广州地铁某暗挖隧道段基坑监测变形分析

陈 亮

1 工程概况及地质条件

广州市地铁某暗挖段区间隧道结构复杂，跨度大，围岩级别主要为Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ，Ⅴ类，场地类别为Ⅱ类。在施工过程中将不可避免地会对相邻建筑物和周围地面环境造成影响。根据有关规范标准[1-3]，综合分析本基坑支护工程的破坏后果、基坑和周边环境，为保证结构安全与围岩的稳定，确保地面建筑物及地下管线的正常使用和地面交通顺畅，建立了专门组织机构在施工的全过程进行全面、系统的监测工作，并将其作为一道重要工序纳入了施工组织设计中。

2 基坑监测

由于地下工程地质条件多变，地表以下分布大量的市政、电力和通信管线或管沟;如果管线处地层发生过量沉降，将会引起管线的破坏。只有掌握了第一手资料，才能为设计、施工安全提供依据。因此，及时掌握开挖支护期间结构的稳定性以及掌握施工期间对周围环境的影响非常重要，必须进行全面的监控量测。

2.1 监测目的

1)掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工;

2)预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然;

3)积累资料，为以后的新奥法设计提供类比依据;

4)为确定隧道安全提供可靠的信息;

5)量测数据，经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，保证施工安全和隧道稳定。

2.2 主要监控量测项目

依据有关规范[4，5]并结合基坑特点确定监测内容如下:

1)地表下沉及地表建筑物下沉及倾斜;

2)暗挖隧道拱顶下沉;

3)暗挖隧道净空水平收敛;

4)钢拱架钢筋应力;

5)爆破震动效应。

2.3 监测控制标准

控制标准:对于地表及建筑物沉降为30 mm;对于钢筋混凝土及砖木结构建筑物倾斜为3.0%;横支撑轴力控制为4560 kN;拱顶下沉为45 mm;净空收敛为30 mm;爆破垂直震动速度，钢筋混凝土结构控制标准为2.5 cm/s，砖石结构及地下管线1.5 cm/s，砖砌平房 0.8 cm/s～1.0 cm/s。

2.4 监测实施方法

1)地表下沉。

地下工程开挖后，地层中的应力扰动区延伸至地表，地表沉降可以反映隧道开挖过程中围岩变形的全过程，尤其是对于城市浅埋地下工程，若在其地表有建筑物时就必须对地表沉降情况进行严格的监测和控制。基点埋设在沉降影响范围以外的稳定区域内，如图1所示。

沉降点的布设每10 m为一个断面;沉降值计算以地表监测基点为标准水准点，该测点的沉降值:

其中，ΔH为测点与水准点的高程差;Δht为各监测点的标准高程。

2)地表建筑物下沉及倾斜。

在地下工程的修建中，地中荷载的改变可引起地面不均匀下沉，将造成地面建筑物的倾斜。监测时，建筑物墙体每10 m设一个测点，沉降值的计算与地表的沉降计算相同。

倾斜计算如图2所示。

其中，SH2为水平位移;θ为水平位移产生的倾斜角。

3)地下构筑物监测。

在地下工程的修建中，地中荷载的改变可引起地下构筑物不均匀下沉。基点的埋设同地表下沉，并按地表建筑物沉降及倾斜计算方法计算。

图1 基点埋设示意图

图2 建筑物倾斜值计算图

4)拱顶下沉。

拱顶下沉量测值是反映隧道安全和稳定的重要数据，是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的反映，易于实现量测信息的反馈。拱顶测点预埋件的埋设主要为基点与测点的埋设，拱顶下沉量测和周边收敛量测设同一断面，每10 m为一个断面，与水平收敛测点设在同一断面上。

沉降值:

其中，Ui为第i次高差;Ui－1为第i－1次测得与基点的高差;ΔU为第i次测得的沉降值。

5)隧道净空收敛。

隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化(收缩和扩张)是围岩变形最明显的体现。点的布设每断面设两条水平测线，每10 m为一个断面，与拱顶下沉测点和水平收敛测点设在同一断面上，收敛预埋件形状如图3所示。

收敛值:

其中，Un为第n次量测的净空变形值;Rn为第n次量测时的观测值;Rn－1为第n－1次量测时的观测值。

图3 收敛计预埋件示意图

6)地下管线沉降控制基准。

在地下工程的修建中，地中荷载的改变可引起地面不均匀下沉。不均匀下沉将造成地下管线的沉降;现场存在电力隧道、给水管、雨(污)水管、煤气管、电信电缆等。监测工作管线点采用模拟点并以管线阀门井、窖井等的井口地面结构直接点进行观测，监测点的布设和地表沉降测点同时布设，并且在同一个断面上，有特殊的管线，另行布设监测点。

7)钢拱架钢筋应力。

为了解施工过程中钢拱架的结构内力情况，每环钢架布设20个～28个测点，分别沿钢架的外边缘各内边缘成对布设。每次所测得的频率根据钢筋轴力计的频率，即轴力标定曲线来直接换算出相应的轴力位。

8)爆破震动测试。

通过爆破震动监测，可修改爆破设计，控制超、欠挖，同时了解钻爆法施工对地表建筑物的振动影响情况。地面振动测点的埋设与地表沉降测点类似，尽量沿隧道轴线布置;建筑物振动测点的埋设与其沉降测点类似，埋于墙角处。最后通过CRAS系统软件包进行存储、分析，输出地震动波形，计算出爆破震动速度。

3 数据处理与分析

1)对地表下沉，首先绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图。如图4所示，正常曲线表示位移的变化随时间和距掌子面距离向前推进而渐趋稳定，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的;反常曲线中出现了反弯点，说明位移出现反常的急骤增长现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。

2)地表建筑物下沉、倾斜及地下构筑物如果超限，则应对结构进行加固处理，选择改良受影响设施周围的土层，同时采取措施尽可能控制隧道开挖引起的地表下沉值。

3)如果拱顶下沉超限，隧道净空收敛值过大时，可改良拱顶岩体或土体的稳定性，改善开挖方法或改变凿岩爆破参数及一次凿岩爆破的规模，以减小开挖或爆破对拱顶围岩的扰动，加强支护。

4)钢拱架钢筋应力需根据轴力值绘制钢筋应力随时间的变化曲线，以及钢筋应力随开挖距离的变化曲线图。形成钢拱架钢筋应力分布状态图。

图4 时间位移曲线图和距离位移曲线图

4 结语

基坑监测过程中及时发出预报采取措施控制险情，突出了基坑工程信息化施工的必要性与重要性。在基坑施工过程中，需要根据现场的实际工程地质条件及选择的支护形式、建筑物的安全等级，对支护结构的变形进行监测和严格控制。在施工中通过加强监测及时反馈信息，在准确分析的基础上，修改调整施工方案，提出对策，使施工始终处于安全可控状态。

[1]DBJ FF15-20-97，建筑基坑支护工程技术规程[S].

[2]GJB 02-98，广州地区建筑基坑支护技术规程[S].

[3]JGJ 120-99，建筑基坑支护工程技术规程[S].

[4]JGJ 8-97，建筑变形测量规程[S].

[5]GB 50026-93，工程测量规范[S].

[6]李玉磊.宝天曼隧道施工监控量测分析研究[J].山西建筑，2010，36(21):313-314.