地铁明挖基坑安全监理技术风险分析

孙占南（滨州市工程建设监理公司，山东 滨州 256600）

0 引 言

随着我国社会经济及城市化的快速发展，城市人口激增，地下空间正在大规模地被开发利用[1]。考虑到基坑越来越深，规模越来越大，离周边建筑也越来越近，加上多数地铁车站深基坑的施工采用明挖法，深基坑支护结构的稳定性成为一个非常重要的研究课题。为了确保深基坑的稳定性，开展相关研究工作具有非常重要的现实意义，而如何维护好深基坑工程施工过程中的基坑稳定性是十分重要的工程问题[2-3]。

1 工程概况及水文地质条件

1.1 工程概况

江北大学城站为黑龙江省哈尔滨市轨道交通地铁 2 号线一期工程的起点站，位于学院路与利民西三道街交叉路口，沿利民西三道街南北向设置。该站为地下 2 层岛式站台车站，采用明挖顺作法施工。该区间上行线起讫点里程为CDK0＋000～CDK2＋654.645，区间全长为 2 654.654 m。

1.2 工程地质条件

哈尔滨位于松嫩平原的东南缘，地处松花江中游，东部靠近丘陵山地，其余为广阔的冲洪积平原。平原波状起伏，河谷地貌发育，阶地清晰，漫滩开阔。本工程位于哈尔滨松花江北岸，所处地貌单元为松花江漫滩，地面标高为 115 m～119 m，场地地形较为平坦。场地地层结构特点为典型松花江漫滩相地貌单元特征，地基土分布不均匀，性质变化较大，上部第四纪地层具有 2～3 个明显沉积轮回特征，即从上到下颗粒由细到粗分布；表层由杂填土组成，上部地基土主要由粉细砂组成，中间主要由中粗砂夹厚薄不均的黏性土组成，下部基岩为白垩纪泥岩和粉砂岩。

1.3 水文地质条件

根据勘探揭示的地层结构，勘探深度内场地地下水可分为地表水、孔隙潜水和孔隙承压水。哈尔滨市区内主干河流松花江自西南向东北流经市区北部，河道蜿蜒曲折，边滩及江心洲发育。河床宽 293 m～1 000 m，水深 3.80 m～6.00 m；历史最高水位为 120.89 m，25年一遇洪水位为 119.50 m；年径流量为 153.0 亿 m3～ 755.5 亿 m3，最大流量为 12 200 m3/s；最大流速为 1.99 m/s，最小流速为 0.536 m/s；最大冰厚为 1.25 m。

2 基坑围护结构设计和监测方案

2.1 车站主体简介和围护结构设计

江北大学城站总长 284.00 m，设计里程为：DK2＋583.128～DK2＋867.220，有效站台中心里程为：DK2＋792.818。该站为双层三跨（局部单柱双层双跨、换乘节点段为三层三跨）岛式车站，站台宽 14.00 m～15.94 m，标准段宽度为 22.9 m。有效站台中心处顶板覆土厚度为3.6 m，其中现状地面距顶板 2.1 m、后期广场施工回填厚度为 1.5 m；轨面埋深为 15.50 m。车站主体及附属结构均采用明挖法施工。

车站主体标准段基坑深度为 15.56 m，围护结构采用0.8 m 厚的地下连续墙（以下简称“地连墙”）。地连墙入土深度为 16 m，入土比约为 1.03，设置 1 道混凝土撑＋2 道钢支撑＋1 道换撑；盾构井段基坑深度为 17.06 m，围护结构采用 0.8 m 厚的地连墙，地连墙入土深度为 17 m，入土比约为 1.00，设置 1 道混凝土撑＋3 道钢支撑＋1 道换撑；换乘段（三层主体结构）基坑深度为 23.07 m，围护结构采用 1.0 m 厚的地连墙，地连墙入土深度为 25 m，入土比约为 1.08，设置 1 道混凝土撑＋4 道钢支撑＋2 道换撑。地连墙分幅宽度应尽可能保证钢支撑对中支撑于两侧连续墙上。其中，第一道支撑采用 700 mm×1 000 mm 混凝土支撑，水平间距 6 m，其余钢支撑均采用 Q235Φ609、t＝16 mm 钢管支撑，水平间距 3 m，基坑拐角处设有角撑。第一道支撑端部设 800 mm×1 000 mm混凝土冠梁；临时立柱采用 460×460 型钢格构柱，柱下基础采用 Φ1 000 钢筋混凝土桩基础，立柱伸入底板 15 m～16 m（盾构段立柱桩桩长为 17 m）。

2.2 监测项目和监测方法

按照表1 所列的监测项目、监测方法及工具、监测频率进行现场实际调查。在施工过程中，各项监测的数值达到一定范围（即将产生不可接受的负面影响时）要进行“预警”。监测预警的等级分为 3 级，即橙色预警（变形监测的绝对值和速率值双控指标均达到控制值的 85% 或双控指标之一达到控制值）、黄色预警（变形监测的绝对值和速率值双控指标均达到控制值的 70% 或双控指标之一达到控制值的 85%）和红色预警（变形监测的绝对值和速率值双控指标均达到控制值）[4]。

