浅析地铁深基坑的支护与监测体系

陈庆来

【摘要】 监测方案是在明确监测目的和监测依据及熟悉工程概况的前提下，根据现场地质水文条件，确定现场监测项目指标、基准点、监测点的布设与保护、监测周期与频率、应急预案、监测点位布置等现场监测工作的具体内容。

【关键词】 动态监测 ；深基坑 ；机理分析

1.基坑概况及监测方案

1.1 基坑概况

通过基坑工程监测工作主要达成以下目的：一是掌握结构的受力状态与变形状态，以确保地铁工程能按照预定的要求顺利完成。二是掌握基坑周围环境的稳定状态，为施工方提供及时、可靠的用以评定地铁施工对周边环境影响的监测数据和信息。三是对可能发生的安全隐患或事故进行及时、准确的预报，让有关方面有时间做出决策，避免重大事故的发生，对安全和质量事故做到防患于未然。例如：某地铁车站深基坑工程采用 1 000 mm 厚地下连续墙作围护结构，车站开挖深度为 25.5 m（端头井开挖深度为 27.1 m），竖向设 4 道支撑，基坑安全等级为一级。经调查，基坑四周有多座高层建筑，周围环境较为复杂。

场区地貌单元属长江Ⅰ級阶地河流堆积平原，地形平坦开阔，地面高程 23.80～24.60 m。开挖范围地层从上到下依次为填土、粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹粉土、粉质粘土、粉土、粉砂互层、粉细砂层，车站底板位于粉土、粉砂互层之间，地下连续墙墙趾位于细沙层。

1.2 监测内容

结合基坑设计规范和现场实际情况，确定具体监测内容如下 ：地下连续墙的水平位移监测（27 点）、地下连续墙沉降监测（27 点）、周围地面沉降监测（84点）、钢支撑轴力监测（40 个）。

1.3 测点布设及监测方法该地铁深基坑测点布置如图 1 所示。

1）围护结构桩顶水平位移监测。根据设计要求和现场情况，地铁车站深基坑范围内共设 15 个断面，其中车站最西边和最东边及东南 3 个断面各一个测点，其余每个断面 2 个测点，共布设 27 个测点，采用 Leica TC1201 全站仪测量，测量精度均为 1 mm。

2）地表沉降监测。该车站深基坑按间距 25 m 布设一个断面，共设 11 个断面，每个断面布 8 个测点，测点和基坑的距离分别为 2 m、8 m、10 m、20 m。还布置了一部分不规则测点，测点共计 84 个，采用DINI03 天宝电子水准仪、铟钢尺进行测量，测量精度为 1 mm。

3）钢支撑轴力监测。根据基坑实际情况，在支撑上共布设 40 测点，钢支撑轴力采用轴力计进行监测。

2.基坑动态监测成果

2.1 围护结构桩顶水平位移

选择基坑不同位置、具代表性的 4 个测点进行分析（S2＼S3＼S14＼S15）。监测期间，各测点位移呈现明显的不规则性，但整体位移是朝坑内发展的。在监测初期，当第 1 道钢支撑架设完成后，测点位移均有向坑外方向回弹的趋势，测点S2 位移由坑内 1.40 mm 回弹到 0.69 mm，S15 点位移从坑内 0.20 mm 变化到坑外 0.4 mm。在第 2 道钢支撑架设完成后，也出现类似情况，随着支护体系的完善，在监测中后期，基坑围护结构桩顶水平位移的变化稳定在一定范围内。

2.2 地表沉降

针对地表沉降，选取4个有代表性的测点进行分析（1A-2、2A-2、3A-2、DT2-1）。开挖期间基坑周围土体整体呈沉降趋势，但在监测初期，各测点均有不同程度的隆起，其中测点 1A-2 隆起位移达 2.2 mm。随着基坑开挖的进行，各测点开始呈现沉降趋势。在第 4 道钢支撑架设之后，各测点位移基本趋于稳定。在整个监测周期内，地表垂直位移在 -4.3～2.5 mm 之间波动，并未超过警戒值。在基坑开挖至设计高程时，沉降量最终稳定在1.2～4.3 mm 间，这表明基坑开挖导致的坑外岩土体变形被控制在合理范围内。

3.基坑变形及内力变化机理分析

对于围护结构桩顶水平位移，在监测前期，基坑围护结构桩顶水平位移整体有向坑内移动的趋势。本文综合分析后认为，这是由于开挖扰动使原本平衡的土体应力出现失衡，墙后土体产生的压力使得围护结构有向临空方向移动的趋势 ；在监测中后期，基坑围护结构桩顶水平位移总体稳定，但存在一定突变，突变后的一段时间内会回归正常值。本文认为，围护结构桩顶水平位移在监测中后期总体稳定的原因是由于随着支撑结构的完善，墙后土体压力与支撑轴力之间达到了一个相对平衡的状态，但由于基坑开挖因素和外界因素的影响，监测点位移会出现一定波动，随着支撑轴力和墙后土体压力之间作用力的相互平衡，测点位移会逐渐回归到正常水平。

对于坑外地表沉降，坑外土体整体呈沉降趋势，前期沉降趋势较为明显，监测到中后期的时候，坑外土体沉降位移稳定到一定水平。基坑的开挖引起基坑影响范围内岩土体应力状态的改变，应力的改变对土体沉降的影响在前期的表现较为明显，随着中后期支撑结构和维护体系的完善，基坑围护结构和坑外土体的压力达到相对平衡的状态，因此坑外地表沉降也会相对稳定。此外，测点距离基坑的远近也是影响沉降位移的一个关键因素，DT2-1测点沉降在后期明显大于其他测点，离基坑越远，开挖的效果对土体影响越小，影响范围一般为3倍基坑深。

在基坑监测期间，各支撑轴力整体呈现上升趋势，在第 1 道钢支撑架设之后，短时间内轴力呈现急剧上升趋势。其原因在于，基坑的开挖使得墙后土体对围护结构产生压力，第 1 道支撑的架设会承担一部分压力，使应力达到相对平衡的状态，随着支护体系的完善，后架设钢支撑的支撑应力并未出现急剧上升的情况。值得注意的是，第 3 道支撑在监测中期出现了急剧上升态势，分析认为在开挖初期，开挖面以上的土压力由静止土压力转为主动土压力，开挖卸荷带来的主动土压力作用于钢支撑上，造成支撑轴力在该段时间内迅速增加，但轴力总体上处于合理水平，反映出基坑支护结构架设比较合理。

4.结语

1）进行深基坑监测是保证深基坑施工安全的重要环节，通过监测数据的及时反馈与分析，对施工期间周围建筑物的安全及以后的变形预测起到指导作用。

2）开挖卸载产生的墙后土体压力和钢支撑轴力之间共同作用是导致基坑发生变形的关键因素。由于开挖的进行，导致墙后土体压力并不固定，在和支撑轴力相互平衡的过程中导致了基坑变形的不稳定性。

3）通过监测可知，该基坑的变形和内力的变化都稳定在一定范围，并未达到警戒值，说明基坑的支护体系和监测体系都较为完善，该方案是可行的，可为类似深基坑工程提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 李磊，段宝福.地铁车站深基坑工程的监控量测与数值模拟[J].岩石力学与工程学报，2013，32：2 684-2 691

[2] 廖珊珊，方大勇，李思平.广州某超深基坑监测结果分析[J].广东水利水电，2011（4）：47-49