīng)力計(jì)分別埋設(shè)在混凝土支撐截面4個(gè)邊中心位置，如圖4所示。

圖4 混凝土支撐軸力傳感器埋設(shè)圖

鋼支撐軸力監(jiān)測通過在其內(nèi)部安裝軸力計(jì)的方式進(jìn)行，軸力計(jì)安裝在支撐的非活絡(luò)頭側(cè)，鋼托架支撐中心部位，采用全部圍焊的方式，以免其與支撐中心產(chǎn)生偏差，保持兩者中心方向一致可使鋼支撐穩(wěn)定。

（5）基坑外側(cè)水位監(jiān)測

監(jiān)測水位管采用鉆孔法埋設(shè)，成孔后應(yīng)先對孔內(nèi)部的渣土進(jìn)行清理，孔深一般與基坑同深。PVC透水管位置放在距離孔底2m處，透水管應(yīng)采用濾網(wǎng)包裹（濾網(wǎng)段一般不短于4m）。管的中下區(qū)域回填中砂，保持良好的透水性，其他段采用回填土或粘土將空隙填實(shí)（見圖5）。

圖5 水位孔安裝圖

（6）地表沉降監(jiān)測

若地面表層有硬殼層，地表土體變形監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在下面的土層中，將φ25mm螺紋鋼標(biāo)桿插入土體，進(jìn)入深度不小于600mm。為維持沉降標(biāo)桿的穩(wěn)定性和耐久性，應(yīng)在其外側(cè)設(shè)置金屬保護(hù)管，內(nèi)徑應(yīng)不小于130mm，頂部設(shè)置管蓋，與原地面齊平，保護(hù)管其它位置采用黃砂進(jìn)行回填。

（7）管線沉降的監(jiān)測

管線監(jiān)測根據(jù)工程實(shí)際情況，采用直接監(jiān)測點(diǎn)和間接監(jiān)測點(diǎn)相結(jié)合的方式。直接監(jiān)測點(diǎn)：以陰井蓋接頭作為直接點(diǎn)，對管線作直接沉降監(jiān)測。管線監(jiān)測點(diǎn)直接法布設(shè)見圖6。間接監(jiān)測點(diǎn)：在地下管線上方將鋼筋打入地表內(nèi)，以地表土體豎向位移，間接了解管線沉降位移情況。布設(shè)方法與地表點(diǎn)布設(shè)方法一致。

圖6 直接布置法示意圖

（8）建筑物沉降

如圖7所示：建筑物變形監(jiān)測采用在結(jié)構(gòu)上埋設(shè)“L”型螺紋鋼的方式，鋼筋直徑為18～22mm，外露端頂部宜加工成球形；監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)于建筑物主體結(jié)構(gòu)上，距離地表300mm，采用鉆孔方式布設(shè)，周邊空隙應(yīng)回填密實(shí)。鋼筋外露部分長度K1應(yīng)取30～40mm，進(jìn)入建筑結(jié)構(gòu)部分長度應(yīng)取墻體厚度的1/3～1/2。

圖7 建筑物沉降測點(diǎn)布設(shè)示意圖

3. 監(jiān)測頻率

重要周邊環(huán)境對象在施工前需巡查一次，基準(zhǔn)網(wǎng)的豎向位移每月監(jiān)測1次，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力在底板完成并達(dá)到強(qiáng)度前每天監(jiān)測1次，達(dá)到強(qiáng)度后每3天監(jiān)測1次，頂板完成并達(dá)到強(qiáng)度后，每周監(jiān)測1次。地表土體變形、坑外水位、周邊建筑物、地下管線等在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間每3天監(jiān)測1次，在底板完成并達(dá)到強(qiáng)度前每天監(jiān)測1次，達(dá)到強(qiáng)度后，每3天監(jiān)測1次，頂板完成并達(dá)到強(qiáng)度后每周監(jiān)測1次。

4. 監(jiān)測報(bào)警值

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，基坑施工期間報(bào)警值見表3。

表3 各監(jiān)測項(xiàng)目報(bào)警值、控制值表

四、監(jiān)測工作保證措施

1. 監(jiān)測管理體系

針對工程特點(diǎn)、人員經(jīng)驗(yàn)等建立完善的監(jiān)測小組，建立良性的信息反饋機(jī)制。為了控制監(jiān)測數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，制定了質(zhì)量保證措施：（1）制定可行的監(jiān)測實(shí)施方案；（2）制定基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)措施；（3）量測設(shè)備、應(yīng)力計(jì)等檢測合格后方可使用；（4）監(jiān)測內(nèi)容、步驟等應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行；（5）根據(jù)分析的結(jié)果，及時(shí)調(diào)整監(jiān)測方案的實(shí)施。

2. 信息化施工

基坑施工過程應(yīng)采取信息化施工：（1）預(yù)測基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，調(diào)整施工方案；（2）根據(jù)周圍的變化情況，對項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)。

3. 技術(shù)措施

應(yīng)從監(jiān)測工作組織策劃、監(jiān)測方法優(yōu)選、基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定、測點(diǎn)布置、監(jiān)測儀器、監(jiān)測人員及數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)處理等多個(gè)方面控制監(jiān)測質(zhì)量。每月進(jìn)行一次質(zhì)量檢查，連續(xù)兩次觀測結(jié)果進(jìn)行對比，豎向位移檢查結(jié)果差值不超過±1.0mm。每月對沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，聯(lián)測高程差值不超過±1.0mm，否則以新高程起算。

五、結(jié)論

（1）深基坑常見的風(fēng)險(xiǎn)因素主要有：地下連續(xù)墻接縫夾泥導(dǎo)致基坑開挖階段滲漏水、涌土與噴砂，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移過大和周圍建（構(gòu)）筑物沉降等。

（2）確定了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地表土體沉降、坑外水位、周邊建筑物變形和地下管線變形等的監(jiān)測頻率，并提出了各監(jiān)測項(xiàng)目的控制值和警戒值。

（3）針對監(jiān)測質(zhì)量難以保證的問題，構(gòu)造了全面的監(jiān)測管理體系，包括建立完善的監(jiān)測小組、建立良性的信息反饋機(jī)制和采取監(jiān)測質(zhì)量保證措施；并提出了從監(jiān)測工作組織與策劃、監(jiān)測方法優(yōu)選、基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定、測點(diǎn)布置、監(jiān)測儀器、監(jiān)測人員及數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)處理等多個(gè)方面控制監(jiān)測質(zhì)量的理念。