慶豐路跨河隧道明挖施工基坑監測實踐研究

吳遠華

（浙江華東測繪與工程安全技術有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引言

深基坑開挖過程中由于坑內土體卸荷，圍護結構在兩側壓力差的作用下，產生水平方向位移，引起墻外側土體的位移，同時在基坑周邊產生較大塑性區，引起周邊地面沉降。此外，在軟土地基中進行深基坑開挖及支護時，分步開挖的空間幾何尺寸和開挖部分的無支撐暴露時間與圍護體、土體位移有一定的相關性。淤泥質粘土、粉質粘土地層中工作井施工時可能引發流砂的風險，在動水作用下易產生管涌、流砂，甚至造成基坑失穩坍塌。隧道工程基坑跨越河道，地下水位較高，安全風險大，極有可能產生圍堰滲漏水、坑底涌水以及由于圍堰內部開挖與滲漏水造成的地基土體沉降和水平位移以及由土體沉降和水平位移引起的圍堰破壞，影響施工的安全和質量。

基于此，結合慶豐路（南溪東路～甪里街）線路隧道建設工程，開展跨河隧道明挖施工基坑監測方法實踐研究，對基坑施工的安全性和施工的質量具有重要的意義。

1 工程概況

慶豐路（南溪東路～甪里街）線路建設工程，南起南溪東路，北至甪里街，下穿平湖塘和嘉善塘。新建線路總長953m，其中建設隧道總長度769m，南側敞開段長度約165m，北側敞開段長度約178m，基坑最大深度約13m，道路寬度42m。該工程主要包括道路工程、隧道工程、排水工程及其他附屬設施等組成。

該工程項目是南湖區2020年重大基礎設施建設項目，是連接嘉興東北部城市綠楔與東南片城市副中心的重要通道，也是嘉興站與嘉興南站連接通道的重要組成（見圖1）。線路中的隧道南端連接商務商貿集群區，直通嘉興南站；中部穿越鳳凰洲公園；北端連接省級旅游度假區湘家蕩。該隧道作為嘉興市第一條下穿隧道，是提升城市品質功能的有機載體，也是加快東柵老街開發建設的有利保障，將助力湘家蕩區域邁向“二次騰飛”。

圖1 工程總體布置圖

2 隧道開挖對周邊環境的影響

隧道工程采用明挖法施工，在粉質黏土中開挖深度大，施工難度大、工期長，并對周圍環境產生較大的影響，涉及一系列巖土工程問題，主要包括深基坑開挖和降水所引起的地基土體沉降和水平位移，造成地面和相鄰建筑物、道路等產生附加下沉、開裂或傾斜，導致地下管線發生側移、沉降、甚至開裂。

2.1 基坑側面的水平位移

基坑開挖深度范圍主要為粉質黏土層?；娱_挖過程中，基坑圍護結構主要承受水平方向的土壓力，產生指向基坑中心方向的水平位移，導致坑外土體發生水平位移。隨著開挖深度的增加，產生水平位移的范圍和位移量增大，并且變形歷時較長。

2.2 基坑外側土體的固結沉降

基坑開挖過程中，由于坑內水位下降，坑內土體挖除后土體應力不平衡，造成周邊土體應力重新調整以達到新的應力平衡?；訃o結構的外側地面上承受各種不均勻超載，由此引起基坑外側土體產生豎向固結變形[1]，造成地面附加下沉。隨著超載量的增加，沉降量亦有所增加。對于基坑降水措施，無論是坑內降水還是坑外降水，都將引起坑外土體中有效應力增大，導致土體產生附加固結沉降?；油鈧韧馏w的沉降量大小，主要取決于離開基坑的距離，從而使相鄰建筑或道路產生不均勻沉降。

2.3 施工降水的影響

基坑施工過程中的降水措施，尤其是坑外降水，將引起土體中有效應力增大，導致土體產生附加固結沉降，造成基坑周邊的相鄰建筑或道路產生不均勻沉降、地下管線發生沉降或水平移位[2]。降水過程中，水流將帶走一定量的砂土或粉土，可能造成土體坍塌、地面沉陷。由于動水壓力的作用，地下連續墻接縫處砂土流失，將增大基坑圍護結構外側土體的變形。若施工降水范圍廣、降水量大、歷時長，將在較長時間內形成一個施工降落漏斗，導致地下水的動力場和化學場發生變化。

