黃光財， 王 濤， 劉艷剛

(中國水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

1 概 況

海昌路站是成都地鐵18號線工程的第四座車站，是與1號線三期工程牧華路站通道換乘站。本站為雙島車站，車站分界里程為YCK22+236.700～YCK22+714.900，有效站臺中心里程為右線YCK22+477.000；車站長度478.2 m，標準段寬度42.8 m，車站兩端左右線均接盾構區(qū)間。車站頂板覆土厚度約為2.5 m，底板埋深約16.65 m。本站共設有4個出入口、2組共7個低矮風亭和1座冷卻塔。海昌站主要結構形式為地下兩層三柱四跨框架結構，采用明挖法施工。

海昌路站東側為極地海洋世界、天府菁蓉、悅城、宏達·世紀錦城；西側石化大廈、明珠頤園、鹿港小區(qū)、華陽汽車站。車站位于天府大道南段，海昌北路與海昌南路之間，呈南北走向，沿天府大道敷設于天府大道東側綠化帶內。

2 監(jiān)測技術現(xiàn)狀及監(jiān)測目的

目前我國深基坑工程技術尚處于發(fā)展階段，深基坑監(jiān)測技術也處于待完善的階段，目前使用的監(jiān)測技術和方法大多數(shù)是引進與之相關的變相測量、巖土工程等領域的技術。因此，在工程實際應用中不斷總結優(yōu)化，進一步提高監(jiān)測方法、技術，為施工安全提供強有力的保障。

基坑開挖過程中，為保證支護結構的穩(wěn)定性，確保施工安全，從而不危及基坑周邊建(構)筑物和地下管線。因此，施工過程中必須采取相應的監(jiān)控保護措施，加強施工期間地表沉降等監(jiān)測，及時反饋監(jiān)測信息，并做相應修改實施。監(jiān)測的目的主要是：

(1)了解圍護結構的受力﹑變形及基坑地表的沉降情況，對圍護結構的穩(wěn)定性進行評價。

(2)監(jiān)視圍巖應力和變形情況，驗證支護襯砌的設計效果，保證地表建筑和地下管線的安全。

(3)通過獲得的圍護結構及周圍環(huán)境在施工中的綜合信息，進行施工的日常管理，對設計和施工方案的合理性進行評價，為優(yōu)化和合理組織施工提供可靠信息，并指導后續(xù)施工。

(4)積累資料，為類似工程提供參考。

3 監(jiān)測工作的實施

3.1 監(jiān)測基準網的建立

在進行監(jiān)測項目前，首先要建立監(jiān)測控制網，以便及時準確地反應監(jiān)測項目、測點的變化情況。平面位移監(jiān)測控制網應布設獨立的控制網，控制點埋設在變形區(qū)外，如有條件，監(jiān)測網宜采用強制對中觀測架。垂直位移監(jiān)測控制網宜采用水準高程控制網，在變形觀測中定期對高程控制網點進行檢測。

本基坑工程的豎向位移監(jiān)測包括周邊地表、圍護結構頂部，以及基坑周邊建(構)筑物的豎向位移監(jiān)測，監(jiān)測的范圍廣，工作量大；高程控制網按照兩個層次布網，即由高程基準點、工作基點組成沉降監(jiān)測控制網，由工作基點與所聯(lián)測的監(jiān)測點組成擴展網。測量采用成都市高程系統(tǒng)，嚴格按照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》一等水準測量要求采用環(huán)形閉合路線或復合閉合路線進行觀測，聯(lián)測其余工作基點構成水準網，進行平差。

平面監(jiān)控量測控制網采用徠卡TS15A全站儀，高程基準網測量采用徠卡DNA03數(shù)字水準儀觀測。

3.2 支護樁頂水平位移監(jiān)測

3.2.1 測點布置

測點按監(jiān)測設計圖紙布點，位置在基坑四周圍護結構樁(墻)頂上，支護在頂水平位移測點見圖1。其布置的原則為：

(1)測點應盡量布設在基坑圈梁、圍護樁或地下連續(xù)墻的頂部等較為固定的地方，需設置方便，不易損壞，且能真實反映基坑圍護結構樁(墻)頂部的側向變形。

(2)圍護墻頂部的水平和豎向位移監(jiān)測點應沿基坑周邊布置，周邊中部、陽角處應布置監(jiān)測點。監(jiān)測點間距15～30 m，監(jiān)測點宜設置在圍護墻頂上。

