地铁深基坑开挖变形监测分析

地铁深基坑开挖变形监测分析

叶,挺 

宁波市轨道交通集团有限公司   浙江省  宁波市  315000 

摘要：随着城市人口的不断增长，城市交通拥堵情况日益严峻。为了缓解这一情况，最为有效的方法之一就是大力发展运力强、污染小的地铁工程建设。城市地铁在运营期间，其隧道结构会不同程度地产生变形与沉降，引起这种情况的原因是多方面因素综合作用的结果，这其中包括外部非地铁施工产生的荷载变化以及地铁内部运营与养护治理等情况造成的主体结构随地层的隆沉等。为了有针对性地对运营隧道面临的安全隐患进行预警并采取措施，从而达到预防安全事故发生的目的，相关部门往往会委派专业的监测单位对运营期间的地铁隧道结构进行长期的、持续的变形监测。

关键词：地铁；深基坑开挖；变形监测；措施

1工程概况

某城市市轨道交通4号线工程主要由主线工程和支线工程构成，主线和支线分别长约42 km和11 km。其中主线总体呈南北走向，北端设停车场1座，南端设车辆段与综合基地各1座，同时共设置车站31座，均为地下车站。支线沿东西向延伸构成交通引导型线路，初、近期与主线接轨贯通运营，远期拆解为独立线路运营。支线共设车站7座，均为地下站。

2 变形监测特点

深基坑变形监测是指对深度较大、施工方式较为复杂的基坑进行变形监测 。

(1）现场监测。深基坑变形监测需要在建筑工地现场进行实时监测，对监测设备的精度和稳定性提出了较高要求。

(2）多元化监测手段。包括测量仪器监测、应变计监测、测绘技术监测等多种手段。

(3）实时性强。深基坑变形监测需要对数据进行实时处理和分析，以便及时发现异常情况并采取措施，确保建筑工程的安全。

(4）数据量大。深基坑变形监测需要采集大量数据，并进行存储、分析和处理。

(5）多参数监测。深基坑变形监测需要同时监测多个参数，包括土壤位移、地下水位、支撑结构变形等多个参数。

3地铁深基坑开挖变形监测措施

3.1程地质与水文地质

从基坑现场勘察报告可知，其工程的地质特性如下所示。1)层素填土：灰黄色，以粉质黏土为主，松散，稍湿，夹杂少量建筑垃圾和碎石，土粒粒径在2～16 mm, 粗骨料为主，填土层孔隙比为0.89,含水量23.8%,土层厚度约1.8 m。2)层砂质粉土：灰色，稍密，黏粒含量约8.3%,粉粒约51.1%,其余为砂粒，土层中云母含量较高，土层孔隙比0.72,含水量24.9%,土层厚度约3.1 m。3)层粉砂：灰色，稍密，砂粒含量73.5%,土颗粒以圆形为主，土层孔隙比0.63,含水量29.2%,土层厚度约5 m。4)层黏土：灰黄色，软塑，高压缩性，土层孔隙比0.51,含水量38.2%,土层厚度约8 m。5)层分之黏土：黄色或褐色，可塑，含水量30.1%,土层厚度约4 m。从相关资料来看，该区域内地下水含量较为丰富，主要为地表潜水和地下承压水。潜水埋深约0.5 m, 含水层厚度约2 m, 水位变化与季节变化关联性较大，承压水埋深7 m, 水位基本稳定。

3.2挡土结构变形

随着开挖深度的增加，桩顶的水平位移也随之增加。然而，在第二土层开挖过程中，其水平位移迅速增加（情况3），而在第三土层开挖时，桩顶位移的增加相对较慢（情况4）。开挖至基坑底部后，桩顶位移大致保持稳定。移除第二层交叉地段支撑后，桩的位移趋于减小（情况7）。当开挖第三土层时，由于开挖过程中相应位置的漏水和砂带，ZS01点进入坑内的水平位移显著降低，这导致墙背阻力向坑外的位移降低。实际上，在泄漏问题得到解决后，桩顶的水平位移恢复到正常状态。

在相同的垂直地铁剖面上，靠近地铁侧的位移远大于远离地铁侧的偏移（ZS01对应于ZS16,ZS02对应于ZS15），桩顶在水平方向上的最大位移约为7.6mm。由于基坑中部的三个交叉段支柱的刚度较大，基坑中部南北两侧（ZS02、ZS15）之间的位移差异非常小（约0.3mm）。仅设支护的基坑两侧位移差较大（即2.87mm）。

在基坑开挖过程中（情况2、3、4），桩顶变形以沉降为主，随着开挖深度的增加，桩顶沉降逐渐增加，最大沉降约为5mm。随着基础底部（情况5）的完成，桩顶的沉降逐渐减小。拆除第三层交叉支撑（情况6）后，桩顶的垂直变形转化为隆起。此时，最大升沉约为5mm。此外，靠近地铁的桩顶（即基坑南侧）的沉降明显小于远离地铁一侧的桩顶沉降，这与横向位移的变化正好相反。

3.3监测基准网测量

本次监测基准网以地面控制点作为起算点，与各车站工作基点分别构成12段附合水准网进行平差，基准网内共设76个工作基点，工作基点直接采用本期测量成果。按照相关规范的要求，该工程控制网以半年为周期进行一次复测工作，根据规范中的判断标准对工作基点的稳定性进行判断，及时对不稳定工作基点高程值进行更新，以保证监测数据的准确性。

3.4监测结果分析

经上述基坑的监测分析可知，对于沉降敏感结构的深基坑，如靠近基坑的地铁路基，应采用五面止水结构和适当的基坑减压井的地下水控制方案，它不仅可以有效避免大深度降水对相邻路基沉降的影响，还可以确定支护结构的变形趋势，减少坑底隆起。通过这种方式，控制了隔水和挡土结构变形对敏感结构沉降的影响。基坑底部加固也可有效降低挡土结构的水平位移、孔底的隆起和坑底地下水的渗漏。然而，采用深层水泥搅拌的桩对坑底土体进行加固时，水泥浆的上涌会导致大量水泥混合在坑底上方的土体中，导致坑底上方土体强度较高，该部分土体开挖施工将更加困难。因此，坑底加固设计应采用导孔加高压旋喷桩的方法，仅在坑底以下喷射水泥浆，既能有效利用水泥，又能降低坑底上方土体开挖难度。

3.5变形监测数据处理

在对变形监测数据的测量过程中，采用电子水准仪随机记录程序对外业观测数据进行记录，外业观测完成以后利用专用的数据处理软件将观测成果传输至计算机形成原始电子观测文件，并对其质量进行检查。经质检合格后，固定选择临近的工作基点或基准点与中间的监测点共同组成附合水准路线，并分别对各分段线路进行闭合差验算，满足规范要求后进行严密平差计算。

本期变形监测网平差采用严密平差的方法，按距离倒数定权，平差由我单位自主研发的“测量云系统平台”进行水准测量闭合差或附合差计算、平差、精度评定，各项成果精度均符合相关技术要求，成果合格，可作为下一步监测工作的起算数据。

经计算，如上述检核及中误差计算都满足规范要求，则采用加权分配计算方法计算高差闭合差，在计算过程中以测站数为权倒数进行带权改正计算。

结论

地铁深基坑开挖变形监测是保证施工安全的必要手段。本文以某地铁深基坑开挖为例，从监测方案设计到监测数据分析，系统研究了深基坑变形测量的相关问题和施工开挖过程中监测指标的变化规律，监测数据表明，本文的监测方案合理，开挖过程中各项监测指标均满足规范要求，基坑开挖安全可靠。

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