城市地铁车站深基坑施工监测方案

城市地铁车站深基坑施工监测方案设计研究西安科技大学城市地铁车站深基坑施工监测方案设计研究1概述2工程概况3监测方案设计4结语1概述国内地铁车站基坑工程现状与前景地铁车站基坑工程建设面临的问题地铁车站基坑工程中监测的重要性国内地铁基坑工程现状与前景20世纪80年代以来，我国城市地铁建设发展迅速，已建成地铁的城市有北京、天津、上海、广州、南京等，同时，重庆、武汉、长春、沈阳、大连、杭州、成都、西安等城市都在积极申报或者已经开始建设地铁。西安地铁开工典礼施工现场成都地铁成都地铁规划成都某地铁车站施工现场杭州地铁杭州地铁规划开工典礼车站深基坑工程面临的问题由于地铁车站一般位于城市的繁华路段，车站附近建筑物密集，地铁车站深基坑平面尺寸和开挖深度（一般为17米左右）的增大带来一系列复杂的问题，如：基坑围护结构的变形和稳定、施工中对相邻环境、地下管线、地面交通所带来的影响等问题得到地铁建设及设计单位的广泛关注。而这些问题甚至有可能引发安全事故。车站深基坑工程面临的问题地铁车站基坑规模通常宏大地铁车站周边环境异常复杂北京地铁十号线基坑坍塌现场监测已经成为地铁车站基坑施工中重要环节之一，基坑工程现场监测的重要性主要体现在：（1）为施筑开展提供及时的反馈信息；（2）作为设计与施工的重要补充手段；（3）作为施工开挖方案修改的依据；（4）积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平。随着现代工程施工环境的不断复杂化，地铁车站必须采用信息化施工。要实现信息化施工，首要的任务就是做好监测工作，它可为信息化施工提供重要依据。可见，开展复杂环境下地铁车站深基坑施工现场监测设计与实践研究对指导施工意义重大，合理的监测方案设计是至关重要的一环。本文结合北京地铁奥运支线森林公园车站南站深基坑具体情况完成了其监测方案的设计研究。地铁车站基坑工程中监测的重要性2工程概况2.1工程概况工程建设概况工程围护概况2.2工程地质条件岩土概况水文概况2.1工程概况图1森林公园站所处位置工程建设概况场区地下布置有电缆、光缆、热力管线及各种管道和管沟，其它部位较平坦,无障碍物。车站为地下二层三跨岛式站台，主体结构呈南北走向。主体结构南北长179.40m，其中南段长约57.60m，宽33.00m(即本文提到的森林公园南站)；中间段长为57.40m，宽为23.10m；北段长约65.40m，宽42.70m。森林公园站基坑平面示意图工程围护概况森林公园南站基坑开挖采用二级放坡，土钉墙和喷射混凝土支护，第三级为垂直开挖，采用钻孔灌注桩和钢支撑的防护形式,桩间土的支护形式采用土工格栅和喷射混凝土。在冠梁上架设第一道钢支撑，开挖基坑至第二道钢支撑中心标高下0.5m处，架设钢围檩及第二道钢支撑。2.2工程地质条件岩土概况本工程场地位于永定河冲洪积扇的北部边缘地带，由于人类活动原始地貌形态已人为改观，地势较平坦。开挖层主要由：人工堆积层和第四纪冲洪积层构成。人工堆积土层主要为近期人工粉土填土和房渣土。第四纪冲洪积层主要由粉土、粉质粘土、粘土、粉细砂、卵石、中粗砂等土层构成，为中高压缩性土层。基坑持力层位于：粉土、粉质粘土、粉细砂土层上。水文概况场地地下水埋深3.50m-36.90m，场地含水层大致可划分为四层：第一层，粉土层及粉细砂层的上层滞水；第二层，粉质粘土层、粉土及粉细砂层的潜水层；第三层，粉土层、细中砂层、卵石层、中粗砂层和粉细砂层的承压水层；第四层，细中砂层和粉细砂层承压水层。在开挖基坑时，主要受第一、第二层含水层影响。