圖1 支護樁頂水平位移測點實景

3.2.2 測點埋設與保護

在冠頂梁上埋設工作基點和觀測點時，首先布設工作基點墩，在建立好工作基點墩后，將儀器架設在工作基點墩上，沿基坑邊布設觀測點墩，觀測點位置選擇在通視處，避開基坑邊的安全欄桿，離基坑約300 mm。

在基坑支護結構的冠頂梁上布設監(jiān)測點，監(jiān)測點采用埋設觀測墩的形式，埋設監(jiān)測點觀測墩的方法應首先在基坑邊的支護樁冠頂梁上鉆孔，在孔內埋設Φ25鋼筋，并澆筑混凝土觀測墩，墩頂部埋設強制對中螺栓。為減少測量誤差，縮短設備的架設、對中時間，提高工作效率，應采用如下方法：根據所采用的反射棱鏡，定制了如圖1所示的對中螺栓代替普通的棱鏡對中螺栓，該螺栓的頂部加工成半球形，直接把棱鏡套在該螺栓上，并可自由轉動棱鏡。安裝該螺栓時必須保證垂直。

3.2.3 觀測方法

根據基坑施工現(xiàn)場實際條件，水平位移監(jiān)測采用極坐標法，基坑開挖前一周建立各監(jiān)測點的初始坐標(不少于3次，取平均值作為初始坐標)，基坑開挖后每次測量值與初始值對比得到該點的位移量，并根據該點在基坑的方位角，確定位移量在垂直于地墻方向的分量。

3.2.4 數(shù)據處理

通過極坐標法測量獲得的是位移點在地鐵施工測量坐標系下的坐標值，水平位移量是指位移點沿垂直于基坑邊線方向的偏移值，在實際工程中，基坑形狀往往為非直角多邊形，經常出現(xiàn)曲線形基坑。

如圖2所示，xoy為施工測量坐標系，x′oy′為與xoy共原點的參考坐標系。P(x，y)和P(x′，y′)為位移點P分別在施工測量坐標系和參考坐標系中的坐標。α為位移點P沿基坑邊垂線(且指向基坑內)在施工測量坐標系中的坐標方位角，參考坐標系x′軸系施工測量坐標系x軸旋轉α角且與P點基坑邊的垂線平行。

圖2 水平位移量計算示意

由坐標系旋轉變換原理可得：

(1)

即：以施工測量坐標系中按極坐標法施測的位移點坐標P(x，y)、位移點基坑邊的垂線坐標方位角(可在基坑電子平面圖上獲得)?？捎煞匠?1)求得位移點在參考坐標系中的坐標值。設本次監(jiān)測為第(i+1)次，前次監(jiān)測為第i次(i≥1)，則位移量計算可表達為：

(2)

通過全站儀測量角度、距離計算監(jiān)測點在施工坐標系統(tǒng)下的坐標值(見圖3)，數(shù)據處理的模型為：

(3)

式中，D為所測的平距；xi、yi為待測點的坐標；xA、yA為工作基點坐標；αAB為起始邊AB的坐標方位角；β為所測方向與起始方向間的左角值。

圖3 全站儀測量坐標值示意

結合以上各式解算的Δxi+1即為P點在基坑邊的垂線方向的位移量，該差值也符合位移往基坑內數(shù)值為正、往基坑外數(shù)值為負的理解習慣，此法需在初次監(jiān)測時，解求每個位移點基坑邊垂線(指向基坑內)的坐標方位角。

3.3 支護樁頂豎向位移監(jiān)測

樁頂豎向位移監(jiān)測與樁頂水平位移測點同點共用，用水準儀觀測。

3.4 支護樁體水平位移監(jiān)測

3.4.1 測點布點與埋設

樁體變形按照設計要求，本基坑樁體變形監(jiān)測點位于基坑各邊。測斜管采用綁扎埋設。埋設時將測斜管在現(xiàn)場組裝后綁扎固定在樁(墻)鋼筋籠上，管底與鋼筋籠底部持平，頂部到達地面，管身每 1.0 m 綁扎 1 次。測斜管隨鋼筋籠一起下到孔槽中，并將其澆筑在混凝土中。

