劉宗運(yùn)

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊(duì)）

1 引言

目前深基坑變形監(jiān)測存在監(jiān)測效率低、易受外部因素干擾、監(jiān)測精度低等問題，無法滿足地鐵深基坑施工要求。而測量機(jī)器人集成了高精度的測角和測距系統(tǒng)，無論是監(jiān)測精度還是監(jiān)測工作效率，都比傳統(tǒng)監(jiān)測方式高，將其應(yīng)用于地鐵深基坑施工作業(yè)中對提高施工安全性具有重要意義。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某地鐵基坑施工項(xiàng)目東西長為3500m，南北長為90m～270m，該項(xiàng)目包括A、B、C、D四個(gè)區(qū)塊，其中D區(qū)塊D1、D2基坑分布于隧道路線中線兩側(cè)位置。D2基坑與地鐵隧道線之間的距離為170m，基坑最大開挖深度為5m，D2基坑與地鐵線距離較遠(yuǎn)，對地鐵建設(shè)工程影響較??；D1基坑處于地鐵隧道線上方位置，故對地鐵隧道建設(shè)工程影響較大。為保證地鐵建設(shè)工作順利開展，對D1基坑頂部水平位移（JC）、道路沉降監(jiān)測（DC）、支撐應(yīng)力監(jiān)測（ZC）、立柱豎向位移（LZ）、管線沉降監(jiān)測（1-1）。

該工程采用從上至下的開挖方式，由于受施工空間和地質(zhì)條件的限制，基坑開挖施工采用分段和分層方法，每段開挖長度不超過30m，分層開發(fā)深度不超過2m。詳細(xì)施工工序如表1所示。

表1 基坑施工工序

2.2 監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)于基坑監(jiān)測范圍50環(huán)之外，D1基坑監(jiān)測區(qū)域外兩側(cè)共布設(shè)8 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；上行線和下行線分別布設(shè)8 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)采用大棱鏡，利用螺栓將其固定于隧道側(cè)壁，為基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，需要定期對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整[1]。

基坑監(jiān)測區(qū)域內(nèi)每隔6m（5環(huán)）設(shè)置一個(gè)監(jiān)測斷面，基坑每個(gè)監(jiān)測斷面均布設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)；基坑下行線和上行線分別設(shè)置32 個(gè)監(jiān)測斷面，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)共128 個(gè)；基坑水平直徑腰點(diǎn)位置設(shè)置2 個(gè)小棱鏡，用于監(jiān)測基坑水平和豎向位移；基坑底部左右兩側(cè)分別設(shè)置1個(gè)小棱鏡，用于監(jiān)測基坑沉降；立柱沉降和水平位移小棱鏡設(shè)置20個(gè)；支撐應(yīng)力小棱鏡設(shè)置63個(gè)；管線沉降小棱鏡設(shè)置15個(gè)。

2.3 監(jiān)測實(shí)施

基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)由自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，測量作業(yè)采用兩臺徠卡TM60精密監(jiān)測機(jī)器人，以便于變形監(jiān)測觀測，在基坑混凝土支撐上設(shè)置對中觀測墩，并安裝觀測儀器?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測采用滑動式測斜儀進(jìn)行觀測，每個(gè)斜側(cè)孔位均安裝一臺自動測斜儀。基坑坑外水位和支撐軸力采用無線通信傳感器收集數(shù)據(jù)，每個(gè)混凝土支撐應(yīng)力監(jiān)測斷面設(shè)置4個(gè)鋼筋計(jì)。本次基坑監(jiān)測項(xiàng)目傳感器較多，為便于收集數(shù)據(jù)，在基坑四周安裝4個(gè)數(shù)據(jù)采集箱[2]。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 基坑水平位移監(jiān)測分析

基坑頂部水平位移監(jiān)測曲線分析，隨著地鐵基坑施工工作的開展，坡頂產(chǎn)生的向內(nèi)水平位移增大，其中基坑北側(cè)和南側(cè)水平位移呈中軸線兩側(cè)水平位移減小，中軸線位置水平位移增大的變化趨勢。通過分析北側(cè)和南側(cè)基坑水平位移發(fā)現(xiàn)，基坑北側(cè)水平位移大于南側(cè)位移，該情況可能是受施工現(xiàn)場地層分布和施工順序影響[3]。基坑施工過程中首先從北側(cè)開始施工逐漸向南側(cè)基坑分段移動，因此基坑北側(cè)位移變化時(shí)間較早，此外北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)放置時(shí)間較長，因此北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移量更大?；颖眰?cè)位置JC3 監(jiān)測點(diǎn)水平位移最大，水平位移量為8.9mm，南側(cè)位置JC15監(jiān)測點(diǎn)水平位移最大，水平位移量為6.4mm，基坑南側(cè)和北側(cè)水平位移量均未超過預(yù)警值25mm，位移情況滿足施工要求。

基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)坑頂水平位移情況與南側(cè)和北側(cè)變化基本一致。隨著基坑施工工作的開展，東側(cè)和西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形位移量逐漸增大，位移變化直至工序六開展中期階段位移變化逐漸平穩(wěn)。由于受地層分布和基坑開挖施工等因素影響，基坑西側(cè)位置位移水平大于東側(cè)位置[4]?；游鱾?cè)坑頂最大水平位移量為JC20 和JC21，水平位移量均為8.2mm；東側(cè)坑頂最大水平位移為JC7，水平位移量為7.1mm，東側(cè)和西側(cè)基坑坑頂最大水平位移量均未超過警戒值25nn，滿足基坑施工要求。

