地鐵車站基坑監測工程優化探究

張文濤，肖 茜

(北京城建設計發展集團股份有限公司，河南鄭州 450003)

基坑支護結構是為地下主體結構施工而設的臨時施工措施，一般具有受場地水文地質條件影響大、設計安全儲備小以及多學科(如結構力學、工程地質、基礎工程等)交錯的特點[1]?；又ёo涉及到穩定、變形以及滲流三方面技術問題，與設計、管理、施工、現場監測等有關聯單位人員聯系密切。此外，由于基坑工程具有明顯的時空效應[2～3]，因此基坑工程的安全施工與現場監測密不可分。

本文從如何確保地鐵車站基坑工程安全施工出發，就基坑監測項目重要性等級、基坑監測點布置以及現場監測出現異常時的應對措施等方面對地鐵車站基坑監測工程進行了初步探究。

1 基坑工程監測項目重要性等級

基坑工程安全等級劃分方法依據較多，尚無統一標準。國家現行技術標準JGJ120-2012《建筑基坑支護技術規程》[4]、GB50202-2018《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》[5]、GB50007-2011《建筑地基基礎設計規范》[6]、GB50497-2009《城市軌道交通工程監測技術規范》[7以及軌道交通行業規范GB50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》[8]主要依據以下幾方面對基坑安全等級進行了劃分：(1)基坑自身風險(主要依據基坑深度劃分)；(2)周邊環境特點、分布和保護要求；(3)場地地質水文條件；(4)工程重要性，支護結構破壞、變形過大或失穩后果，支護結構與相應主體結構連接方式等。

就基坑工程自身風險而言，現行國家標準GB50202-2018《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》[5]以7m、10m為基坑等級劃分標準，GB50007-2011《建筑地基基礎設計規范》[6]以5m、15m為基坑等級劃分標準，GB50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》[8]選用設計深度10m、20m為等級劃分標準，另外依據上述其他分類依據，各類規范將基坑工程安全等級(或監測等級)大致地劃分為三個等級。

在進行結構設計時，不同重要性等級(安全等級)的建(構)筑物的安全系數不一樣。同樣的，現行規范對不同安全等級(監測等級)的基坑工程就應監測項目也作了相應的規定。

基坑圍護樁(墻)頂部水平位移、頂部豎向位移對基坑工程安全性影響尤為明顯，當上述兩監測項目變化過大時極易造成：(1)基坑圍護樁(墻)發生失穩，導致圍護樁(墻)傾斜增大進而傾倒。(2)支撐系統遭到破環，進而威脅基坑工程安全。故現行規范大多將上述兩項監測項目列為三種等級基坑工程必測項目。對圍護樁(墻)深層水平位移，在圍護結構長度較大時該監測項目可反映圍護結構沿深度方向上不同點的水平位移曲線，并且可以及時地確定最大水平位移值及其位置，故一、二級安全等級基坑均應監測此項。內支撐過長時需設置立柱樁，基坑圍護結構圖如下圖1所示。

圖1 基坑圍護結構

內支撐(或錨桿)為圍護樁(墻)提供抵抗基坑外側土壓的水平作用力，故內支撐的穩定性對基坑工程的安全性不言而喻，因此對基坑工程，凡運用到內支撐或錨桿的均應對其內力進行監測。

立柱產生水平或豎向位移過大時，將會導致內支撐體系失穩，進而對基坑安全造成影響，因此據GB50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》，立柱水平位移、豎向位移在基坑監測等級達到二級及以上時均應監測。此外由于地下工程對水敏感性強，因此應對地下水進行相應監測。

在城市建設中，市政管線一般于地面下3m以上范圍內鋪設(圖2)。

圖2 基坑開挖時坑內市政管線

如圖2，基坑開挖時將不免對地下管線進行擾動。而作為城市正常運行的“地下血管”，地下管線遭到破壞將嚴重影響城市的正常運行，故凡是出現在基坑開挖范圍內(或一定開挖影響范圍內)的地下管線，均應對其進行相應監測。相應的，若在開挖基坑的周邊存在既有建筑，同樣應對既有建筑進行必要的監測，以確?；娱_挖時既有建筑的安全。

2 基坑工程監測點布置

基坑工程監測時依據GB50497-2009《建筑基坑工程監測技術規范》，城市軌道交通建設中依據GB50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》[8]，對監測點布置有明確的規定，但在基坑工程實際施工時若照搬規范一成不變，而不去考慮實際工程中場地地質水文條件以及周邊環境，則容易出現以下情況。

