摘要：随着我国地铁建设的蓬勃发展，地铁车站深基坑开挖的安全问题及其对周边环境的影响越来越引起人们的高度重视。由于地铁工程大多在市中心，是一座城市最系统、最复杂、最综合的建设工程，不仅点多、线长、面广、量大，而且质量安全要求高、时间跨度长，是与城市共同成长和发展的百年工程，涉及到方方面面，组织施工难度大。对地铁工程的各项安全性要求也在不断提高。地铁基坑工程由于受多种因素的影响,已成为市政工程中的重点和难点。为确保基坑安全,除了对深基坑的固护支撑设计和施工方案充分论证外,另一个重要方面是制定出周密而又系统化的基坑监测方案及周围道路管线、相邻建筑物的监测方案,实行专业性施工,以监测数据指导施工。
关键词：地铁深基坑，支撑体系，变形，监测，位移
引言
本文主要对杭州地铁2号线西北段沈塘桥站工程深基坑基础开挖过程为例子，对深基坑开挖进行动态监测分析。对周边建筑物，周围综合管线进行观察，考察了大量文献，综合了深基坑工程的特点，变形机理以及基坑变形监控相关理论。深入研究基坑监测系统，通过该实际工程案例，阐述深基坑变形监测系统的建立方法和相关的注意要点，结合项目监测数据，研究与分析以地铁基坑施工过程中监测的全过程管理系统。主要的研究课题是：深入了解深基坑变形原理，随后进行基坑的变形监测，以及基坑的变形预测理论与方法。结合现场工程实际情况，建立了比较完整的深基坑监测系统。根据项目监测的数据，使用预测监测模型进行不同变形的基坑监测，并将预测值与实际测量值进行比较，得出基坑深度变形预测中的可用性和适用性。
一、杭州地铁2号线一期工程沈塘桥站概况
杭州地铁2号线一期工程沈塘桥站位于文三路与文二路之间，车站主体成长方形主体大致沿莫干山路南、北向布置，沈塘桥站车站外包长292.7m，宽20.1m（端头宽24.4m），站台宽度12m，基坑深16.61m（端头井深18.3m）。车站主体的围护结构主要采用800mm厚的地下连续墙以及钢支撑、砼支撑内支撑体系；竖向设5道支撑，其中第一道支撑截面为1000×1200mm钢筋混凝土支撑（纵向采用截面600×900截面、900×900截面钢筋混凝土系梁连接），其余为钢支撑直径均为609 mm ，厚度为16mm的钢管支撑，端头井位置第五道支撑为双榀支撑。
二、监测项目内容及范围
周边建筑物有浙江省邮电学院，浙江省电信器材厂，华龙商务大厦，其距基坑边为13.7m；名家厨房，技工学校，耀江国际大厦，天目茂林特产住宅楼等。
三、 深基坑施工对周边建筑物的现场监测成果分析
根据设计方案和现场施工组织，通过对现场不间断地实时监控，在沈塘桥地铁站深基坑开挖前后，以及主体实施阶段对周围建筑物进行了全过程的监测，由此得到了宝贵的的一手监测数据成果。杭州地铁2号线西北段沈塘桥站于2014年4月底开始主体结构地下连续墙沉槽施工，从此刻起开始周边管线及建构筑物的监测，于2015年5月19日土方观测开始施工；于2015年12月21日深基坑底板全部完成浇筑工作；于2016年1月20日全部完成基坑中板浇筑工作；于2016年3月下旬完成基坑结顶工作；截止于2017年4月15日，整个观测周期共经历了监测了224次。地铁车站基坑开挖期间监测频率为1次/3天，地铁车站主体结构施工期间监测频率为1次/6天，当主体结构施工完成后周边建构筑物已趋于稳定或基坑已回完土，且周边建构筑物日变化速率小于等于±0.04毫米/天，可以停止监测。
（一）浙江省电信器材厂在基坑开挖前后的监测数据情况及分析
电信器材厂对应基坑施工区域为31-37轴。 电信器材厂开挖前后累计沉降柱状图如图1。
注（单位：mm）
图1 电信器材厂开挖前后累计沉降柱状图
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图4-3 邮电新村开挖前后累计沉降柱状图 注（单位：mm）
（三）天目茂林特产住宅楼在基坑开挖前后的监测数据情况及分析
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从上述图数据可以看出，沈塘桥站周边建构筑物邮电学院沿街商铺、邮电新村、浙江省电信器材厂、名家厨房、杭州市技工学校、天目茂林特产住宅楼累计沉降量均超过报警值，部分靠近基坑侧测点累计沉降量较大且超过100mm，由变化曲线图可以看出基坑施工对周边环境的影响是一个渐进的过程，建筑物沉降监测的曲线形态与相应区域本身的地质状况是密不可分的，通过对各阶段沉降量对比可以看出，沉降监测的结果与现场的施工工况、土质的性状息息相关。建筑物一旦被扰动后，都需要一个很长的沉降时间把前期的改变的应力释放掉才能达到稳定期。因沈塘桥站两侧路面存在前期管线迁改后填土不密实情况，且该路段车流量较大，重载的车辆较多，因而随着基坑开挖深度的不断增加，也一定程度加大了其变化的速率。所以基坑周边地表及管线监测点的数据累计沉降量也相对较大，且大部分测点已经远超过累计报警值。同时受基坑开挖施工及时空效应的影响，基底暴露时间的加长，墙体、土体深层水平位移累计变化量也均超过报警值。车站的管线监测点均采用的间接点布置方法，因此变化趋势和地表点一致。随着基坑土方开挖结束、垫层和底板浇筑的完成，沉降速率也逐步趋缓。后期随着基坑主体结构施工的完成，各项沉降监测数据逐渐趋于稳定。
