PAGE第15頁共15頁2008年度優秀科技論文（技術總結）地鐵明挖深基坑施工監測技術總結第1頁共15頁地鐵明挖深基坑施工監測技術總結【內容提要】南京地鐵孝陵衛車站深基坑工程，環境復雜，工期緊，車站主體及部分附屬結構采用明挖順作法施工，基坑圍護采用復合型土釘墻支護，即基坑頂部土層雜填土及強風化巖層范圍設人工挖孔灌注樁+錨桿，下部采用土釘、掛網噴射砼支護。施工中采取一系列監測措施指導施工，確保了施工安全和施工進度，取得了良好的社會效益和經濟效益。【關鍵詞】明挖深基坑施工監測技術總結1.工程概況南京地鐵孝陵衛車站位于南京市孝陵衛地區中心，寧杭公路北側，孝陵衛西溝左側，車站南側分布有南京市鐘山醫院、南京理工大學、南京市工業泵廠及居民小區，車站以北為邵家山森林公園的山體（見圖1）。圖1車站基坑平面圖車站開挖區域地層為上土下巖二元結構，基巖埋藏淺，局部出露，層次較為簡單，場地地層自上而下為：雜填土、素填土、粉質粘土、強風化砂巖、中風化砂巖、微風化砂巖。場地西北部地勢高，相對于寧杭公路路面高差約18米。自然條件下基坑開挖可能會發生小型滑塌現象。本場地巖層為泥質粉砂巖、砂質泥巖、粉砂巖，呈互層或夾層沉積，本身非勻質性較為明顯。巖層多為泥質鈣質或泥質膠結，水的軟化作用明顯（見圖2）。車站采用明挖法施工，工程周邊建（構）筑物、地下管線多，施工對環境的要求高。特別是車站位于寧杭公路下，且路邊有鐘山醫院較及其他商店，施工對周圍的交通、建筑物、商店影響較大，車站起點里程K20+757.9，終點里程K20+927.05，長度167.4m，標準段寬19.4m。針對基坑地層特點，在施工過程中，對支護體系、基坑周圍土體變形、地下水位變化及道路沉降及成型主體結構等進行監測，以便根據監測數據及時采取必要的措施，避免發生安全事故，同時也避免對周邊建（構）筑物、周邊道路、周邊環境造成不良影響。2.監測方案設計2.1監測的意義與目的由于地質條件、荷載條件、材料性質、地下構筑物的受力狀態和力學機理、施工條件以及外界其它因素的復雜性，巖土工程迄今為止還是一門不完善的科學技術，很難單純從理論上計算出和預測工程中可能遇到的問題，而且理論預測值還不能全面而準確的反應工程的各種變化。所以，在理論分析指導下有計劃的進行現場監測是十分必要的。監測是對工程施工質量及其安全性用相對精確之數值解釋表達的一種定量方法和有效手段，是對工程設計經驗安全系數的動態詮釋，是保證工程順利完成的必需條件。在預先周密安排好的計劃下，在適當的位置和時刻采用先進的儀器和方法進行監測可收到良好的效果，特別是在工程師根據監測數據及時調整各項施工參數，使施工處于最佳狀態，在實行“信息化”施工方面起到日益重要的、不可替代的作用。2.1.12.1.1.1由于圍護結構開挖面積大，深度變化大，支護型式多樣化，地質條件差，周邊環境較復雜，施工周期長,加上自然環境因素的不可預測性，必須借助監測手段進行必要的補充，以便及時獲取相關信息，確保圍護結構穩定安全。2.1.1.2通過監測可以了解支護結構內部及周邊土體的實際變形和應力分布，用于驗證設計方案與實際情況的吻合程度，并根據變形和應力分布情況來調整設計和施工，為施工提供有價值的指導性意見。2.1.1.3圍護結構開挖和地下工程施工將會對周邊建筑物、道路和地下管線等產生一定的影響，稍一疏忽或出現問題，將帶來巨大的經濟損失、人身安全。跟蹤掌握在土方開挖和地下結構施工過程中可能出現的各種不利現象，及時調整施工參數、施工工序以及是否要采取應急措施等提供技術依據，對保障業主聲譽及相關社會利益不受損害具有重大意義。