(1)相應基坑監測項目無法形成有效互補關系?，F行設計中，按照規范，基坑一側監測點沿基坑周邊布設，布設間距在基坑監測等級一、二級時為10～20m，GB120-2012《建筑基坑支護技術規程》[4]對支撐軸力的監測有如下描述“每層支撐的監測數量不宜少于每層支撐數量的10 %，且不應少于3根”，且在GB50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》[8]有“考慮不同監測對象的內在聯系和變化規律時，不同的監測項目布點要處在同一斷面上”，此時往往會出現某一未布置監測點的斷面的變形值無法得到反映。

(2)測點布置在容易被破壞的區域，增大監測系統自身風險，造成浪費和基坑風險隱患。在基坑工程現場施工時施工單位限于各種原因，現場挖出的土方往往無法及時運出，這時便會出現基坑一側堆有大量開挖土的現象(圖3)。

圖3 基坑一側土方堆載

此時，便會出現上述情況，由于土方堆載，該側基坑相應的樁頂水平位移很大可能超過監測控制值，但圍護結構和周圍建筑物卻安然無恙。相同情況導致出現報警而未發生險情，易使監測人員產生麻痹思想，造成“狼來了”現象。

(3)基坑自身風險與周邊環境風險監測之間無相應聯系。依據規范，其對基坑的監測是將基坑本身與周邊環境分開進行監測。此時，基坑本身的監測數據無法與周邊環境的風險監測數據形成互補關系，利用一方監測數據易造成險情的誤判。

總結本章，現行規范雖對監測點布置作了比較詳細的規定，但實際布測點時應避免上述三點的出現，力爭做到“點為坑布，反映實際”。

3 基坑監測項目控制值

基坑工程經過多年發展，不同地區結合自身特點，提出了適用于本地區的監測項目控制值，但如何利用好控制標準，仍舊值得我們深入研究。

例，地鐵基坑在設計時需要考慮到：(1)圍護樁(墻)作為抗浮一部分參與車站結構整體抗浮計算；(2)地面處土體側壓力較小(有時為零值)，鋼支撐有脫落危險；(3)方便地下管線的鋪設。故在設計時通常將圍護樁(墻)冠梁設于距地面下一定距離。同時，又因場平標高在設計時未能及時更新，此時便易出現場施工時冠梁上擋土墻過高的現象(圖1)。

擋土墻由于其剛度較小，修筑過高時易使其產生過大的水平位移，從而導致較大地表沉降，據相關工程項目監測數據，可達數十厘米。而依據規范，地表沉降是基坑安全等級高于三級時的必測項目，限值為毫米量級。此時如若僅按規范，地表沉降達到監測控制值，現場施工將進行警情報送，必要時將會停工檢查。但實際檢查中發現圍護樁樁頂水平、豎向位移均未超出限值，僅是擋土墻由于自身剛度小造成。雖是虛驚一場，但造成的損失和影響是很大的。

在基坑開挖中，現場施工超挖、支撐架設不及時是常引起監測值達到報警值的因素，但實際施工中超挖具有隨機性，盲目地增加測點將造成資源浪費。據相關論文經驗[9]：超挖時相應區域的圍護樁(墻)測斜速率出現異常，且位置一般出現在測斜拉錨位置及對撐位置。故在布置監測點時可在該區域進行相應地布置，并對圍護樁(墻)測斜速率等進行重點觀測。

從基坑支護結構力學性能或變形出發，每條邊中部以及陽角位置處應為重點監測對象。在進行設計以及現場施工時，應做到根據場地實際情況，對可能發生超過監測控制值的監測項目有大致的預判，結合點位的布置，在遵循相應規范的前提下，因地制宜，做到既不浪費又能對支護結構有全面化的監測。

4 結論

基坑工程作為臨時支護結構，涉及多種學科，且受場地水文地質條件以及周邊環境影響大，本文從如何確保地鐵車站基坑工程安全施工出發，就基坑監測項目重要性等級、基坑監測點布置以及現場監測控制值等方面對地鐵車站基坑監 測工程進行了初步探究，得出了以下結論：

(1)基坑圍護樁(墻)頂部水平位移，頂部豎向位移以及基坑周邊管線、建(構)筑物等現行規范規定達到相應安全等級的基坑應測項目，實際應用中應重點觀測；

(2)監測點布置不應盲目照搬規范，應避免與現場實際不符的情況出現，力爭做到“點為坑布，反映實際”；

(3)在進行設計以及現場施工時，應做到根據場地實際情況，對可能發生超過監測控制值的監測項目有大致的預判，結合點位的布置，在遵循相應規范的前提下，因地制宜，做到既不浪費又能對支護結構有全面地監測。