基于地铁深基坑支护监测多方法变形数据分析

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　　摘 要
　　
　　城市地铁深基坑施工，由于受环境条件限制，施工安全问题尤为突出，采用单一监测方法已不能满足要求，多种方法监测变形数据分析能客观准确反映安全状态与质量程度，数据的客观准确性对施工具有指导意义，掌握工程各主体部分的关键性安全和质量指标，确保地铁工程按照预定的要求顺利完成，对各种潜在的安全和质量问题做到心中有数。
　　
　　关键词：桩顶沉降、桩顶水平位移、桩体水平位移、轴力监测。
　　
　　引 言
　　车站深基坑为东西走向，基坑开挖长为160m，东侧宽28m，西侧宽21m，开挖深度为22m。车站东北侧为机场航站楼，车站位于规划停车场下方，2号风亭位于现有落客平台匝道桥旁。车站为地下双层岛式站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站附属建筑包括2个出入口和2个风亭等土建工程，施工采用明挖法，支护结构为钻孔灌注桩和钢管内支撑。
　　1.监测项目
　　车站深基坑主要进行的监测项目有：基坑桩顶沉降、桩顶水平位移、桩体水平位移（基坑测斜）、钢支撑轴力监测等。
　　2.布点要求
　　2.1基准点：在远离基坑变形区域（50m）外，布设永久性沉降和位移基准点4个。
　　2.1.2桩顶水平位移点：测点布设在基坑四周围护桩顶，埋设强制对中装置。边长大于30m的按间隔30m布点，小于30m的，按1点布设，基坑4角各布设1点，共布设17点。
　　2.1.3桩顶沉降点：测点布设在基坑四周、围护桩顶，边长大于30m的按间隔30m布点，小于30m的，按1点布设，基坑4角各布设1点，共布设17点。
　　2.1.4桩体水平位移（测斜）孔：测孔布设在基坑四周围护桩体内，边长大于60m的按间隔60m布孔，小于60m的按1孔布设，共布设8孔。
　　2.1.5钢支撑轴力：在钢支撑两端安装予埋轴力计，共布设16组。
　　为了便于数据对比，以上各监测项目中监测点平均分布在基坑每条主断面上，监测点布设主断面示意图如下：
　　
　　
　　2.2巡视内容
　　2.2.1周边环境：建（构）筑物是否有裂缝、剥落，地面是否有裂隙、沉陷、隆起、基坑周边堆载情况、地表积水情况等。
　　2.2.2基坑工程：明挖基坑围护结构体系有无裂缝、倾斜、渗水、坍塌、支护体系施做情况、地下水控制情况。现场巡视按要求填写巡视成果表，特殊情况下扩大巡视范围。
　　2.3监测频率： 施工方要求每天至少监测一次，第三方监测要求每三天监测一次，出现特殊情况（多方法监测数据变化量大、现场巡视发现有裂缝）时进行加密监测。
　　3.监测方法及效果
　　3.1监测方法及初始值：采用“同人员、同仪器、同线路”进行观测，用Leica-TCA2003型马达跟踪精密全站仪对由4个基准点组成的二等控制网进行角度和边长观测。角度观测为左右角两测回，距离采用直反觇进行观测，其各项观测精度均满足《建筑变形测量规范》要求。观测数据采用清华三维软件平差，平差精度为1/180000。变形监测工作采用整体监测形式，在基坑开挖前一周对监测点三次观测，取三次观测数据的平均值作为初始值。
　　3.2沉降监测：基坑四周、桩顶沉降采用电子水准仪天宝DINI03进行监测，监测等级按II等水准进行监测。观测方法采用前-后-后-前的顺序，地表监测基点为标准水准点（高程已知），监测时通过测得各测点与水准点（基点）的高程差ΔH，可得到各监测点的标准高程Δht，然后与上次测得高程进行比较，差值Δh即为该测点的沉降值：ΔHt（1，2）=Δht（2）-Δht（1）“+”值表示上浮、“-”值表示下沉。