3监测方案设计3.1监测任务3.2监测项目及控制标准3.3监测方法3.4监测信息反馈程序3.1监测任务深基坑工程中，为达到施工安全、稳步推进的目的，除了采用更为安全、详尽的设计、预估及更先进的施工方法之外，另一个必不可少的工作就是要进行严密的现场监测。通过对测量得到的监测数据进行分析，将信息反馈到施工中，与工程安全标准及允许变形对比得出分析结果，为验证、修改施工方案提供可靠依据，最终达到使工程安全、稳步推进的目的。这就是监测工作的根本任务。3．2监测项目及控制标准3.2.1监测项目3.2.2监测控制表3.2.1监测项目序号监测项目监测仪器监测目的1基坑水位水位管掌握基坑开挖过程中水位变化情况2围护桩水平位移经纬仪掌握开挖过程中围护结构水平变形情况3桩体变形（侧向位移）CX系列测斜仪掌握基坑开挖过程中，桩墙深层挠曲情况4桩内钢筋应力钢弦式钢筋应力计掌握随着工期的延续，钢筋轴力变化情况5钢支撑轴力支撑轴力计掌握开挖过程中随着深度的变化，钢支撑的受力情况6边坡土体顶部水平位移高精度经纬仪掌握结构施工过程中，外侧土体移动情况7基坑内外观察现场人工观测掌握开挖过程中土体顶部及桩体顶部的水平位移及其影响表2监测项目控制表项目基坑水位桩顶水平位移桩体变形桩内钢筋应力钢支撑轴力地表沉降监控极限值1000mm500mm/天4.5%H（H：基坑开挖深度）80mm钢筋抗拉强度/实测应力0.8设计轴力/实测轴力0.860mm预警值报警值：80%的监控极限值3.3监测实施具体监测项目的实施过程包括：1）仪器选择2）测点布置3）测试方法4）数据处理3.3.1桩体变形监测1）仪器设备采用CX系列钻孔测斜仪。(如下图)图2所示为测斜仪量测的原理图，图中探头下滑动轮作用点相对于上滑动轮作用点的水平偏差可以通过仪器测得的倾角Φ计算得到，计算公式(1)：(1)式中：第i量测段的相对水平偏差增量值；第i量测段的垂直长度，取为1m；第i量测段的相对倾角增量值。(2)siniiLiiL图2测斜仪量测原理图iniiLsin102）测点布置桩墙测斜监测点一般布置在维护结构的各边跨跨中，对于较短的边线也可不布设，而对于较大的边线可增至2~3个。据此，在森林公园南站各长边选定3个护坡桩作为监测对象，各短边选定1个护坡桩作为监测对象，共8个测点（见图3），以了解基坑不同侧壁的侧向变形情况。图3桩墙测斜监测点布置示意图3）导管埋设在测管位置所对应护坡桩钢筋笼吊装前，将导管固定在该钢筋笼上，导管底部与钢筋底部齐平，顶部高出地面40cm。导管和钢筋笼一起吊装就位，然后浇注混凝土，待混凝土凝固后导管与护坡桩桩体共同变形。测斜管绑扎测斜管位置图4）测试方法在护坡桩帽梁施工完成后，土方开挖前，将测斜探头放入导管，每1.0m作为一个采样点，采集导管各点的初始数据，并根据施工进度，对各点的数值进行采集。测量时，将滚轮卡在导槽上，缓慢下至孔底，测量自孔底开始，自下而上沿导槽全长每隔1.0m测读一次，每次测量时，应将测头稳定在某一位置上。测量完毕后，将测头旋转插入同一对导槽，按以上方法重复测量。两次测量的各测点应在同一位置上，此时各测点的两个读数应是数值接近、符号相反。如果测量数据有较大差异，应及时复测。监测从基坑开挖到主体结构施工到±0.0标高的全过程；监测频率：每天一次。3.3.2护坡桩桩身内力监测1）仪器设备采用JXG-1型钢弦式钢筋应力传感器，SS-II型频率计数器。钢弦式钢筋应力传感器SS-II型频率计数器2）测点布置一般布置在维护结构的各边跨跨中，对于较短的边线也可不布设，而对于较大的边线可增至2~3个。森林公园站布置8个监测点，一个监测点6个钢筋计，共48个钢筋计（测点布置见下图）。3）传感器安装在每根桩的桩顶、桩中、柱底布置三对钢筋应力计，分两排，一排在基坑临空面一侧，另一排在桩后土体一侧。