表1 现场监控量测项目及设计要求

2.3 监测结果分析

围护墙体的水平位移是深基坑工程监测中必测的项目，对其进行监测，对周围管线、建筑物及基坑本身的稳定都具有非常重要的意义。在整个基坑施工中，应确保最大位移值不超过工程的最大允许位移值。根据基坑开挖施工阶段的特点，将施工过程分成 5 个工况（见表2）。

选取有代表性的 ZQT-12 测点对墙体的变形曲线进行分析。ZQT-12 为标准段测点，通过地连墙水平位移曲线图能直观地看到其变化规律。在监测结果的墙体变形曲线图中，正值为墙体向基坑内变化，负值为墙体向基坑外变化。取现场实测结果，绘制地下连续墙水平位移随时间及深度的变化曲线图（见图1）。

表2 基坑开挖施工工况

图1 ZQT-12 测点墙体深层水平位移曲线图

从图1 中的数据可知，围护结构的变形在施工过程各阶段中的变化趋势大体是相近的；随着基坑开挖深度的不断增加，相应的变形也在改变。围护墙体的水平位移在基坑开挖深度中部的变化值情况较为突出；在基坑底部的变形值变化相对较小，地连墙变形曲线竖向呈“弓”形分布；随着基坑开挖深度的增加，负向位移逐渐被抵消。当开挖到第一层支撑的底部时，围护墙的位移沿深度方向呈三角形分布；当开挖到第二道支撑底部时，由于墙顶架设钢筋混凝土支撑，随着基坑的开挖施工，第一层支撑的约束作用使墙体的位移呈“弓”形分布；当开挖到第三道和第四道支撑底部时，钢筋混凝土支撑和预加轴力的钢支撑的共同作用，有效地抑制了地连墙向基坑内的水平位移和最大位移值的下降；当开挖到坑底时，墙体两端位移较小中部位移较大，最大位移均未超过警戒值。

3 深基坑支护工程施工监理

3.1 基坑开挖监理

（1）基坑开挖严格按编制的基坑开挖方法组织施工，遵循“分段分层、由上而下、先支撑后开挖”的原则。

（2）基坑开挖至支撑设计标高时，必须及时架设相应的支撑，开挖时机械避免碰撞钢支撑。

（3）为了减少对立柱桩的影响，基坑内靠近桩 0.5 m范围内的土方采用人工开挖。

（4）开挖过程中，周期性地对桩位点和埋设的水准点进行监测，并通过监测的数据控制开挖，减少基坑的变形。

（5）开挖过程中按设计要求进行基坑降排水，确保基坑的整体稳定；开挖时如发现桩间渗、漏水，采用注浆及时封堵，防止因基坑失水而对周围环境产生不利影响。

（6）根据监测信息，必要时采取加密支撑等措施防止基坑围护桩变形过大。

3.2 基坑监测监理

施工中进行监控量测可及时发现不利因素，从而采取应对措施以减少对城市生活的影响，确保施工及周围环境的安全。监测单位应根据设计要求和相关规范的规定编制监测方案，内容主要包括监控目的、监测内容、监测方法、精度要求、监测周期和监控报警值等[5]。通过监控量测，了解施工方法和施工手段的科学性和合理性，以及本工程条件下所表现出的一些地下工程规律和特点，用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，以便及时调整施工方法，确保施工安全，为今后类似工程的发展提供借鉴、指导作用。

监控量测的项目主要取决于工程的重要性、难易程度、监测目的、工程地质、水文地质、结构形式、施工方法和工程周边环境等因素。本工程的监测项目除了考虑上述因素以外，主要根据设计的要求而定。本车站深基坑监测的主要范围是：施工结构物两侧外延两倍基坑深度范围内的地面建（构）筑物变形监测、管线、地面沉降监测及盾构隧道收敛和拱顶下沉。在基坑监测过程中，监测值应控制在规范允许值之内，一旦监测到超过允许值时，应立即停止施工并通知相关单位，采取必要的施工措施。每次量测后均应对量测断面内的每个量测点分别进行回归分析，并进行相关分析和预测，推算出最终变化值，掌握变化规律，并由此判断基坑的稳定性。

3.3 其他注意事项

（1）本工程车站主体施工围护结构采用 SMW 工法桩施工工艺，有一定的预防能力，从现场调查情况来看，一般不会出现太大的涌水现象。虽然本工程采用基坑内的降水措施，但对突发的漏水现象应有足够的重视。对此采取如下措施：配备足够的降水和排水设备，设专人 24 h 不间断观察渗漏水情况，如遇险情，立即停止施工作业，并且采取有效的排水、混凝土封堵和局部降水等措施。

（2）若发生不可抗力事件，应立即通知总监，在力所能及的条件下迅速采取措施，尽量减少损失。总监认为应当暂停施工的，应暂停施工。

4 结 语

（1）围护墙体水平位移与开挖深度和时间关系密切，随着基坑的开挖和支撑的架设，墙体变形曲线由前倾型逐渐向“弓”形变化，最大水平位移发生的位置分布在墙体中间部位。

（2）基坑现场监测成果显示，本基坑工程围护结构的墙体变形，最大位移均未超过警戒值，表明现有的支护结构是安全可靠的，有一定的安全储备。

（3）根据监理理论、设计文件、相关标准和规范，严格把关施工中的每道工序质量，并对施工全过程实施监测。根据监测数据，及时采取有效措施，确保工程顺利完工。