　　3.3 桩顶水平位移：采用有“测量机器人”之称的最先进全站仪 TCA2300，该仪器（角度测量精度0.5”，测距精度1mm+1ppm），特制U型强制对中观测台2个，布设成相互垂直，可以控制基坑所有变形点，采用该观测台能达到观测稳定对点精度高，测点设置在围护桩顶或边坡坡顶，埋设强制对中装置，每个变形点观测三组数据，数据值保留至小数点后四位，其差值均在0.2mm内。每次测量的坐标减去上次测量的坐标，得到ΔX、ΔY，根据基坑方向与真北方向的角度关系，对变化量ΔX、ΔY进行角度归算，计算出垂直于基坑方向上的位移量。
　　3.4 桩体水平位移（测斜）： 桩体水平位移采用CX-3C测斜仪进行测量，每0.5米读一次数，垂直基坑方向正反两次测量进行平差。基本公式：V1=（V正－V负）÷2，V2=（V正－V负）÷2＋V1
　　依次累加；ΔV1 = V1 本次测量值－V1 上次测量值。依次对应相减，得出每点的位移量。“+”值表示向基坑内倾斜、“-”值表示向基坑外倾斜。
　　3.5 支撑轴力：采用XP05振弦频率仪进行轴力监测，读取数据后，用公式算出轴力变化值：P=K*(f I2－fO2)
　　其中P表示轴力变化值，K表示轴力计标定系数，f i表示轴力计任一时刻观测值，fo表示轴力计初始观测值。
　　以上各监测项的的监测预警值均为0.8倍设计容许值。
　　4.各项监测数据分析
　　监测多方法数据和资料，通过比较分析能极大提升信息反馈的可靠性，并能有效剔除粗差。可以按照安全预警位发出报警信息，既可以对安全和质量事故做到防患于未然，又可以对各种潜在的安全和质量问题做到心中有数。
　　现对基坑第六主断面各测项监测点数据进行对比分析，评价基坑安全性。
　　4.1桩顶沉降曲线图如下：
　　
　　
　　根据图表曲线可以看出，基坑刚开挖时，由于土压力突然较小，桩顶沉降有隆起现象，随着基坑开挖，侧压力平衡发生变化，变形值和沉降量由小变大，围护结构变形增大。持续一段时间后，围护结构的支撑内力，锚杆拉力与土侧压力处于平衡，变形数据达到稳定。桩顶水平位移和桩体水平位移变化趋势一致，同时跟支撑轴力成反比例，当加大支撑轴力时，位移量变化减小，向基坑外变化，支撑轴力减少时，位移量增大，向基坑内变化，但数据变化量不是很大。根据每个断面上的4个监测项目，进行数据对比，位移及沉降变化速率均小于3mm/d，累积量均小于30mm的预警值。从整个分析可以得到该工程基坑支护设计合理,一级基坑安全控制有效。
　　
　　结束语
　　（1）监测工作在地铁深基坑开挖过程中能有效地起到指导安全施工的作用，加强监测可以及时发现隐患，为确定加固措施、确保工程安全提供重要依据。
　　（2）变形监测频率要根据施工进度计划，安排好监测作业时间，因为工程阶段性变形量所占比例大，与工序相关性很强。
　　（3）城市地铁深基坑施工，由于受环境条件限制，人为因素、环境因素、气象因素等等情况影响，单一监测数据不能说明问题，可靠性较低，单一监测方法已不能满足城市地铁施工安全要求。
　　（4）可靠的信息、精度合理的数据对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生。
　　（5）监测多方法采集的数据，可以及时发现监测质量的好坏，并能有效剔除粗差。通过曲线时速类比、各类数据软件分析，能极大提升数据信息质量和信息反馈的可靠性。
　　（6）从上述基坑第六主断面各测项监测点数据进行分析可以得出：如某个部位发生变化，监测多方法中一定存在类比性，如只有单一方法中出现异状应采取进一步核实。
　　
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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