3 隧道開挖監測項目及監測方法

3.1 水平位移監測

3.1.1 土（墻）體水平位移監測

采用測斜管測量的方法對土（墻）體的水平位移進行監測。土體測斜管安裝采用鉆孔法安裝，墻體測斜管在鋼筋綁扎時進行預安裝，然后下籠澆筑混凝土。采用北京智利CX－08A型鉆孔測斜儀測量，觀測前應用模擬探頭檢查測斜管導槽通暢情況，然后啟動測斜儀，將探頭導輪插入測斜管的導槽內，緩緩下放直至孔底。首次測量時，探頭應在孔底停留15min后開始自下而上沿孔深一定間距測讀一次，記錄測量深度與相應讀數。然后將探頭旋轉180度，插入同一對導槽內放到孔底，等待5min，按上述步驟沿孔深重復觀測一次。將開始觀測以后的兩次以上穩定觀測值的平均值作為觀測基準值。

3.1.2 支護結構水平位移監測

包括圍護結構水平位移和冠梁水平位移，監測點采用在基坑冠梁上設置強制對中標志的形式，監測裝置采用固定桿件與冠梁上埋設的固定螺栓連接，固定桿件尺寸與固定螺栓規格可根據采用的測量裝置尺寸要求加工。采用徠卡TM50全站儀進行觀測，采用極坐標法，變形方向以向基坑內側為正。

3.2 豎向位移監測

3.2.1 基坑周圍豎向監測

包括圍護結構豎向位移、立柱豎向位移、地表沉降、房屋沉降。維護結構豎向位移在基坑各邊中間部位、陽角部位、深度變化部位、鄰近建（構）筑物及地下管線等重要部位、地質條件復雜部位等布設監測點；對于出入口、風井等附屬工程的基坑，每側的監測點不少于1個。立柱豎向位移點布置在與立柱剛性連接的砼支撐表面上，采用鉆孔埋設的方式，在對應立柱樁頂部的混凝土支撐上埋設直徑約10mm的沉降測釘，地表沉降測點穿透道路表面結構層，將其埋設在較堅實的地層中（通常深度不小于1m），同時應設置保護套管及蓋板，房屋沉降觀測點布置于建（構）筑物的墻體上，一般布置于建筑物角點位置。沉降觀測點的布置，應以能全面反映建筑物地基變形特征并結合地質情況及建筑結構特點確定[3]。

3.2.2 坑底沉降監測

分層沉降測量系統由三部分構成：第一部分為埋入地下的材料部分，由沉降導管、底蓋和沉降磁環等組成；第二部分為地面測試儀器——分層沉降儀，由測頭、測量電纜、接收系統和繞線盤等組成；第三部分為管口水準測量，由水準儀、標尺、腳架、尺墊等組成。觀測采用JD-90型鋼尺沉降儀，是通過電感探測裝置，根據電磁頻率的變化來觀測埋設在土體不同深度內的磁環的確切位置，再由其所在位置深度的變化計算出地層不同標高處的沉降變化情況。

3.3 地下水位監測

水位孔一般用小型鉆機成孔，孔徑略大干水位管的直徑，一般選用直徑50mm左右的鋼管或硬質塑料管，管底加蓋密封。管底埋置深度應在最低設計水位或最低允許地下水位之下3-5m。其中潛水位孔最低允許位于地下水位之下4m；承壓水位孔管底進入承壓水層。監測時采用水位監測儀，始值應采用水位計逐日連續觀測水位，取至少連續3d穩定值作為初始值，水位變化量主要是查看水位孔內水位的絕對高程變化量，水位監測時先用水位計測出水位管內水面距管口的距離，然后用水準測量的方法測出水位管管口絕對高程，最后通過計算得到水位管內水面的絕對高程[4]。

3.4 支撐結構軸力監測

混凝土支撐軸力在支撐梁捆扎鋼筋籠后，在上、下對撐埋設位置處用綁扎法或者焊接法連接上鋼筋應力計，應力計纜線用細塑料管保護并澆筑于混凝土中。鋼管支撐埋設反力計時，反力計設置在支撐端部的固定端，反力計外殼與固定端貼角圍焊，并與鋼牛腿貼角圍焊，地墻與軸力計之間必須設置不小于20mm的加強鋼板。采用振弦式鋼筋測力計進行觀測，基坑開挖前等混凝土支撐達到設計強度采集初始值，采集三次取平均值作為計算應力變化的初始值，同一批支撐盡量在相同的時間或溫度下量測[5]。

4 測點布置原則及監測重難點

4.1 測點布置原則

（1）土體位移、圍護結構位移監測點沿基坑周邊的樁體布設，根據基坑開挖節段劃分，確保每節段每側不少于一個位移監測點，布設間距為20～30m；在基坑各邊中間部位、陽角部位及其他代表性部位的樁體布設監測點，且布設在每幅地墻中部，不得在支撐位置和地墻接頭、轉角處布設。

（2）地下水位根據基坑開挖節段劃分，短邊中點、沿基坑長度方向間距20～30m布置一個測點，確保每節段每側不少于一個坑外水位測點，坑內每節段不少于一個坑內水位測點。

