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广州轨道交通二、八号线延长线10标段
新客站基坑变形监测技术总结
梁 维 健
中交四航局第一工程公司
一、工程概况
新客站位于番禺区广州国铁新客站内，车站设于国铁一层中心区地面下，社会车场、公交站、出租车场皆在国铁一层，地铁入口与国铁各出入通道充分联系，换乘方便。地下一层为站厅，地下二层为站台。站台内二号线、七号线、佛山三号线形成换乘。线路走向，二号线与佛山三号线对接，七号线与二号线平行，二号线在一端设置了折返线。线路与国铁形成“十”字交叉换乘；同时在地下一层站厅预留换乘地铁十二号线的通道。地铁车站和国铁车站同期建设。
广州新客站设计起点里程YDKO+216.5，设计终点里程为YDKO+840，全长623.5m，包括广州新客站主体及广州新客站～石壁站明挖区间两部分。其中广州新客站车站主体里程范围YDKO+216.5～YDKO+747.9，车站主体基坑宽55.5～84m，基坑深约10m ； 广州新客站～石壁站明挖区间里程范围YDKO+747.9～YDKO+840。车站预留广州地铁七号线区间接口。
目前车站主体结构已施工完毕。
二、测量执行标准及依据
1）、《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）2）、《地下铁道、轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）3）、《城市轨道交通工程测量规范》（GB 50308-2008）4）、《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）5）、《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）6）、《城市地下水动态观测规程》CJJ/T76-98 7）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
三、监测项目及其内容 深基坑开挖是一项复杂的地下工程。由于地质条件的复杂性、多变性及地下工程施工质量受多种因素影响又难以准确判别的特殊性，深基坑工程的安全及其对周围环境的影响尚难于准确预测，施工阶段的安全监测对保证基坑及周围建筑物的安全、保证施工顺利进行具有重要意义。
根据该基坑支护设计及基坑周围环境状况，基坑监测方案包括六项内容：①、围护桩桩顶（冠梁）水平位移及桩体水平位移（测斜）监测；②、土体侧向变形（测斜）监测；③桩体内力监测；④水平钢支撑轴力监测；⑤地下水位监测。⑥沉降监测
1、支护结构内部深层侧向位移监测（测斜）
桩顶（冠梁）水平位移观测及桩体水平位移观测直接反映支护结构变形特性，是支护结构安全状况的重要指标。桩顶（冠梁）水平位移反映支护结构的顶部变形情况，是支护系统变形的重要内容，且其测点安装布置方便，易于观测，可布置较多测点，在有需要时可以方便地增加新测点。围护桩桩体水平位移观测完整地反映了围护桩的变形。在有支撑作用的情况下，围护桩变形最大、最危险的部位不一定在桩顶。高精度的桩身水平位移观测（测斜）不但能全面反映围护桩的实际变形，且其测量受外界影响小，数据结果稳定，是基坑开挖观测的重点项目。其测斜管安装相对复杂。一般来说两种方法结合使用，测量结果可相互校核，测量数据有点有面，以全面了解整个基坑位移状况。
围护结构的内部位移使用测斜仪进行监测。
测点分别布设在主体结构的墙体中。将测管固定在墙体的钢筋笼内，在绑扎时一定要牢固可靠，以免浇筑混凝土时使其发生上浮或侧向位移，影响监测数据的准确性。密封测斜管底部以及各处的接头，在安装测斜管时随时检查其内部的一对导槽，使其始终与坑壁走向垂直。然后将测斜管同钢筋笼一起沉入挖好的桩体中。根据主体全长在两侧分别合理布设相同的测点。量测时将探头插入测斜管，使滚轮卡在两道槽上缓慢下至孔底处，自下而上沿导槽全长每隔0.5m测读一次，为提高测量结果的可靠性，在每一次测量步骤中均须一定的时间延迟，以确保读数系统与温度及其他条件平稳。