3.4.2 監(jiān)測原理

測斜儀采用成都金碼儀器廠CX-30A型測斜儀。測斜儀器由測斜管、電纜、測斜探頭、數(shù)字式測讀儀四部分組成。在監(jiān)測前，測斜儀必須經過嚴格的標定?；娱_挖時，測斜管隨著支護結構的變形而產生變形，通過測斜儀逐段測量傾斜角度，可得到測斜管每段的水平位移增量。測斜監(jiān)測原理如圖4所示。

圖4 測斜管埋設與測試原理示意

計算公式如下：

(4)

式中，ΔXi為i深度的累計位移(計算結果精確至0.1 mm ) ；Xi為i深度的本次坐標，mm；Xi0為i深度的初始坐標，mm；Aj為儀器在0°方向的讀數(shù)；Bj為儀器在180°方向上的讀數(shù)；C為探頭標定系數(shù)；L為探頭長度，mm；αj為傾角。

3.4.3 監(jiān)測方法

實測時首先把電纜接入測斜儀，并將電纜與測頭連接，用扳手將壓緊螺帽擰緊以防止?jié)B水。將測頭導輪高輪向基坑內側方向卡置在預埋測斜管的導向滑槽內，將它輕輕劃至管底起測位置處，該位置最好高出管底0.5 m為宜，以防止掉入異物時測頭無法到達起測位置而影響數(shù)據的連續(xù)觀測。利用測讀儀記錄完第一個讀數(shù)后，將電纜提起0.5 m至下一處深度標記，待測讀儀讀數(shù)穩(wěn)定后采集數(shù)據，再將電纜提起0.5 m，直至管頂為止。拿出測頭后水平轉動180°，使高輪指向基坑外側重新放入測斜管中，重復上述觀測步驟在相同的深度標記上采集數(shù)據，完成全部觀測工作。測頭導輪的正反向讀數(shù)可以抵消或減少傳感器的偏值所造成的誤差，以保證測量精度。測量結束后，通過軟件將數(shù)據導出，處理后得到該孔的變形曲線，即可反映出該點所在地連墻位置區(qū)域的變形趨勢。

3.5 支撐軸力監(jiān)測

3.5.1 監(jiān)測點布設

通過軸力計量測。鋼支撐軸力監(jiān)測采用鋼弦式頻率軸力計，安裝時將軸力計安裝架與鋼支撐端頭對中并牢固焊接，在擬安裝軸力計位置的樁(墻)體鋼板上焊接一塊250 mm×250 mm×25 mm的加強墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計陷入鋼板。待焊接件冷卻后，將軸力計推入安裝架并用螺絲固定好。安裝過程要注意軸力計和鋼支撐軸線在同一直線上，各接觸面平整，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過軸力計(反力計)正常傳遞到圍護結構上。詳見圖5。

圖5 軸力計安裝示意

3.5.2 監(jiān)測原理

基坑開挖時，安裝于鋼支撐的軸力計受力產生的變形將引起儀器內鋼弦變形，使鋼弦發(fā)生應力變化，從而改變鋼弦的振動頻率。計算公式如下：

N=k(fi-f0)

(5)

式中，N為鋼支撐軸力，kN；k為軸力計標定系數(shù)，kN/Hz2；fi為軸力計監(jiān)測頻率，Hz；f0為軸力計安裝后的初始頻率，Hz。

3.5.3 監(jiān)測方法

測量時，采用該廠家AIIwin16410100型直讀式數(shù)據采集儀，將電纜接頭與數(shù)據采集儀對接，直接采讀軸力計應力值。儀器頻率精度0.5%±0.3 Hz，測量范圍750～3 500 Hz。支撐軸力量測必須考慮盡量減少溫度對應力的影響，同一批支撐盡量在相同的時間或溫度下量測，每次讀數(shù)均應記錄溫度測量結果。量測后根據率定曲線，將軸力計的頻率讀數(shù)直接換算成軸力值，對于鋼筋應力計還可根據理論模型再換算成支撐軸力。然后分別繪制不同位置、不同時間的軸力曲線，制作形象的軸力分布圖。

