地铁深基坑变形预测与监测数据分析

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【摘要】伴随着我国大中城市的飞速发展和城市化进程的不断推进，城市建设用地的日趋不足，带来了城市高层建筑的发展和地下空间的利用，使得基坑工程技术有了新的进展，其中深基坑各项施工技术也随之有了很大提高。随着越来越多高层建筑的深基坑施工，不断出现基坑土体开挖施工对临近建筑物造成不利影响的情况。本文基于此对地铁深基坑变形预测与监测数据进行了分析。

【关键词】深基坑变形监测

中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：

基坑在施工过程中表现的各种形态实质上由其内在的力学规律所驱动，可以断定通过监测数据的挖掘分析完全能找到表象数据所隐含的规律。因此以系统收集的数据为基础，研究基坑在施工过程中的变形规律，采用先进合理的数据分析手段，发现监测数据特征和工程危险之间的联系，对于控制今后工程的施工风险，是一项十分必要的工作。

深基坑变形监测现状

随着越来越多高层建筑的深基坑施工，不断出现基坑土体开挖施工对临近建筑物造成不利影响的情况。首先由于基坑施工带来邻近土体垂直位移，引起邻近建筑物地基不均匀沉降，最终造成上部结构变形的情况；其次由于基坑施工带来邻近土体的水平位移，导致邻近基坑的各种地下管线产生应变而破坏。所以，研究深基坑变形监测对深基坑施工具有重要意义。

国外十分重视基坑开挖及地下结构施工的实时监测，有精确的电脑数据采集系统，随施工进展跟踪和反馈地质条件、土体、水位、支撑应力等的变化，以完善施工或设计方案。监测项目具体包括地下水位、水土压力、桩顶或墙顶水平和竖向位移、支撑应力与变形、坑底隆起、深层土位移、邻近建筑物和地下既有设施的沉降或裂缝等因基坑开挖和降水而可能引起的各种变化。

目前国内主要根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）进行深基坑工程监测，监测内容有基坑支护位移监测、基坑支护结构体系应力监测、孔隙水压力监测、坑内土层监测等，主要仪器有：测斜装置、钢筋计、孔隙水压力计、水准仪等。

二、深基坑变形预测与监测方案

1、地铁深基坑围护结构变形控制值的确定

地铁深基坑围护结构变形监测的控制值是深基坑施工监测的核心。确定一个合理有效适用的控制值也是深基坑设计施工的关键内容。在深基坑施工过程中，为满足支护结构及临近建筑物的安全要求，只有对基坑支护、基坑外土体及相邻的建筑物进行综合、系统的监测，才能对工程情况有全面的了解，并根据观测数据及时调整施工方案，以确保工程的顺利进行。深基坑施工过程中的变形控制是伴随着地铁施工全过程的。深基坑施工过程中的变形主要表现在两个方面：围护结构的变形和在基坑周边土体的变形。围护结构的变形直接影响着基坑施工安全，而基坑周边土体的变形对周围影响范围内的建筑物、构筑物的使用安全形成威胁。基于以上原因提出不同的基坑工程环境应有不同等级的变形控制要求。

基坑监测布置方案

（1）工程概况

宁波轨道交通2 号线为西南—东北方向的基本骨干线，线路全长28. 350 km。全线共设置车站22 座，其中地下车站18 座，高架车站4 座。其中2 号线8 标汽车市场～ 甬江北站区间是宁波市轨道交通2 号线一期工程的一个地下两层明挖区间，区间地下二层设有双列位停车线，地下一层为物业开发层。区间采用明挖顺作法施工，围护结构型式为0. 8 m厚地下连续墙。区间总长337. 132 m，宽17. 8 ～ 19. 3 m，明挖基坑开挖深度16. 2 ～ 17. 2 m。

区间基坑开挖范围内地质为: ①1填土、①2黏土、①3淤泥质黏土、②1黏土、②2b层淤泥质黏土、②3层淤泥质粉质黏土、②4层淤泥质黏土、③1层粉土、粉砂夹粉质黏土、③2层粉质黏土、④2层黏土、⑤1层黏土、⑤2层粉质黏土、⑤3层粉土、⑥2层粉质黏土、⑥2a层粉土、⑦1层粉质黏土和⑧1层粉砂、粉土等。地下水主要为第四系松散浅层孔隙潜水类型和深部松散岩类孔隙承压水。区间典型地质如图1所示。