测量完毕后将探头旋转180°插入同一对导槽中，按以上方法重复测量。前后两次测量时各测点应在同一位置上，在这种情况下，两次测量同一测点的读数 1 绝对值之差小于10%，两次结果符号相反，否则应重测本组数据。
2、基坑周边土体深层侧向位移监测（测斜）
监测土体侧向位移可掌握土体的运动规律及预测对地面的影响，据以研究减小施工扰动的施工措施，以保护地面建筑物和地下管线。
①监测仪器
RST自动化测斜仪，PVC测斜管。②监测实施方法
A、测点埋设：对于土体测斜孔，先用地质钻机成孔，孔径应等于或大于89mm。然后将预先将连接好的测斜管放入孔中。管底应埋置在预计发生倾斜部位的之下，一般管底标高低于基坑底部标高2～3ｍ，测斜管与钻孔之间空隙内密实充填水泥砂浆。测斜管应竖直，埋置时应确保其中一组导向槽垂直于基坑边线，管口配保护盖。
B、量测与计算：测试时，联接测头和测斜仪，检查密封装置，电池充电量，仪器是否工作正常。将测头放入测斜管，测试应从孔底开始，自下而上沿导管全长每一个测段固定位置测读一次，测段长度为0.5m，每个测段测试一次读数后，将测头提转180°，插入同一对导槽重复测试，两次读数应接近，符号相反，取数字平均值，作为该次监测值。在基坑开挖前，以连续三次测试无明显差异读数的平均值作为初始值。
应在正式测读前5天以前安装完毕，并在3～5天内重复测量2次以上，当测斜稳定之后，开始正式测量工作。首先测试时沿预先埋好的测斜管沿垂直于车站一轴线方向（A向）导槽（自下而上每隔2米测读一次直至孔口，得各测点位置上读数Ai（+）、Ai（-），其中“+”向与“-”向为探头绕导管轴旋转180°位置。然后以同样方法测平行于车站该轴线方向的位移。
③数据分析与处理
每次量测后应绘制位移—历时曲线，孔深—位移曲线。当水平位移速率突然过分增大是一种报警信号，收到报警信号后，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中出现了什么问题，并及时采取保证施工安全的对策。
④注意事项
ⅰ采用测斜仪在埋设的测斜管内进行测试；ⅱ测斜管采用钻孔埋设；
ⅲ测斜管的上下管间应对接良好，无缝隙，接头牢固固定、密封； ⅳ测斜管安放就位后调正方向，使管内的一对测槽垂直于测量面（即平行于位移方向）；
ⅴ调整方向后盖上顶盖，保持测斜管内部的干净、通畅和平直。管顶宜高出地面约10～15mm；
ⅵ进行钻孔和测斜管之间的回填。回填宜用中粗砂缓慢进行，注意采取措施避免塞孔使回填料无法下降形成空洞。回填后通过灌水和间隔一定时间后的检查，在发现回填料有下沉时，进行回填。回填工作要确保测斜管与土体同步变形；
ⅶ埋设时间应在基坑开挖或降水之前，并至少提前两周完成； ⅷ做好清晰的标示和可靠的保护措施。
3、地下水位监测
由于场地地下水丰富，围护结构设计中采用了单管旋喷桩止水帷幕。若止水结构漏水，将会影响基坑及主体结构的底板施工，使基坑开挖难以顺利进行。为此应对基坑外地下水位进行监测。另外，水压力是作用在支护结构上的主要荷载，通过对地下水位的监测可以掌握水压力荷载的状况。
基坑外距基坑2m的距离处布设水位观测井，将水位管预埋在观测井内对水位进行监测以了解其变化过程。在车站的两侧和轴线位置各布设一个观测井，观测井为小型钻孔机成孔,观测井深度在20m左右的透水层中，然后将水位管放入孔中，从管外回填净砂至地表50cm，管口设必要的保护装置。用水位计量测到水位管顶的距离，测出水位管的高程，推算出水位的标高。通过对水位的监测，可以进一步得到基坑内降水、开挖对基坑外部地下水的影响。地表和建筑物的沉降，基本上都是因为大面积降水引起的，因此要严格控制地下水位，必要时加强观测频率。
4、支撑轴力监测 ①监测仪器
FLJ-40型振弦式反力计（轴力计）及频率接收仪。②监测实施方法
A、测点布设：钢支撑选用端头轴力计（反力计）进行轴力测试，将轴力计 3 焊接在钢支撑的非加力端的中心，在钢支撑和轴力计之间焊接一块250×250×25mm的加强垫板。安装过程必须注意轴力计和钢支撑轴线在一直线上，各接触面平整，确保钢支撑受力状态通过轴力计（反力计）正常传递到支护结构上。混凝土支撑采用钢筋应变计进行测试，绑扎钢筋笼时进行埋设，并牢固固定。