2.1.1.4通過對支護結構、周邊建（構）筑物、道路、地下管線等監測數據的收集、整理和綜合分析，了解各監測對象的實際變形情況及施工對周邊環境的影響程度，分析區域性巖土變形特征及支護方式，為以后南京地鐵的全面設計與施工積累寶貴經驗。2.2監測設計原則2.2.1系統性原則2.2.1.1所設計的各種監測項目有機結合，相輔相成，測試數據能相互進行校驗；2.2.1.2發揮系統功效，對圍護結構進行全方位、立體、實時監測，并確保監測的準確性、及時性；2.2.1.3在施工過程中進行連續監測，保證監測數據的連續性、完整性、系統性；2.2.2可靠性原則2.2.2.12.2.2.2監測中所使用的監測儀器、元件均應事先進行標2.2.2.32.2.3與設計相結合原則2.2.3.1對設計使用的關鍵參數進行監測，以便達到進一步優化設計的目的；2.2.3.2對評審中有爭議的工藝、原理所涉及的部位進行監測，通過監測數據的反演分析和計算對其進行校核；2.2.3.3依據設計計算確定支護結構、支撐結構、周邊環境等的警界值。2.2.4關鍵部位優先、兼顧全局的原則2.2.4.1對支護結構體敏感區域增加測點數量和項目，進行重點監測；2.2.4.2對巖土工程勘察報告中描述的巖土層變化起伏較大的位置和施工中發現異常的部位進行重點監測；2.2.4.3對關鍵部位以外的區域在系統性的基礎上均勻布設監測點。2.2.5與施工相結合原則2.2.5.1結合施工工況調整監測點的布設方法和位置；2.2.5.2結合施工工況調整測試方法、監測元器件種類或型號及測點保護方式或措施；2.2.5.3結合施工工況調整測試時間、測試頻率。2.2.6經濟合理性原則2.2.6.1在安全、可靠的前提下結合工程經驗盡可能地采用直觀、簡單、有效的測試方法；2.2.6.2在確保質量的基礎上盡可能的選擇成本較低的國產監測元件；2.2.6.3在系統、安全的前提下，合理利用監測點之間的關系，減少測點布設數量，降低監測成本。2.3施工監測項目根據設計要求和專家組評審意見，結合施工環境和工況情況，本工程的監測由工程安全監測和周圍環境監測兩部分組成，其主要目的是掌握地下車站及周圍環境在施工期間的變形，及時反饋給施工和設計，確保本工程及鄰近構筑物的安全。本工程監測項目見表1。表1孝陵衛地下車站明挖基坑監測項目序號監測項目監測目的所用儀器設備測點布置與數量1基坑內外觀察了解基坑土質和圍護結構裂縫及滲水情況目測2土體與樁體深層位移了解在基坑開挖過程中圍護結構及外側土體在不同深度水平位移情況GTS332全站儀布設6條測線，各條測線沿開挖面豎向每隔1.5m左右布設一個測點3圍護結構頂部水平位移了解在基坑開挖過程中圍護結構頂部的水平位移變化情況GTS332全站儀每隔15m左右布設一測點，預計共布設30點4周邊地表沉降了解地表沉降動態，判斷周圍地層穩定性S1水準儀、銦鋼水準尺沿周邊道路每隔10米左右布設一個測點。5周邊建筑物變形觀測周邊建筑物的沉降、傾斜及裂縫情況，防止發生危及建筑物使用的變形S1水準儀、銦鋼水準尺、游標卡尺周邊40m范圍內的建筑每棟布設4～6個測點6地下管線變形監測地下管線的沉降情況S1水準儀、銦鋼水準尺每隔10m左右布設一測點，根據實際情況布設7錨桿、土釘受力了解錨桿、土釘在施工中的受力變化情況，為支護設計提供參考鋼弦式鋼筋計、ZXY-1頻率接收儀選擇6個斷面，每個斷面豎向每隔5米左右布設一個測點監測點的布設可根據實際情況作相應調整。