钢筋计连接杆与钢筋笼钢筋应进行绑焊，绑条钢筋直径为φ16或φ18，长20cm，采用双面焊，要求焊缝必须饱满，焊条强度应接近连接杆与钢筋笼主筋强度，焊接完成后，连接杆再与传感器螺栓连接，要求主筋与钢筋计必须同心。在安装前，采集钢筋计初始值。桩体混凝土浇注后但未达到养护强度时，应采集钢筋计变化值。桩体混凝土达到养护强度后再次采集钢筋计读数值，作为桩体应力初值的计算依据。根据施工进度，定期采集钢筋计数值，以便了解护坡桩桩体内的应力变化。监测频率：基坑开挖全过程监测，每天一次。4）测试方法5）数据处理每次测量数据得到钢筋应力值，并汇总成护坡桩钢筋应力变化曲线。3.3.3边坡土体顶部水平位移及桩顶位移选用高精度经纬仪。在进行测点布置时，首先应该选择一个基准点，基准点的选择可通过国家或地区控制坐标进行放样。一般通过选择两个控制点，通过三角放样方法确定三个监测基准点（以防止监测过程中基准点失效）。基准点一般应选在距离基坑大约3∼5倍的基坑深度。1）监测仪器2）测点布置在边坡土体顶部（或桩顶部）每隔15m选定一个测点，埋设坐标点，待混凝土凝固后可与土坡（或桩顶）共同变形。3）测定方法采用平面导线测量，以基点1为坐标原点，通过测量距离与方位角，求出各点位的坐标，平差后推算得到桩顶水平位移值（如图所示）。在开挖前采集坐标点初始值，开挖全过程监测，每两天观测一次。基点1测点1变位后的测点1测点3测点2基点2变位后的测点3变位后的测点2基点3图4围护桩顶水平位移测试点布置方法与量测示意图4）数据处理由每次测量数据可以得到变形值，并汇总成位移变化曲线。3.3.4地下水位地下水位用水位观测井监测，观测井布置在基坑四角和长短边中点。设井时，先在土体内钻孔至设计深度，然后将带有进水孔的水位管放入孔中，于管外回填中粗砂至进水段上方30cm，再在管外用粘土回填至地面高度。管口设必要的保护装置。监测频率：从开挖至抵达基坑底，每三天观测一次。3.3.5钢支撑轴力1）仪器设备采用钢弦式轴力计（如图）钢弦式轴力计2）测点布置在森林公园站基坑的两道钢支撑上布置监测点，测点布置如图第一层钢支撑监测点布置第二层钢支撑监测点布置3）传感器安装在钢支撑的一端安装钢弦式轴力计监测支撑轴力，在监测断面处每道支撑各安装一个，轴力计安装在钢支撑管与围护墙间（轴力计安装见下图）。轴力计的量程需要满足设计轴力的要求。在需要埋设轴力计的钢支撑架设前，将轴力计焊接在支撑的非加力端的中心，在轴力计与钢围檩、钢支撑之间要垫设钢板，以免轴力过大使围檩变形，导致支撑失去作用。4）测试方法支撑加力后，即可进行监测。监测频率为：从设置钢支撑到拆除，每天观测一次。3.4监测信息反馈程序完整的信息反馈系统对于保证监测数据的合理有效利用，为施工方案的调整提供可靠依据具有重要意义。具体监测信息反馈流程如下图所示：施工采取技术措施施工监测预测变形量反馈分析与基准值比较调整施工参数是否安全是否监测信息反馈流程图4结语复杂环境下城市地铁车站深基坑施工监测方案设计研究是一项非常重要的工作,本文根据岩土工程监测设计理论，按照北京地铁奥运支线森林公园南站深基坑工程的实际情况，完成了包括地铁车站深基坑维护桩桩身变形、桩身主筋的内力变化规律、地表变形、地下水位、钢支撑轴力等项目的监测方案总体设计。阐述了每一项监测项目的具体实施方法，给出了监测数据用于信息化施工的方法。2006年8月本工程已经施工完毕,实践证明本文给出的监测方案和合理可行的。本文完成的工作对其他地铁车站基坑安全施工具有重要的价值，监测方案的设计方法对西安地铁车站深基坑的信息化施工具有一定的参考价值。讲解完毕，谢谢观赏！