B、现场量测：仪器在埋设前进行标定，支撑轴受力前进行初始值的测量，监测两次的结果平均后作为轴力初始值，在钢支撑承受荷载的过程中按设计和规范要求的频率进行监测，监测时应记录数据稳定后的频率值，填写监测报表，现场检查监测数据是否正确，监测时所记录的数据为频率值。
C、数据计算：钢支撑轴力计算—般公式为： P＝K△F十B 式中：P——所受荷载值(KN)K——仪器标定系数(KN／F)△F——输出频率模数实时测量值相对于基准值的变化量(F)B——仪器的计算修正值(KN)。③数据分析与处理
根据仪器的标定公式代入标定常数，计算轴力值，并绘制轴力-时间变化曲线图；根据轴力-时间变化曲线图和设计规定的轴力限值分析钢支撑内力是否处于安全范围，在监测简报中提出监测分析和建议。
④注意事项
ⅰ钢支撑宜选用端轴力计（反力计）进行轴力测试；
ⅱ将轴力计安装架与钢支撑端头对中并牢固焊接。在拟安装轴力计位置的墙体钢板上焊接一块250×250×25mm的加强钢板，作为垫板，防止钢支撑受力后轴力陷入钢板，影响测试结果；
ⅲ待焊接温度冷却后，将轴力、计推入安装架并用螺丝固定好；
ⅳ安装过程必须注意轴力计和见报支撑轴线在同一直线上，各接触面平整； ⅴ轴力计的量程需要满足设计轴力的要求。在需要埋设轴力计的钢支撑架设前，将轴力计焊接在支撑的非加力端的中心，在轴力计与钢围囹、钢支撑之间要垫设钢板，以免轴力过大使围囹变形，导致支撑失去作用。支撑加力后，即可进行监测。
5、沉降监测(1)支撑立柱沉降监测 ①监测仪器
徕卡N3水准仪、铟钢尺等。②监测实施方法
a、沉降测点埋设：用冲击钻在立柱钻孔，然后放入长200～300mm，直径20～30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实（或直接打入膨胀螺栓），检测点埋设如图2所示。
素混凝土11原地面P88原地面特制膨胀螺丝监测点埋设平面示意图图2 监测点埋设方法示意图(单位:mm)b、测量方法：观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。
c、沉降值计算：在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△Ｈ＝Hn－H0即为沉降值。
③数据分析与处理
沉降监测随施工进度进行，并将各沉降测点沉降值随时间变化量绘制成沉降变化曲线图。计算累计沉降量，与容许沉降控制值比较，以此判定挡土墙的安全可靠性。
6、连续墙顶水平位移量测
剖面图①仪器设备
徕卡TC702全站仪。②监测实施方法
a、测点布置：连续墙墙顶水平位移测点布置在连续墙顶面上，沿车站纵向30米置一个，测点埋设方法同地表沉降观测点埋设，所不同的是在桩顶刻有观测十字丝。观测基点的埋设同地表沉降监测。
b、测量方法：在基坑开挖前，建立导线网，通过导线计算、坐标平差得出观测基点平面坐标（横纵轴沿基坑方向的相对坐标），用徕卡TC702全站仪直接测得观测点的初始相对坐标（X0，Y0），其中X方向为车站南面增大方向，设为纵轴；Y方向为车站西面增大方向，设为横轴。每次监测时直接测出各观测点坐标（Xn,Yn）。
c、位移计算：将每次测得的坐标（Xn,Yn）与初始坐标（X0，Y0）相减，既得观测点相对纵横轴的位移变化量，既X= Xn－X0，Y= Yn－Y0，观测点位移仅为面向基坑的一个方向，实际计算时位移值仅为横纵方向的一个变化量。
③数据分析与处理
墙顶水平位移随基坑开挖进行，将开挖位置处墙顶各点位移量统计并填入位移量表格，墙顶位移量表格反映了该点在某一时间点内的位移量和整个时间段内的总位移量，根据位移量判定基坑开挖过程中维护结构的安全性以及变化量较大时采取相应的对策及措施。
四、监测频率和监测结果反馈
1）、监测频率及测次
观测周期、次数确定的原则：①.各项目在基坑开挖前测初值；②.在开挖卸载急剧阶段，间隔时间不超过3天，当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，则加密观测；③.当大雨、暴雨或基坑荷载条件改变时应及时监测；④.当有危险事故征兆时，应连续观测。
根据本工程的工期安排，基坑的监测频率如下：
（1）围护桩桩顶水平位移、地面地下管线及周围建筑物沉降观测、水位监测：①基坑开挖前测初始值；②基坑开挖期间每天一次；③底板完成前1次/3天；④底板完成后结构施工1次/半月。