2.4監測點布置（監測項目的點位具體布置詳見下圖）：圖3監測項目點位布置圖2.5監測實施方法2.5.1深層水平位移觀測測點埋設：在坡面開挖完成掛網噴漿時打設鋼筋作為觀測標志點。量測方法與原理：與頂部水平位移觀測相同。2.5.2圍護結構頂部水平位移觀測基點埋設：沿圍護結構中心線方向設置三個基點，基點須布置在基坑開挖影響范圍之外。測點埋設：如圖5所示，把經緯儀（或全站儀）架在基點2上，后視基點1，并以基點3作為復核點。然后用經緯儀（或全站儀）準確定出各水平位移測點，在測點位置打入水泥釘并編號。量測方法與原理：置鏡于基點2，后視基點1，并以基點3為復核點。測得變位后測點至基點2的距離與夾角。則樁頂水平位移。監測精度：1mm。圖5樁頂水平位移測點布置方法與量測原理2.5.3周邊地表沉降觀測測點布置：沿車站周邊道路、地表每隔15米左右布置1個測點。量測原理與計算：幾何水準測量。監測精度：1mm。2.5.4周邊建筑物變形基坑開挖和降水對基坑兩側的建筑物、構筑物均有不同程度的影響，故須對基坑兩側的建筑物、構筑物進行沉降、傾斜、裂縫監測。2.5.4.1周邊建筑物的沉降監測測點布置：下沉測點在建筑物靠近地面處四角設水平觀測點。觀測點埋設方法如圖6所示。圖6建筑物沉降測點結構圖6建筑物沉降測點結構監測精度：1mm。2.5.4.2周邊建筑物的傾斜監測測點布置于建筑物靠近轉角點。觀測方法與原理：設A為屋頂一點，在地面用經緯儀定出A在地面上的投影點B，做上標記，并可量測出AB間的距離h，則傾斜初讀數即為0。設房屋發生傾斜后A在地面上的投影點為B′，用鋼尺量出BB′的距離d，房屋的傾斜度即為監測精度：1mm。2.5.4.3周邊建筑物的裂縫監測建筑物沉降和傾斜必然導致結構應力的重分布。故有必要對建筑物裂縫的開展狀況進行監測，作為開挖影響程度的重要依據。測點布置：在施工前和施工過程中，派有經驗的工程技術人員每天對已有建筑物和在建建筑物進行仔細的觀察，當發現建筑物有裂縫時應立即進行觀測工作。觀測方法：發現裂縫后，將一厚約0.5mm的方鐵片固定在裂縫的一側，使其邊緣與裂縫邊緣對齊，然后將另一矩形鐵片一端固定在裂縫的另一側，另一端壓在方形鐵片上約75mm，見圖7。將兩張鐵片全部涂上紅漆，然后寫上日期與編號。每一條裂縫設置兩個標志，其中一個設在裂縫最寬處，另一個設在裂縫的末端處，監測精度：0.1mm。圖7裂縫薄鐵片標志2.5.5.4地下管線變形觀測本工程地下管線較多，施工過程中須密切監視地下管線的變形位移情況。測點布置：按照業主提供的地下管線位置圖，探明地下管線的具體位置，在管面標注記號作為觀測點。埋設φ150mm的鋼管，鋼管長度略小于覆蓋土的厚度，并加工蓋板將觀測點蓋住，以保護觀測點，如圖8。不宜開挖的地方，用鋼筋直接打入地下，其深度與管底平齊。量測方法：幾何水準測量，監測精度：1mm。圖8地下管線沉降測點布置示意圖2.5.6土釘、錨桿、錨索應力觀測測點布置：布置在土釘、錨桿入土約1米位置處或布置于錨索錨頭處。測點埋設：在錨桿、土釘打入之前，將其截斷，然后用焊機把鋼筋計焊在原部位，代替截去的一部分。在焊接過程中注意對鋼筋計淋水降溫，記下鋼筋計型號，將鋼筋計編號，導線頭上設置號碼管，并將導線集結成束保護好。錨索的埋設則在錨索打入后將錨索計穿入，而后進行錨固、做拉拔試驗等。量測方法與原理：使用頻率計，根據鋼筋計、錨索計的頻率——軸力標定曲線可將量測數據直接換算出相應的受力值。監測精度：1kPa。2.6監測頻率各測點的測試頻率按一級基坑確定。