明挖地铁车站施工监测及下沉广场保护技术

明挖地铁车站施工监测及下沉广场保护技术

赵瑞

中铁二十局集团第六工程有限公司陕西省西安市710032

摘要：结合xx地铁4号线06标地铁车站施工期间，车站基坑周边近距离存在地下商业广场等建构筑物情况，通过槽壁加固、设置混凝土肋板等一系列技术措施对临近既有地下空间进行保护，保障了地铁车站按期施工的同时不影响地下商业广场正常运营，对类似工程施工有良好的参考和借鉴作用。

关键词：施工监测；地铁车站施工；既有下沉商业广场；质量控制；保护技术措施

1工程概况

xx地铁4号线一期工程大剧院站是标准地下二层岛式车站，其位于xx市滨湖区大剧院路、金石路与万顺路交汇口，车站跨大剧院路、金石路沿万顺道布置。

大剧院站全长469.9m，1-5轴端头井基坑宽23.8m，深约19.7m；17-24轴标准段基坑宽约19.7m，深约17.3m。主体围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深为28.4～40.2m。标准段设三道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑梁、第二、三道为钢管支撑。端头井处设三道支撑加一道钢换撑，第一、二道为钢筋混凝土支撑梁，第三道为钢管支撑。

车站周边建（构）筑物众多，主要影响建（构）筑物有万象城地下室、万象城下沉广场1、下沉广场2、太湖国际一、二街区。

该范围土层地质从上而下依次为：①1杂填土（层厚5.5m）、③2粉质黏土夹黏质粉土（层厚4.8m）、⑤1粉质粘土（层厚2.7m）、⑥1-1黏土（层厚3.8m）、⑥1黏土（层厚5.2m）、⑥2T粉质黏土（层厚6.4m）、⑦1粉质黏土（层厚2.6m）、⑦2A砂质粉土夹粉砂（层厚4.3m）、⑦3粉质黏土（层厚3.9m）。主体底板主要落在⑥1-1黏土、⑥1黏土。

2施工监测

2.1重点分析

⑴车站基坑开挖较深，施工周期较长，基坑长时间暴露，对周边环境有较大影响。

⑵基坑降水与排水引起的地下水位变化对基坑自身及周边环境的影响。

⑶车站支护墙顶水平（竖向）位移以及支护墙体变形是施工监测的重点。

⑷万象城下沉广场1、下沉广场2离基坑较近，深基坑施工势必对其有较大影响，对下沉广场变形以及其周边地表沉降是施工监测的重难点。

2.2监测原则

⑴系统性原则

①采取的监测项目应能紧密联系，数据能相互校验；

②准确、及时反馈监控量测信息；

③尽量减少监测布点，以最有效的工作量发挥系统功效。

⑵可靠性原则

①施工监测手段成熟，精度可靠；

②监测仪器事先校准，并在有效期之内。

⑶关键项目优先布置，抓重点，兼顾全局

①对关键部位增加监测布点，加强监测；

②其他区域监测点均匀布设。

⑷经济合理性原则

①在安全、可靠前提下结合施工经验尽量采用更直观、更简单、更有效的监测手段；

②尽可能选择成本低、质量可靠的监测元件；

③在系统、安全、可靠的前提下，合理分配监测布点，减少不必要的工作量。

2.3监测范围和工程监测等级

（1）监测范围

大剧院站监测范围为：3倍基坑开挖范围。

（2）工程监测等级

大剧院站基坑监测变形保护等级为一级。

2.4实测项目与设计要求对照

（1）监测内容及项目

为保证大剧院站深基坑施工安全，主要对基坑自身和周边环境进行监测布点[1]。根据基坑的规模以及周边环境，大剧院站施工监测项目见下表。

表1大剧院站施工监测项目

（2）巡视监测

巡视监测以巡视工程师肉眼观察为主，以卷尺、放大镜、铁锤、摄像等工具设备为辅助，主要对车站基坑自身、周边环境、现场及附近施工工况、监测点位等的检查情况进行详细记录。巡视监测记录与仪器监测数据要结合分析。

