富水地层明挖地铁车站监测技术探究

王辉

摘要：地铁明挖车站深基坑工程是一项非常复杂的综合性岩土工程，在施工过程中内外土体的应力状态都会直接引起土体变形，本文以兖州南站预留二期地铁车站工程为例，开展明挖法施工地铁车站在粉质黏土质富水地层中深基坑监测技术研究，简要说明了监测的作用和必要性，详细阐述了对于富水地层明挖施工的监测方法及观测数据的分析处理。为在建工程或后续类似工程的建设提供一定的依据和指导。

关键词：富水地层;地铁车站;深基坑降水

1 基坑工程监测的重要性

通过这几年来发生过的工程事故案例可以看出，由于不重视深基坑施工时的监控量测，有些工程发生了较严重的事故，因此，对于深基坑工程进行监测显得至关重要。

尤其在富水或软土地层进行基坑开挖时，明挖施工有危险性，并且很有可能诱发灾害，对人民生命和财产造成损失。所以，施工时应选用合理的加固防护措施，施工阶段应加强对本工程及周边环境的监测、管理，妥当应对突发的事件。

2 工程概况

鲁南高铁兖州南站市政配套交通预留二期工程位于兖州南站高铁站站房北侧广场地块内部，车站大致南北向布置。本次施工为提前预埋，本站预埋部分为地下一层岛式车站，地面层为站厅布置。车站主体总长约148.13m，车站自南向北方向纵向坡度为2‰下坡，站台宽度为13m，标准段基坑宽46.36m，顶板覆土约1.3～1.8m，标准段底板埋深约12.25m。本站为地下一层采用双柱三跨箱形框架结构，车站两端均接明挖结构，无盾构区间，无需设置盾构井，车站共设有4组风道、2个出入口及二处无障碍垂直电梯、四个安全出口。

本站基坑围护结构采用放坡+钻孔灌注悬臂桩。车站围护结构标准段采用：桩顶放坡+φ1000@1300钻孔灌注悬壁桩的支护型式+φ800@1300高压旋喷桩止水帷幕的围护形式。车站大里程端头局部地方采用桩顶放坡+φ1200@1400钻孔灌注悬壁桩的支护型式+φ800@1400高压旋喷桩止水帷幕的围护形式。

3 工程地质及水文地质概况

本工程地处于山东省西南部，属淮河流域南四湖水系。稳定水位埋深6.0～6.5m，水位标高36.36～36.86m，现状地下水位位于粉质黏土③1层，局部在黏土③层，下面砂层为富含水层，具体情况见表1、表2。该层地下水主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开方式排泄。其地下水径流的大体方向是西南向东北补给。

4 深基坑监测等级

兖州南站预埋地铁站位于兖州南站高铁站房北侧广场地块内部，根据对其地质勘探的结果分析，本工程建设不会产生地面塌陷、地裂缝等地质灾害。

周边可见兖州高铁南站站房地上部分在施工。对本工程施工影响较小，依据《城市轨道交通监测技术规范》（GB50911-2013）中相关规定，本工程自身风险等级为二级、周边环境风险等级为四级，工程地质条件复杂程度为简单，确定本项目监测等级为二级。

5 施工监测内容及监测项目

监测对象为明挖基坑围护结构和周边环境监测。基坑支护结构监测对象为围护结构;周围环境监测对象主要为工程周围地表沉降、地下水位、鲁南高铁路堤沉降。

6 监测技术方案

6.1 桩顶水平位移和竖向位移监测

桩顶水平位移和竖向位移监测点在基坑开挖前，使用无变形的监测基准点，连续三天同时段进行对监测点进行数据采集，监测数据的较差满足规范要求时，取平均值为初始值，并在基坑开挖前将监测点初始值报告报批。

通过观测点各期高程值计算施工的各个阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。分析观测数据应注意以下几点：

（1）测点的稳定性分析基于稳定的基准点作为基准点而进行的平差计算成果;

（2）相邻两期观测点的变动分析通过比较相邻两期的最大变形量与最大测量误差（取两倍中误差）来进行，当变形量小于最大误差时，可认为该观测点在这两个周期内没有变动或变动不显著;