3.6 地下水位監(jiān)測

3.6.1 埋設方法

根據設計圖紙要求，結合現(xiàn)場實際情況,測點位于基坑周邊1.5～2 m。用地質鉆機鉆直徑Φ89 mm孔，水位孔的深度在最低設計水位以下(坑外孔深同基底，坑內孔深達到基坑底以下3～5 m)，成孔完成后，放入裹有濾網的水位管，管壁與孔壁之間用凈砂回填至離地表0.5 m處，再用黏土進行封填，以防地表水流入。水位管用Φ55 mm的PVC塑料管作濾管，管底加蓋密封，防止泥砂進入管中，下部留出0.5～1.0 m深的沉淀管(不打孔)，用來沉積濾水段帶入的少量泥砂，中部管壁周圍鉆4列Φ6 mm左右的孔，縱向間距10～15 cm，相鄰兩列的孔交錯排列，呈梅花形布置。管壁外包扎上濾網或土工布作為過濾層，上部再留出0.5～1.0 m，作為管口段(不打孔)，以保證封口質量

3.6.2 監(jiān)測原理

地下水位監(jiān)測使用常州金土木儀器廠生產的SJ-92型鋼尺水位計。水位變化量的測讀有兩大部分組成：地下材料埋入部分，由水位管和底蓋組成；地面接收儀器(鋼尺水位計)，由測頭、鋼尺電纜、接收系統(tǒng)和繞線盤等組成。

測頭部分：不銹鋼制成，內部安裝了水阻接觸點，當觸點接觸到水面時，便會接通接收系統(tǒng)，當觸點離開水面時，就會關閉接收系統(tǒng)。

鋼尺電纜部分：由鋼尺和導線采用塑膠工藝合而為一，既防止了鋼尺銹蝕，又簡化了操作過程，測讀更加方便、準確。

接收系統(tǒng)部分：由音響器、指示燈和峰值指示器組成。音響器發(fā)出連續(xù)不斷的蜂鳴聲響，指示燈點亮，峰值指示為電壓表指示。

3.6.3 監(jiān)測方法

通過水準測量測出孔口標高H，將探頭沿孔套管緩慢放下，當測頭接觸水面時，蜂鳴器響，讀取測尺讀數(shù)ai，則地下水位標高HWi=H-ai。則兩次觀測地下水位標高之差ΔHW=HWi-HWi-1)，即水位的升降數(shù)值。根據管口高程可得坑內外地下水位高程。

3.7 既有建筑物位移監(jiān)測

3.7.1 測點布置與埋設

建(構)筑物測點埋設時應注意避開有礙設標與觀測的障礙物，并視立尺需要離開墻(柱)面和地面一定距離。埋設位置要便于觀測同時便于保護，不易被破壞。

沉降測點標志采用“L”型測點標志形式，測點埋設的方法是：墻面上鉆孔，然后將測點標志(Φ=20 mm)預埋件放入，孔與測點四周空隙用水泥砂漿或錨固劑填實(測點固定部位做成螺紋)。埋設形式如圖6所示?；蛘呤褂帽O(jiān)測條碼尺，將條碼尺黏貼至需要監(jiān)測的部位和合適的位置，黏貼處一定要牢固，四周需要封閉開口，條碼尺要黏貼整齊。黏貼監(jiān)測條碼尺形式如圖7所示。

圖6 建(構)筑物沉降測點(單位：mm)

圖7 監(jiān)測條碼尺布設示意

3.7.2 測量儀器

建(構)筑物沉降監(jiān)測使用精密水準儀。

3.7.3 觀測方法

3.7.4 數(shù)據處理

(1)觀測數(shù)據計算。觀測完成后，將滿足各項限差要求的原始數(shù)據輸至計算機，然后通過專業(yè)數(shù)據處理軟件對其嚴密平差推算出各工作基點的高程，再由工作基點經過嚴密平差后推算出各觀測點的本次高程值。兩次觀測高程的差值即為本次沉降值，本次沉降值與歷次沉降值和值即為累計沉降值，沉降值的單位采用 mm，計算結果精確到0.01 mm，高程計算結果經過人工初步分析和數(shù)據篩選，同時將被監(jiān)測單元的觀測時間、觀測時的工程進度輸入數(shù)據庫，即可計算出各點的階段沉降速率，沉降速率的單位采用mm/d，計算結果精確到0.01 mm/d。