四、基坑施工对周围环境的影响分析小结
沈塘桥站附属结构施工期间对周边建构筑物也有一定影响，邮电新村、杭州市技工学校附属在施工期间累计沉降相对较小，主要受前期主体结构施工影响，部分累计沉降量超过报警值；地表监测点的沉降主要原因是受基坑开挖因素的影响，及重型机械的碾压，同时因为场地狭窄原因，钢筋、钢支撑等重型器械的堆载，也导致了地面荷载加大，从而加剧了地表的沉降。管线在附属结构施工前已全部迁改至主体结构上方，管线监测点均采用的间接点布设，且位于车流量较大的马路上，因此长期重型车辆的碾压也导致管线监测点出现不同程度的下沉，累计沉降量相对较小，均未超出累计报警值。随着基坑土方开挖结束、垫层和底板浇筑的完成，沉降速率也逐步趋于稳定。墙体深层水平位移的变形主要是受基坑开挖施工及时空效应的影响，随着基坑开挖深度的增加，坑底暴露时间加长，从而使其变化速率逐渐增大，随着结构施工完成，各项监测数据趋于稳定。
监测结果证明了基坑支护结构的变形、内力与每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸、围护桩无支撑暴露时间等施工参数有明显的相关性。在该基坑支护结构施工中，第1道钢支撑的轴力明显大于第2道和第3道支撑的轴力，是由于推迟架设第2道钢支撑、局部土方超挖造成的。
地下连续墙墙顶水平位移:基坑开挖第 1 层土时墙顶位移量最大，一旦第 1 道支撑安装完毕。墙顶位移的趋势会立即减小，可见，第 1 道撑的安装至关重要 。未开挖地段受已开挖基坑总体位移的影响，仍有可能向基坑方向位移，但其位移量不足以对基坑的安全造成大的影响 。在安装第 3 道支撑时，墙体受力很大， 在支撑处形成支点，如果底部土压力过大或第 4 道支撑加力不足，很可能造成墙顶朝土体一侧位移。
地下连续墙墙身及周围土体水平位移：墙身及土体水平位移通过布设在地下连续墙中的测斜管进行监测，实测墙体和土体的最大位移值受开挖时间和基坑支护时间影响很大。监测表明开挖深度决定位移的变化情况，开挖第 1 撑时，其最大位移处在第 1 撑以下，随着基坑的开挖， 其最大位移处也向下移动， 一旦第 4 撑安装完毕， 连续墙趋于稳定。最大位移值处于第 3 、4 撑之间的位置。
基坑外地下水位和孔隙水压力：用地下钢尺水位计和水位管来量测地下水位。布设的水压计来量测孔隙水压力。随着工程的施工，大量抽取地下水，致使地下水位和孔隙水压力逐渐下降，主体施工完毕 ，水压力和水位又逐渐回升。从水位和水压力的联测情况来看，水位和水压力可以相互验证。
结语
深基坑施工中淤泥质土受基坑支护结构整体强度大小的影响很大，支护结构钢支撑由于本身的特性，钢支撑轴力相对比较容易损失，而当人工复加轴力时地下连续墙已经发生较大变形了，钢支撑轴力变化值相对比较敏感，而钢支撑自动轴力伺服系统（简称SBASS），可以有效增加预应力补偿。钢支撑轴力自动伺服系统是一套运用于深基坑钢支撑上，通过DCS系统对钢支撑轴力进行监测，而且可以依据设计轴力的应力值自动增加或减少轴力的自动实施系统。钢支撑轴力自动伺服系统可有效避免钢支撑轴力损失，可以显著减少基坑围护结构侧移及地面位移量。杭州地铁目前还未采用过钢支撑自动轴力伺服系统，由于现阶段采用的钢支撑本身应力消散、温差应变等引起的变形问题比较突出，在杭州地铁深基坑施工中钢支撑自动轴力伺服系统能否很好地控制基坑变形仍有待于结合杭州地铁实际工程做进一步研究。
（1）、设计一般都是直接采取以规范的30mm这个推荐值作为报警值，使得各种地区各地的不同土质所采用的报警值都一样，这样显然不能准确反映现场的实际情况，对后期的基坑施工及监测不能有针对性地指导。设计单位应该根据每一个不同的车站所处的地层和周边环境的不同情况设定不同的报警值。
（2）、从测斜的位移曲线图可以得到，因为地下连续墙和顶部围护结构的完成。随着开挖深度的不断加深，墙顶的水平位移由于水平混凝土支撑的原因，导致变形部位出现在墙体中部，地下连续墙的最大水平位移也随着开挖深度的增加而不断地往下移，最大位置位于开挖面以下4m处，并且和地下连续墙的深度和支撑的具体架设位置有关，根据监测图表可以看出，墙体的测斜都是采用顶部为位移零点,但是在实际施工过程中顶部会有一个相对的水平位移，但从现今的监测数据报表体现出的墙体位移最大值几乎都在开挖面以下4m左右，但是实际现场施工情况和图表显示的不完全符合，有一定的偏差。后期在墙体测斜的监测报表中如果采取顶部为相对零值时，可以加上一定的水平位移修正值。土体测斜采用的是测斜管最底部为位移零点，建议墙体测斜也可以采用此类测斜方法。这样能更真实地反映实际墙体位移情况，让监测数据可以更好地作好第三只眼的功能。
参考文献
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