地铁车站巡视监测主要包括以下内容：

a、支护结构

1）支护墙体成型质量；

2）冠梁、钢筋砼支撑有无裂纹；

3）支撑、钢立柱有无变形；

4）支护墙体有无开裂、渗漏水；

5）背土侧有无沉陷、裂缝等现象；

6）基坑内有无突涌、流砂现象。

b、基坑施工工况

1）基坑开挖后观察土体与地勘报告描述有无差别[8]；

2）开挖过程中分段、分层、分块是否与设计文件、技术规范要求一致，有无违规超挖现象[2]；

3）基坑降水与排水是否正常；

4）基坑周边有无超堆荷载。

c、基坑周边环境

1）周边建（构）筑物有无裂缝、开裂迹象；

2）周边道路有无裂缝、沉陷；

3）车站附近的工况。

d、监测设施

1）工作基准点、监测布点有无损坏；

2）有无障碍物影响监测观测；

3）监测元件是否完好，是否有保护措施。

2.5监测点组成

（1）支护墙顶水平（竖向）位移监测点

在车站支护墙顶布置水平（竖向）位移监测点，支护墙顶拐角处、靠近建（构）筑物处等关键部位优先布点，布点间距不得大于20m。水平位移和竖向位移共用一个监测点。在车站基坑开挖之前，冠梁、砼支撑施工之时，完成支护墙顶监测点埋设。与钢管支撑架设位置适当错开，尽量设置在两根钢管支撑中央位置。

（2）支护墙体变形监测点

在车站基坑中部及关键部位布置支护墙体变形监测点。支护墙体变形监测布点间距不得大于20m。支护墙体变形监测采用测斜管，在地下连续墙钢筋笼吊装之前安装，与钢筋笼一同下放入槽段内，测斜管长度与地下连续墙深等同。地下连续墙施工过程及后期墙顶劣质混凝土凿除过程中，要加强测斜管的保护，避免测斜管堵塞。

（3）支撑内力监测点

支撑内力包含两种：一种为钢筋混凝土支撑中的钢筋应力，另一种为钢管支撑轴力。

①钢筋应力布置在钢筋混凝土支撑的主筋上，选择在支撑梁1/3跨的位置，并避开冠梁与支撑梁的节点。通过采用钢筋应力计代替该段主筋，完成钢筋混凝土支撑内力监测点的埋设。

②钢管撑轴力布置在钢管支撑的端部。通过钢管支撑固定端安装轴力计，再与钢管支撑一同吊装，完成钢管支撑应力监测点的埋设。

（4）钢立柱沉降监测点

在车站基坑支撑梁交汇处和地质情况复杂等关键部位布置钢立柱沉降监测点，监测布点总数不得少于25%。

（5）地下水位监测点

地下水位监测点布置在支护墙拐角、临近建（构）筑物、有隐患支护墙的接缝等关键部位，并布置在支护墙外侧1-2m处；布点间距20～30m；存在微承压水层、承压水含水层的部位加密监测。

（6）周边地表沉降监测点

周边地表沉降监测点应布设成与基坑边线垂直的断面形式，每个断面设置5点（与基坑边线距离由近及远依次为3m、8m、13m、23m、33m）。断面位置与支护墙顶水平（竖向）位移、支护墙体变形监测点位置相对应。

（7）周边建（构）筑物沉降监测点

在3倍基坑开挖深度范围内，建（构）筑物的四个边角、大拐角处、长边建（构）筑物每隔15-20米处或每隔2-3根承重结构柱等部位，布置建（构）筑物沉降监测点。在能监控建（构）筑物整体或强影响区局部变形的前提下，尽量减少不必要的监测布点，提高工作效率。但每幢建（构）筑物上至少在其四角要布置监测点，特别重要的建（构）筑物监测布点数量不能少于6个。

2.6监测控制值

各监测项目的报警值按一级变形保护基坑进行取值，设置报警值见下表。

表2大剧院站基坑监测报警值

3下沉广场保护

3.1不利因素分析

（1）地铁车站环境

大剧院站在两下沉广场影响范围基坑内存在⑦2A砂质粉土夹粉砂承压水含水层，经验算，该段基坑开挖对⑦2A抗承压水稳定性安全系数不满足要求。

经现场探挖，大剧院站地下连续墙成槽施工6m范围内全是以片石、砼块等建筑垃圾为主的杂填土，成份复杂，且极不均匀，成槽过程中易造成槽段变形或坍塌。

下沉广场1靠近大剧院站端头井，端头井采用2道钢筋混凝土支撑+1道钢管支撑+1道钢换撑，施工周期较长，施工期间的降水影响、基坑失稳隐患将对下沉广场1造成连锁反应。

（2）下沉广场环境

万象城下沉广场1和下沉广场2均为钢筋混凝土框架结构，采用筏板基础，下沉广场1距离主体围护外边2.8m，下沉广场2距离主体围护外边5.5m，距离大剧院站主体基坑较近，属深基坑施工强烈影响区。