如表2所示：表2基坑工程現場施工監測周期基坑工程安全等級基坑開挖深度施工階段≤5m5～10m10～15m>15m一級深度開挖面≤5m1d2d2d2d5～10m1d1d1d>10m12h12h時間挖完以后≤7d1d1d12h12h7～15d3d2d1d1d15～30d7d4d2d1d>30d10d7d5d3d說明：d為天，h為小時。具體實施時針對現場的施工步驟，尤其在開挖期間，根據開挖段區分重點監測區和非重點監測區，重點監測區按上述原則確定監測頻率，視變形情況可加密監測頻率，非重點監測區在上述原則的基礎上適當減少監測頻率。監測頻率根據實際施工和變形情況作調整。2.7警戒值各項監測的警戒值按一級基坑和車站的設計值提出。表3控制值監測項目速率（mm/d）累計量(mm)建（構）筑物沉降±2±20建（構）筑物差異沉降2/1000L（L為兩測點間距）地表沉降324管線變形210～30圈梁水平位移230深層水平位移（測斜）230錨桿、土釘受力設計值的80%采用Ⅲ級監測管理并配合位移速率作為監測管理基準，即將控制值的三分之二作為警告值，控制值的三分之一作為基準值（Ⅲ級），將警告值和控制值之間稱為警告范圍（Ⅱ級），超過警告值（Ⅰ級）應引起重視，采取相應措施。2.8監測的成果資料及提交對各項測試數據用微機進行計算分析，及時將測試結果打印成表格送交有關各方（業主、監理、設計、施工單位）分析使用，每次觀測提供日報表，按階段提供階段報表和最終報告。報表內容和形式按《南京地鐵二號線監測技術規定》執行。表4監測成果資料的提交序號資料文件名稱份數資料內容提交時間1監測日報3各監測成果表、基坑狀況分析按日2監測階段報告3各階段監測結果及監測結論按階段3監測最終資料6全部監測成果資料匯總交工移交出現特殊情況時（如監測數據超過報警值等），監測報表于測試整理分析后立即提交。3.管理體系與監測反饋程序3.1監控量測流程圖前期前期進場編制施工監測方案監理初審測監中心復審審業主審查通知測監中心人員到場布（埋）設監測設施監測工程師跟蹤監理施工監測監測結果（報告）結構、周邊環境安全指導施工結構、周邊環境不安全報警施工、監理、測監中心、業主研究方案，報總監（助理）批準、指導施工留檔日報周報月報測監中心需要的資料不合格不合格不合格合格合格合格3.2反饋程序在取得監測數據后，要及時進行整理，繪制位移或應力的時態變化曲線圖，即時態散點圖。為確保監測結果的質量，加快信息反饋速度，全部監測數據均由計算機管理，每次監測必須有監測結果，及時上報監測報表，并按期向施工監理、設計單位提交監測月報，并附上相對應的測點位移或應力時態曲線圖，對當月的施工情況進行評價并提出施工建議。監測結果監測結果位移（應力）是否超Ⅲ級管理位移（應力）是否超Ⅱ級管理位移（應力）是否超Ⅰ級管理繼續施工綜合判斷采取特殊措施暫停施工圖8監測反饋程序框圖4.監測方案實施4.1監測項目設置根據基坑開挖的深度、支護結構的特點、所處的周邊環境條件，基坑開挖了以下幾項：4.1.1基坑開挖期間，為及時監控整個圍護體的位移情況，在基坑圍護樁壓頂梁處布設39個監測點（S10～S48）在基坑北側護坡布設11個監測點（S1～S9、D49～D50）。監測點按均勻、對稱、重點位置設置的原則布設于混凝土壓頂圈梁上和護坡頂端。根據測量結果可以掌握圍護墻頂護坡的水平位移的大小及變化量。4.1.2基坑周邊建筑南側的建筑物(鐘山醫院)布設5個沉降點，（H1～H5），監測隨著基坑開挖的不斷加深和主體施工的進行，基坑周邊建筑物沉降和不均勻沉降的變化發展情況。