图1 区间地质断面

（2）基坑监测布置方案

基坑监测的目的是为了及时掌握开挖过程中围护结构的位移变形情况，以及钢支撑的轴力变化情况，以便与设计相比较，通过这种信息反馈，科学合理的安排施工工序。宁波2 号线8 标地铁区间基坑开挖过程中监测内容有: 基坑外地表沉降、建筑物沉降、基坑外水位观测、钢支撑轴力和地下连续墙墙顶变形。监测点平面布置图下图所示：

图2 区间部分监测点平面布置

（1）基坑外地表沉降监测。由于基坑的开挖，使得基坑外侧土体由于应力场的改变而产生沉降，影响显著区域一般在3 倍基坑开挖深度范围内。在垂直于基坑地下连续墙边线外共布设剖面沉降监测点，每一个开挖段布设一组测量断面。每一测量断面在垂直基坑方向2 倍挖深范围内布设5 个沉降测点。每隔50 m 左右布设一个断面，与墙体测斜孔相对应，每断面点与点之间的间距为5 m 间隔，由5 点组成一个断面。

（2）建筑物监测点。基坑工程施工会引起周围建筑物产生沉降，较大的沉降或不均匀沉降都会危及周围建筑物的安全，为全面了解施工引起的对周围建筑物的影响情况，并能根据监测信息实时的调整施工参数，以确保周围建（构）筑物的安全，在施工期间内对建筑物的沉降进行观测。

（3）基坑外水位观测。地下水位观测孔沿基坑周边布设，每40 ～ 50 m 间布设一孔，保证每侧至少布设1 孔。深度为基坑开挖深度以下1 m。

（4）支撑轴力监测。支撑轴力监测是在基坑开挖及主体结构施工过程中，对支撑轴力的大小和变化情况进行观测，结合围护结构的位移情况对支撑结构的安全和稳定性做出评价。支撑轴力每24m 至少确保有一组墙体变形的监测点，每两个开挖段有一组支撑轴力监测点。在混凝土支撑上各布设钢筋应力计断面，每个断面在支撑四边中心的主筋上对称安装4 个钢筋应变计，在钢支撑上安装反力计。

（5）地下连续墙墙顶变形。监测地下连续墙顶部变形监测点对应地下连续墙垂直、水平位移监测孔布置。

深基坑变形预测与监测数据分析

监测的结果如下图图一、图二、图三、图四。

由图一、图二可以看出，基坑周围各个测点的地表累积沉降位移值以及地下连续墙墙顶累积沉降位移值均随着时间的推移逐渐增大，各个测点的累积沉降曲线基本相同，变形速率较为均匀。地表沉降位移平均速率与地下连续墙墙顶沉降位移平均速率均在一个数量级内，两种沉降位移值均随着基坑的开挖深度增大而增大。在相同时间内，距离基坑近的地表沉降大于距离基坑远的地表沉降。所以在施工过程中应时刻注意基坑附近的地表变形情况，同时较少堆载及重载机械的逗留、行驶，尽量保证一个安全距离。同时当基坑开挖进行时，沉降速率增大，当支撑架设完毕后一段时间内沉降则逐渐反弹，所以应该根据沉降的变形曲线合理安排开挖的时间及开挖断面。

由图三可以看出，所有钢支撑均受压，未出现拉力。基坑开挖采取分层、分段、放坡的开挖方式，从2 月份到3 月底，基坑一直在第一、第二层开挖，基坑的深度相对有限，未出现拉力、松脱现象。此时，钢支撑轴力的增量随着开挖深度的增大及时间的延续逐渐增大。

由图四可以看出，基坑外水位变化在2 m 内，同时从建筑沉降回弹现象也可以得知，基坑外地下水位变化较小。其中在3 月2 号至7 号一直出现大暴雨，导致水位出现上涨。

图一 地表累积沉降时间曲线

图二 地下连续墙墙顶累积沉降时间曲线

图三 钢支撑轴力增量时间曲线

图四

总结

地铁基坑工程的监测对基坑工程的设计与施工非常重要，也是实现信息化施工所必须具备的。根据监测数据的分析结果能够很好地把握基坑支护结构的变形规律以及受力特点，为安全生产提供更有效的保证。

参考文献

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