（3）圍護墻頂部水平、豎向位移監測點沿基坑周邊的樁體布設，根據基坑開挖節段劃分，確保每節段每側不少于一個測點，短邊中點、沿基坑長度方向間距20～30m布置一個測點，每邊監測點不少于3個；沉降測點與水平位移測點為共用點，基坑各邊中間部位、陽角部位、深度變化部位、鄰近建（構）筑物及地下管線等重要環境部位、地質條件復雜部位等布設監測點；對于出入口、風井等附屬工程的基坑，每側的監測點不少于1個。

（4）支撐軸力布置在支撐內力較大或在整個支撐系統中起控制作用的支撐上，宜選擇基坑中部、陽角部位、深度變化部位、支護結構受力條件復雜部位及在支撐系統中起控制作用的支撐；沿基坑長度方向間距20～30m布置一個斷面，并根據基坑開挖節段劃分，確保每節段不少于一個斷面，基坑端頭斜撐應布置監測斷面，在同一豎直面內每道支撐均應布設測點，布置位置在基坑內鋼支撐端部、混凝土支撐1/3處且避開立柱及系梁連接位置。

（5）地表沉降沿基坑長度方向間距20～30m布置一個斷面，并根據基坑開挖節段劃分，確保每節段每側不少于一個斷面，每橫斷面上3～5個點，點距3～8m。

4.2 監測重難點及應對措施

4.2.1 跨河段監測

隧道工程基坑跨越河道，地下水位較高，安全風險大，極有可能產生圍堰滲漏水、坑底涌水、以及由于圍堰內部開挖與滲漏水造成的地基土層沉降和水平位移以及由土體沉降和水平位移引起的圍堰的破壞。因此河道圍堰、河道段地下水位、河道與河堤地表差異沉降位移、滲漏水等及時準確地進行監測較困難。

應對措施為適當增加跨河段的測點布置密度及觀測頻率；在跨河段上游圍堰處布置河道水位監測點，并加強河道水位、地下水位監測，避免因下雨天或其他原因導致的水位暴漲引發安全施工。

4.2.2 十字路口交叉作業

隧道工程基坑施工現場與甪里街交叉口交通繁忙，交通流量較大，周邊環境復雜并處于交叉作業區，施工安全風險高。同時嘉興夏秋季雨水多，降水量大，日溫差明顯，也會對工程的安全產生影響，而暴雨、高溫、大雨大風等惡劣氣候條件以及道路的車輛行駛，會直接影響監測工作的開展以及監測數據的質量，因為高精密的測量儀器需要較穩定的外界環境，多變的氣象條件會影響儀器精度。

應對措施是在惡劣氣候期間一方面要加強現場安全巡視；另外應建立特殊環境下的監測應急措施，以備不時之需。

4.2.3 軟土地基測點埋設

隧道工程基坑為軟土、回填土地基，給土體深層水平位移、地下水位、監測基準點等測點布設帶來許多麻煩，測點布置質量難以控制。

應對措施為土體測斜、水位鉆孔時加裝套筒，回填軟基采用水沖等方式成孔；基準點盡量布置在基坑影響范圍外的樁基礎建筑頂部或側面；工作基點埋設深度要足夠，根據需要可鉆孔埋設深樁基準點，確?；鶞庶c穩定性。

4.2.4 承壓水層測點埋設

本基坑范圍內地下水位布置深度有輕微承壓水土層存在，在布置地下水位監測點時需采取措施，確保測點的布置及后期水位的準確性，難度較大。

應對措施是水位管入孔后，用素混凝土將承壓水土層與其它水層隔離，避免水位監測數據有誤。

5 監測結果分析

通過對基坑進行監測后獲得的監測數據可知：由于跨河段東側止水帷幕滲漏，導致地表沉降測點DC47-3變化超限（見圖2），本監測斷面土體位移測點CX32（見圖3）。其他各斷面測點變化較小。

圖2 DC47-3地表沉降累計變化曲線圖

圖3 CX32土體深層位移曲線圖

跨河段東側地表沉降累計變化最大的測點為DC47-3，最終沉降量為-45.82mm；斷面土體位移測點CX32最終位移變化量為58.46mm，超過報警值±36mm，最大位移深度在-7.5m處，位于第二、第三道支撐之間，測孔變形曲線呈大肚狀；出現這種情況的原因為跨河段東側止水帷幕破壞，降雨引起土體大量滲漏導致本監測斷面測量數據超限報警，后施工單位對此段進行注漿處理。

6 結束語

綜上所述，在跨河隧道工程明挖施工過程中，所使用的基坑監測方法和監測技術能較好的反應施工過程中支護結構及周邊環境的變化情況，能及時準確地對超過報警值的部位發出預警，達到確保工程安全、指導施工、驗證設計參數的目的。但需對基坑跨河段及其他重點區域采取增加斷面監測密度和加強觀測頻率等措施，通過對薄弱區域、重點區域加強監測以達到更好的監測效果。