（2）桩身水平位移及土体侧向变形（测斜）监测：①.基坑开挖前测初始值；②.开挖至高程0.50m（挖深约3.0m）测一次；③.开挖至高程-2.5m（挖深约6.0m）测一次，3天后再测一次；④.开挖至-5.5m高程（挖深约9.0m）测一次；⑤开挖至基坑底高程约-6.487m测一次，3天后再测一次；⑦底板完成前按1次/（3～7）天；⑧底板完成后结构施工过程按1次/半月~1次/月。
（3）桩身内力监测：基坑每开挖其深度1/5～1/4，测读2～3次，挖至设计深度后，每周测1～2次，一直测到地下底板混凝土浇筑完毕。
4）水平钢支撑轴力监测：①支撑安装完成后测初始值；②基坑开挖期间每天一次；③底板完成前1次/（3～7）天；④底板完成后结构施工1次/半月～1次/月。
由于工地现场施工情况不同，具体测量次数、测量时间可根据监理及业主要求、现场工程进度和测量反馈作相应调整。
2）、各监测项目的报警值如下： 1）、倾斜测量
累计位移量≤±30mm，单次位移变化量≤±1～2.0mm/d； 2）、水位测量
单次变化量≤±500mm/d； 3）、砼支撑轴力测量 频率变化≤±30～50Hz/d； 4）、钢支撑轴力测量
累计量≤±各自的设计量程，单次轴力变化量≤±300kN/d； 5）、水平位移测量
累计位移量≤±30mm，单次位移变化量≤±1～2.0mm/d； 6）沉降测量
累计位移量≤±30mm，单次位移变化量≤±1～2.0mm/d。
五、监测反馈程序及信息管理
专业监测小组及时整理分析监测数据，将实际测值与允许值进行比较，绘制各种变形～时间关系曲线，预测变形发展趋向，及时向业主及监理工程师汇报，为实现信息化施工提供依据。
在监测过程中，若发现监测值变化较大，立即向业主及监理工程师汇报，并提供报表；测量结果正常，则在测量结束后3天内提供报表。测量工作结束后提交完整的观测报告。
监测数据必须完整、可靠，对施工工况应有详细的描述，起到施工监控的作用。为设计和施工提供依据。尤其要做好初始数据记录，监测组根据该车站的施工进度，对各项监测点进行了埋设，并于当日对埋设好的监测点连续进行了两次监测，取平均值作为监测初始值。每次监测工作结束后，均须及时整理监测资料，以便发现数据有误时，及时改正和补测。当发现测值有明显异常时，应迅速通知施工主管和监理单位，以便采取相应措施。并定期向建设、监理和设计提供一份量测报告。每次监测得到的原始数据经过审核、消除错误和取舍之后，方可计算分析。根据计算结果，绘出各观测项目观测值与施工工序、施工进度、及开挖过程的关系曲线。在此基础上，对各观测资料进行综合分析，以说明围护结构支撑体系和建筑物在观测期间的工作状态与其变化规律和发展趋势，判断其工作状态是否正常或找出问题的原因，并提出处理措施的建议，供研究解决问题提供参考。监测以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。
根据信息化施工要求，监测后应及时整理分析各项量测数据资料，判别监测对象的安全等级状态，并将监测结果及时反馈到施工中去，发挥监测信息对施工的指导作用。
本工程监测信息按《监测信息反馈流程框图》进行反馈。
资料调研监测设计监测量测数据、分析、处理施工、监理、设计监测量测NO工程施工安全判别结束YES监测信息反馈流程框图
各监测项目变形统计情况分别如下
1、倾斜监测
累计变化量：3.01mm(cx38)～9.52mm(cx5)；
2、水位监测
累计变化量：6.21m(SW3)～6.03m(SW2)；
3、砼支撑轴力监测
累计变化量：54.2kN(Z3)～-738.4kN(Z8)
4、钢支撑轴力监测
累计变化量：-274.7kN(N2)～-358.4(N3)；
5、沉降监测
累计变化量：-2.5mm（J4）～-10.3mm（J33）；
6、水平位移监测
X方向累计变化量：1.4mm（S26）～11.3mm（S9）； Y方向累计变化量：3.8mm（S4）～11.1mm（S22）；
六、资料整理
每日所监测的项目完成后，则要把所测的数据进行归类计算，并绘制出相应的速率变化曲线，并上报监理。资料经审批返还后，由专人负责统计、管理，做到资料齐全，分类清晰。