3.2 地表沉降監(jiān)測分析

基坑施工工作開展后，受被動和主動土層壓力相互作用的影響，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)向基坑內(nèi)位移的情況，導(dǎo)致基坑周圍土體也出現(xiàn)位移，其中基坑北側(cè)和東側(cè)位置沉降變化較大。隨著基坑開挖工作的開展，基坑北側(cè)地表沉降變化量大于東側(cè)，由于北側(cè)為施工車輛通行主要道路，受到外部因素影響，基坑北側(cè)沉降變化量較大。從北側(cè)地表沉降變化來看，基坑北側(cè)地表沉降中軸線沉降變化量較大，兩側(cè)位移沉降變化較小，呈現(xiàn)拋物線型規(guī)律；基坑?xùn)|側(cè)地表沉降呈現(xiàn)DC6～DC10逐漸減小的變化趨勢，東側(cè)地表沉降變化呈現(xiàn)由北向南逐漸減小的趨勢?；颖眰?cè)和東側(cè)在施工工序六階段均逐漸趨于平穩(wěn)[5]。

3.3 管線變形監(jiān)測分析

基坑外管線變形監(jiān)測分析，基坑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)管線監(jiān)測點(diǎn)4-2位置存在較大位移變化量，位移量逐漸向中軸線兩側(cè)位置減小。管線工序四、五、六階段2-2 監(jiān)測點(diǎn)管線沉降位移和水平位移曲面呈現(xiàn)拋物線型，中軸線位置管線位移變化量較大，兩側(cè)位置位移變化量逐漸減小，該變化情況比較符合基坑沉降管線變形和空間效應(yīng)形式。

隨著基坑開挖施工工作的開展，管線豎向和水平位移變化量逐漸增大，其中工序五階段管線位移變化量較大，該施工階段為基坑最后開挖階段，由于基坑深度較大，支護(hù)措施不夠完善，在前幾階段基坑開發(fā)施工過程中，基坑產(chǎn)生較大位移變化，因此導(dǎo)致管線出現(xiàn)較大位移變化。施工工序三階段管線豎向變形變化量較大，該階段基坑開挖施工地層主要為淤泥和填石，開挖施工作業(yè)和降水處理措施對周圍土地?cái)_動影響較大，因此導(dǎo)致管線監(jiān)測點(diǎn)3-2、4-2、5-2出現(xiàn)較大的豎向位移變化。從以上監(jiān)測結(jié)果來看，管線豎向和水平位移變化均小于警戒值120mm，但是部分區(qū)域管線沉降變化量大于20mm，在基坑開挖施工過程中需要對管線位移變化進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，避免管線破壞給施工單位帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。

3.4 支柱變形及支撐應(yīng)力監(jiān)測分析

隨著基坑開發(fā)施工工作的開展，支柱位移變化量逐漸增大，至工序六階段位移變化逐漸穩(wěn)定。由于受工序三階段淤泥和填石巖土層體質(zhì)影響，工序三階段基坑豎向位移變化量最大。從圖中可以看出，基坑支柱豎向位移變化量較大的監(jiān)測點(diǎn)為LZ8，位移變化監(jiān)測量為5.2mm，該變化小于警戒值25mm，滿足施工要求。

基坑開挖施工過程中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)逐漸向基坑內(nèi)位移，該位移變化產(chǎn)生的壓應(yīng)力對基坑支撐造成了擠壓，導(dǎo)致基坑內(nèi)支撐應(yīng)力處于動態(tài)變化狀態(tài)。表2所示基坑支撐應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果，從表中可以看出，隨著基坑開挖施工的開展，基坑支撐軸應(yīng)力呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢?；拥装迨┕るA段，基坑第一層內(nèi)支撐西北側(cè)位置ZC1-1 支撐應(yīng)力變化較大，西北側(cè)支柱最大應(yīng)力變化最大的監(jiān)測點(diǎn)位ZC1-2，其支撐應(yīng)力為-10930.60kN?；拥谌龑又沃行奈恢煤蜄|南位置支撐軸應(yīng)力變化較大，該位置應(yīng)力變化最大的監(jiān)測點(diǎn)為ZC8-3，該支撐軸應(yīng)力為-8808.93kN，基坑中心軸支柱最大應(yīng)力變化監(jiān)測點(diǎn)位ZC19-3，該支撐軸應(yīng)力為-8827.56kN，從以上監(jiān)測結(jié)果來看，所有支撐軸應(yīng)力變化均小于預(yù)警值-13000kn，滿足基坑施工要求。

表2 基坑支撐應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果 kN

4 結(jié)語

綜上所述，本文以某地鐵基坑施工工程為例，利用測量機(jī)器人對基坑施工過程中引起的管線位移、水平位移、支柱應(yīng)力和變形、地表沉降在空間與時(shí)間上的變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測。并與實(shí)際工程監(jiān)測預(yù)警值進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證分析結(jié)果的合理性?；邮┕み^程中，隨著開挖作業(yè)的開展，基坑支柱應(yīng)力和基坑變形逐漸增大，在空間上基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地表沉降、水平位移、管線位移呈現(xiàn)中軸線位移變形變化量大，兩側(cè)位移變化量小的趨勢。