(2)變形數(shù)據分析。觀測數(shù)據計算完畢后，根據需要隨時生成：原始成果表格、階段和最終成果表格、觀測點下沉量一覽表、代表性觀測點時間下沉曲線等，以備數(shù)據分析使用。在根據已有觀測數(shù)據和圖表分析觀測點穩(wěn)定性時，應首先進行變形量分析，若本次累計變形量小于最大限差時，可認為該觀測點在此段時期內沒有變動或變動不顯著；相反，則視為有明顯變動。其次，進行觀測速率的分析，當階段變形速率超出預警值時，則應根據各監(jiān)測項目的風險等級、施工進度、施工措施、變形情況、支護圍護結構穩(wěn)定性、周邊環(huán)境穩(wěn)定性狀態(tài)，進行綜合判斷，并及時報告有關各方采取有效防范措施。

3.7.5 傾斜監(jiān)測

實施差異沉降法求出建筑物傾斜，即通過建筑物同斷面兩點之間沉降之差與兩點間距的比值，求出建筑物傾斜。

3.8 管線變形監(jiān)測

3.8.1 測點布置與埋設

在基坑開挖前，根據管線遷改情況，對位于海昌路站基坑施工影響范圍內管線進行重點監(jiān)測。地下管線測點布置與埋設應滿足以下要求。

直接法布點。首先開挖至管道深度，將鋼筋焊接于管線的頂部并引至地表，周圍用磚砌筑成陰井，見圖8。對于埋深較淺的煤氣管道，則考慮采用抱箍法，即根據管道的外徑、特制兩個對開的箍，環(huán)抱管道，用鋼筋引出地面。對于埋深較大的管道，可鉆孔至管道頂部，孔中放入保護管，管中放入鋼筋，鋼筋底部須適當擴大，以測量管道頂部或底部的土體位移。

圖8 地下管線觀測點埋設示意

3.8.2 測量儀器

地下管線沉降監(jiān)測使用精密水準儀。地下管線沉降監(jiān)測最小精度要求達到0.1 mm。

3.8.3 觀測方法

地下管線沉降監(jiān)測采用城市一等水準測量。

3.8.4 沉降計算

通過監(jiān)測固定測點在不同時間的高程值，求出兩次監(jiān)控量測的差值，得出該點的變化量。設H0為初始高程，Hn為第n個觀測周期的高程，則累計沉降變化量ΔH=Hn-H0，正值表示上升，負值表示下沉。

3.9 地表沉降監(jiān)測

3.9.1 測點布置與埋設

在基坑施工時，為了解基坑施工對圍護外側土體的擾動影響，沿垂直于基坑主體方向，布設地表沉降點?；訁^(qū)每邊埋設一個斷面，每個斷面2個測點。地表沉降觀測點的埋設采用鉆孔方法進行埋設，即所設測點應穿透道路表面結構硬殼層，將其埋設在路基層中(通常深度不小于60 cm)，同時應設置保護套管及蓋板，如圖9所示。

3.9.2 測量儀器

地表沉降(或隆起)監(jiān)測使用精密水準儀。

3.9.3 觀測方法

地表沉降(或隆起)監(jiān)測采用城市一等水準測量，地表沉降(或隆起)監(jiān)測儀器最小精度要求達到0.1 mm。

4 結 語

深基坑工程施工過程中往往會引起基坑周邊一定范圍內地層應力發(fā)生變化，從而造成地表沉降，樁體位移，過大的位移會危及基坑安全及周邊建(構)筑物的穩(wěn)定性。通過施工監(jiān)測對得到的信息進行分析，可以及時發(fā)現(xiàn)問題，制定相關的安全措施，指導施工，保證基坑開挖及結構施工的安全。

圖9 地表沉降觀測點埋設示意