万象城下沉广场前期施工采用放坡开挖，框架结构成型后，用片石、砼块等建筑垃圾回填，上层杂填土层厚大，压实度有限。

下沉广场为不完整椭圆形结构，紧邻基坑侧墙厚为1.0m，远离基坑侧墙厚为0-0.4m，一旦靠近基坑侧墙体受到破影响坏，整个下沉广场将剧烈变形。

下沉广场作为万象城的重要商业区，地铁车站深基坑施工期间，要保持运营。

3.2下沉广场保护技术

1、车站施工方面技术

⑴施工监测技术

针对万象城下沉广场离车站主体基坑较近的特点，在万象城下沉广场1和下沉广场2外墙顶布置监测点，布点间距10-15m。根据下沉广场尺寸，结合施工监测系统、准确、经济合理的原则，单一下沉广场在强影响区布置3个沉降监测点，弱影响区布置2个沉降监测点，并在影响区中心受力最大位置对称布置2个水平位移监测点。通过沉降监测与水平位移监测相结合，既能系统反馈下沉广场变形信息，满足信息准确的要求，又降低成本、经济合理。监测频率依据一级变形保护基坑的要求。

⑵围护结构施工技术

①地下连续墙

针对基坑内存在的⑦2A砂质粉土夹粉砂承压水含水层，通过地下连续墙底部素砼加深隔断承压水含水层，原设计墙底主要落在⑦1粉质黏土层，素砼加深后墙底落在⑦3粉质黏土层，彻底隔断了⑦2A压水含水层，素砼加深5-6m[3]。

②槽壁加固

大剧院站在下沉广场强影响区地下连续墙施工前先对表层杂填土中的片石、砼块等建筑垃圾进行清障处理，并施作Ф850@600三轴搅拌桩加固地下连续墙两侧槽壁，以确保成槽施工安全，三轴桩28d无侧限抗压强度不低于1.0Mpa。

③冠梁、支撑

通过提高支护结构安全系数，增加影响范围内的冠梁截面，原冠梁宽高尺寸1m×1m增加为1.2m×1m，以提高冠梁水平向刚度；并影响范围内的第一道钢筋混凝土支撑设置八字撑，分散局部集中力。

④降水井

虽然承压水含水层已隔断，除应在影响范围基坑内设置降压井，降低坑内承压水层余压外，考虑到围护结构施工可能存在的缺陷，在坑外也各对应设置1口降压水观测井兼应急备用井，用于随时察看坑外水位变化，同时起到应急备用效果。

2、下沉广场内部保护技术

考虑到万象城下沉广场在地铁深基坑施工期间保持营业的需求，本着影响范围小、美观实用、经济可靠、便于施工这四个方面的要求，下沉广场内部保护技术意见经多方讨论、分析总结，决定采用以下技术：

万象城下沉广场1、2内部保护技术示意图如（图1）：

⑴混凝土肋板技术

下沉广场长约34m，宽约17m，高约8m。在下沉广场内部，强影响区设置混凝土肋板与外墙连接，以保证外墙受集中力分散，从而保证外墙结构安全。

混凝土肋板厚度400mm，底部宽2m，顶部宽0.8m，高约4～4.5m，根据现场实际按2～3m间距布置。肋板施工完成后，可采用外贴广告装饰，美观大方。

⑵钢管支撑技术

根据万象城下沉广场1的构造，其有一侧不具备施工肋板条件，采用钢管支撑支顶外墙以分散其所受集中力，并加设竖向钢管立柱支撑水平钢管支撑，防止水平钢管支撑脱落，确保安全。通过调整钢管支撑标高，以保证架设钢管支撑后不影响下沉广场运营。钢管支撑架设完毕后，加以装饰，美观得体。

3.3下沉广场保护施工技术措施

1、车站施工方面技术措施

⑴施工监测

监测点在地下连续墙施工前布置到位，成槽施工过程中，跟班对相应监测点进行监测，通过分析监测数据反馈，及时调整施工参数，将成槽对下沉广场的影响降至最低。目前，影响下沉广场范围槽段已施工完毕，监测结果显示：下沉广场1累计最大沉降量1.42mm，累计最大水平位移量0.24mm；下沉广场2累计最大沉降量2.4mm，累计最大水平位移量0.25mm[4]。

⑵地下连续墙

①地下连续墙采用工字钢接头，提高接缝刚度，降低渗漏水隐患。

②成槽过程中，加强泥浆参数（比重、黏度、含砂率、PH值）的抽查，每幅槽段每一抓至少上、中、下检测泥浆3次；成槽结束后，每幅槽段都需进行超声波检测，查看槽段的宽度、深度、垂直度是否满足要求。

③钢筋笼及时加工，在下排主筋、纵横向排架制作完毕、验收合格后，即开始成槽，做到“槽不等笼”；钢筋笼制作分三阶段验收，即：下排主筋、纵横向排架制作完成，下排主筋与纵横向桁架连接安装完成，上排主筋安装、整个钢筋笼制作完成[5]。