4.1.3基坑周邊地面及管線沉降變形沿基坑南側寧杭公路每隔15米左右布設1個地面沉降變形觀測點，共布設了15個道路沉降變形觀測點（D1～D16），16個管線沉降點（CZGX1～CZGX16）.監測隨著基坑開挖的不斷加深和地下結構施工的進行，基坑周邊的地面沉降和不均勻沉降的大小及變化發展情況。4.1.4土釘受力為了及時掌握在基坑土方開挖和主體施工的各個工況階段，確保圍護系統在水土壓力傳來的水平荷載，在基坑第二層第四層第八層總共布設13個應力計進行監測。運用頻率儀量測鋼筋應力計頻率的變化，進而換算成支撐的軸力。4.1.5用測斜儀通過測量預先埋置于支護結構或土體中的特別套管的變形，從而獲得基坑支護結構體及外側土體在不同深度的各點隨著基坑開挖深度的不斷加深向基坑內不同深度的水平位移發展變化情況。根據基坑開挖的深度、支護結構的特點和周邊環境條件，在基坑支護結構體中共埋設了6個深層位移監測：CX1，CX2，CX3······CX6，，累計測斜總長73m，在孔深范圍內每隔1.5m為一測點。4.2監測方法與儀器水平位移監測采用視準線法觀測,使用日本產TopconGTS-332型全站儀（精度：一測回水平方向誤差±2″）和蘇光J2-2型經緯儀（精度：一測回水平方向標準差0.9″）。沉降監測采用二等水準測量，使用S1級精密水準儀，其準確讀數為0.1mm，可估讀到0.01mm，2.0m銦鋼水準尺一對。深層水平位移監測采用精密測斜儀（CX03-E型伺服加速計式位移儀）測讀，精度10-2mm土釘受力采用ZXY-Ⅱ型頻率儀測讀，精度±0.01Hz。4.3監測進程本次監測于2006年11月15日布設監測點并完成初測開始，至2007年10月18日進行最后一次監測，共進行了321期監測，歷時321天。基坑施工分東、西兩個區域，基坑從西側開始分段分層開挖，西側開挖結束后繼續開挖東部土方，由南向北交替進行。開挖結束后，進行西部底板的施工。隨后進行基坑東部的施工。基坑監測周期根據基坑變形與基坑施工進程作相應調整。在2006年11月15日（第88期）～2007年9月18日（第388期）期間，為基坑開挖時期,每天監測一次。2007年9月25日（第395期）～20075.監測成果分析南京地鐵二號線孝陵衛站基坑開挖監測共進行了301期，各期監測成果均已及時提交給業主和監理等有關各方。5．1水平位移變形分析根據基坑開挖安全監測水平位移觀測結果匯總、各水平位移監測點的累計位移量～時間曲線圖及各水平位移觀測點的累計水平位移量平面展開圖，可以看出：5．1.1基坑水平位移監測點S23的累計水平位移量最大，其累計位移量為82.2mm，略大于報警值（±50mm）的支護結構變形控制標準。其它各點的累計水平位移量均小于5．1.2從累計位移量～時間曲線圖看，在土方開挖期間，土壓力釋放的較快，水平位移變化量隨基坑開挖深度的加深而逐步加大，水平位移曲線呈連續上升的趨勢，基坑開挖到設計標高時,其位移變化速率達到頂峰；在墊層和底板澆筑完成后，位移變化速率有所減小,位移時間曲線呈收斂狀，說明墊層和底板的澆筑對抑制水平位移的發展起到了重要的作用；主體結構澆筑完畢后,水平位移速率很快減小，位移時間曲線收斂成水平狀，說明基坑水平位移已經趨于穩定。5．2沉降變形分析根據基坑開挖安全監測沉降觀測結果匯總、累計沉降量～時間曲線圖、累計沉降量平面展開圖，可以看出：5.2.1建筑物沉降觀測點XZJZ14的累計沉降量最大，為-7.5mm，未超過報警值（±50mm）；道路沉降觀測點D14的累計沉降量最大，其值為-26.2mm，已超過