（3）对多期变形观测成果，当相邻周期变形量小，但多期呈现出明显的变化趋势时，应视为有变动。

6.2 桩体深层水平位移监测

由于围护结构顶沉降及水平位移监测项目只能对围护结构顶部位移进行监控，围护桩体深层变形情况难以预知，桩体深层水平位移监测的设置是对基坑开挖阶段围护桩体纵深方向的水平变位进行监控，其数据与桩顶水平位移数据、桩顶沉降数据联合分析，反映围护结构立体变化情况，才能真实全面反映施工期间整个支护体系的变形情况。

用测斜仪对围深层水平位移进行监测，采用专用测斜管，测量时，测头与测斜仪读数器连接拧紧固定，将测头对准管内卡槽插入测斜管内，应缓慢下放测头到测管底部，然后由管底自下而上沿标尺标记0.5米测读一次数据，并保存数据。测读完毕后，将测头旋转180°插入同一对导槽内，按以上述方法重测一次，同一深度位置的正反两数据的绝对值应该相同，当读数不正常时应重新测量。

将测斜管分成n个测段，每测段长度为  ，在某一深度上测得两对导轮之间的倾角，通过计算可以得到这一区段位移  ，某一深度位移  ，在進行第j次监测时，所得某一深度相对于前次位移。

6.3  地下水位监测

主要是对基坑开挖期间进行监控，以防止围护结构漏水造成大量水土流失，导致基坑外围的地面沉降。

采用钢尺水位计进行监测地下水位，钢尺水位计由测头、电缆刻度钢尺、报警音响器等组成，测量时，让线盘自由转动后，按下电源按纽，把测头放入水位管内，手拿钢尺电缆，让测头缓缓向下移动，当测头接触到地下水时，音响器连续发出蜂鸣声，此时记录钢尺位于管口的距离，可以得到水面到管口的距离，计算管口的标高与测得的距离，可以得到地下水位的标高数据。

6.4 桩体内力监测

钻孔灌注桩内力采用振铉式钢筋应力计进行量测。钢筋应力计的埋设：先通过螺纹与钢筋杆连接，将钢筋杆与主筋对焊，要保证焊接面积，为避免仪器过热损坏，需要采取过热保护，可以用浸水的毛毡降温，引出的导线用胶布绑扎固定，灌桩时，需要告诉操作工人插拔导管注意保护应力计。

对钢筋计导线和传感部分做防水;安装前要统计核对钢筋计与信号线，编号不能有差错;钢筋计焊接必须保证质量;钢筋计安装好后，基坑开挖施工前测量原始数据。

用频率计实测振弦式钢筋应力计频率的变化，根据出厂时标定的频率～应力率定值，求得应力变化值。

计算公式：

式中：K为率定系数，单位（kN/Hz2）

F0为应力计初始频率，单位（Hz）

Fx为应力计测试频率，单位（Hz）

αs为实测钢筋计的应力，单位（MPa）

S为应力计截面积，单位（m²）

7 监测信息分析整理

外业信息采集是整个监测工作中的重点和核心，测点埋设的标准性、仪器操作的规范性、读数的规范合理性直接影响到监测数据的科学与准确。

监测现场工作在实际开展中通常包括：监测点埋设、监测点保护、初始值采集、日常监测、监测点维护、地现场巡视。通过对工程结构主体及周边环境的监测与巡视，获得监测数据与信息。

由于来自操作人员、监控仪器及设备、环境条件（日照、温度）等因素，会造成测量误差。因此，在监测数据处理过程中，要对原始测量数据进行可靠性分析，评判原始测量数据的准确性，分析大 小、来源和类型，发现监测数据波动较大时，应分析是监测对象实际变化还是监测点或监测仪器问题所致。难以确定原因时，应进行复测，防止错误的监测数据影响监测成果的质量。

8 结束语

通过兖州南站预留二期地铁车站工程实例，开展明挖法施工地铁车站在粉质黏土质富水地层中深基坑监测技术研究，详细阐述了对于富水地层明挖施工的监测方法及观测数据的分析处理，为在建工程或后续类似工程的建设提供一定的依据和指导。

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