④混凝土浇筑采用双导管同时灌注，保证导管埋深2～4m；并在钢筋笼两侧工字钢上焊装薄铁皮，防止混凝土绕流；铁皮须焊装在工字钢外侧，以保证工字钢处混凝土保护层厚度。

⑶三轴搅拌桩

①施工前依据施工图考虑地下连续墙外放量放出桩位控制线；若槽壁加固位置不当，后续地下连续墙成槽过程中，因土层强度分布不均匀，将会造成槽段偏移。

②三轴桩施工过程中，做好施工过程控制，详细记录下异常情况，后续进行旋喷桩补强。

⑷冠梁、支撑

①影响范围区冠梁、支撑施工采用抽槽开挖，即单独开挖出待做冠梁、支撑作业面，避免因开挖面过大、施工周期长造成基坑长时间暴露，给周边环境带来隐患。

②支撑底部施作10cm厚C20素砼垫层，使作业面整洁，便于模板的安装、加固，并保证了支撑的平整度，使支撑均衡受力。

⑸降水井

①待基坑封闭、降水井施做完成后，立即开展抽水试验，主要检查降水井的使用功能是否正常和对基坑的降水效果；当达不到预期要求时，及时增补降水井或者调整基坑降水施工方案。

②通过对基坑的降水效果和坑外水位孔的的监测数据进行分析，检查围护结构渗漏情况，发现异常，及时采取补强加固措施[6]。

③基坑降水过程中，严格执行“按需降压”，确保基坑自身安全和周边环境安全[7]。

2、下沉广场内部保护技术措施

⑴下沉广场内部保护施工前，根据施工场地需求，及时围挡封闭作业区，并做好运输材料路径规划[8]。通知相关部门，提前张贴告知，避免外界纠纷。

⑵根据保护方案，放线确定作业影响范围，提前拆除可能损坏设施，如上部钢化玻璃围栏、钢挂墙装饰、地砖、绿化等。电扶梯在保护施工期间停止使用，并按相关专业要求做好防护措施。

⑶混凝土肋板施工用钢筋、模板等材料采用吊车转运、人工搬运至作业面；肋板钢筋与下沉广场底板、外墙采用植筋、焊接方式连接。

⑷混凝土浇筑采用在对应楼扶梯位置钻开的浇注孔，因操作空间狭小，模板安装加固牢靠度有限，分层浇筑混凝土，每次浇筑高度不大于1m。

⑸在下沉广场外墙植筋，安装固定钢板，钢管支撑焊接在其上，并设置上挂下托装置，确保钢管支撑安装的安全、牢靠；立柱钢管支撑须定位准确，通过高强度化学锚栓固定在下沉广场底板上，在水平支顶钢管支撑顶紧外墙后立即焊接连为整体。

⑹现场广场内部保护施工完成后，及时组织相关单位验收，验收合格后，再施作装饰美化，进而交付产权单位使用[9]。

4结束语

监测是地下工程的眼睛，随着城市地铁的快速发展，类似建（构）筑的保护施工将屡见不鲜，本文通过针对地铁车站施工监测涉及的监测项目进行分析和总结及对有特征性的下沉广场保护技术的研究，在设计阶段、施工阶段，从地铁车站土建本身到需保护建（构）筑物自身，分析了保护技术，并列举了相关实施措施，希望给类似工程带来一些参考和借鉴。

参考文献

[1]软土区某地铁深基坑施工过程数值模拟及现场监测[J].徐江,龚维明,穆保岗,刘博韬,张琦,戴国亮.东南大学学报(自然科学版).2017(03).

[2]某深基坑安全开挖引起临近建筑物较大沉降的实例分析[J].閤超,刘秀珍.岩土工程学报.2014(S2).

[3]软土地区嵌岩连续墙与非嵌岩连续墙支护性状对比分析[J].刘念武,龚晓南,陶艳丽,楼春晖.岩石力学与工程学报.2014(01).

[4]杭州地铁新塘路、景芳路交叉口工程深基坑监测分析[J].丁智,王达,虞兴福,王金艳,蒋吉清.岩土工程学报.2013(S2).

[5]我国城市地下民用建筑工程建设标准化浅析[J].马学明,王曙光,陆伟东.地下空间与工程学报.2009(S2).

[6]深基坑工程施工事故技术分析及处理措施探讨[J].王涛.科技创新导报.2009(16).

[7]杭州地铁工地坍塌事故的警示[J].邵根大.现代城市轨道交通.2009(01).

[8]深基坑开挖对周边地表沉降影响因素分析[J].周沈华,杨有海,王随新.土工基础.2008(02).

[9]地铁开挖过程与临近建筑地基变形的动态响应[J].姚爱军,向瑞德,衡朝阳.地下空间与工程学报.2007(S2).