沈阳地铁黎明文化宫站后区间基坑施工钢支撑轴力监测与分析

第一篇：沈阳地铁黎明文化宫站后区间基坑施工钢支撑轴力监测与分析

沈阳地铁黎明文化宫站后区间基坑施工钢支撑轴力

监测与分析

摘要:沈阳黎明文化宫地铁站站后区间新开河区段按明挖法施工,基坑分三个施工段,采用排桩加钢支撑的支护 方法 ,桩顶用冠梁将排桩连接为整体。文章介绍了开挖阶段钢支撑的架设及轴力的监测和 分析 结果。关键词:地铁基坑 钢支撑 监测 工程概况

黎明文化宫站是沈阳市地铁一号线工程的城区段终点站。位于黎明五街东侧黎明文化宫环岛内,沿和睦路呈东西向展布,起讫里程DK21+712.03~DK21+862.43,车站长150.4m,结构宽度标准段46.65m。车站底板埋深约16.3m,顶板覆土约3.5m,采用双层地下侧式车站。黎明文化宫站—终点区间段落里程为DK21+862.43~DK22+243.3,全长380.87m,底板埋深约

12m,线路位于沈阳市大东区,沿和睦路走行,在DK21+980~DK22+027.9处穿越新开河。

地层岩性从上到下依次为:杂填土、粉质粘土、中粗砂、砾砂、圆砾。该工程地下水位在结构底板以上约8.3m,地下水赋存于圆砾、砾砂等强透水层中,按埋藏条件划分,属第四系孔隙潜水,含水层综合渗透系数为81.2m/d,地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。钢支撑架设

该工程采用明挖法,根据施工工期及土方开挖施工工艺的要求,黎明文化宫站后区间新开河段共分为三个施工段,由东向西,各段长18、18、12m。新开河河道段基坑开挖深度为8.6m,河岸段为11.15m。基坑围护结构类型采用排桩、钢管支撑体系,桩顶用冠梁连接成整体。围护结构上部1.5m范围内采用 自然 放坡开挖,下部深基坑用排桩支护。排桩采用Φ800@1200钻孔桩,桩长过河段为11.5m,河岸段为14m,桩入土深度为5.2m。钢支撑采用Q235B型钢,直径为600mm的钢管,壁厚14mm,横撑水平间距为3.0m。腰梁采用2I45b工字钢加焊缀板和肋板,钢管支撑设活动端头以便施加预压力。

基坑开挖方式为分段分层开挖,每段土方开挖长度为18~25m。第一层土方开挖至冠梁顶面以下3.3m,然后挂网喷射混凝土,在冠梁下1.5m处安置钢围檩。第二层土方挖土深度为2m即冠梁以下5.3m,边挖边进行第一道钢支撑的架设施工,第三层改由小挖掘机挖掘,挖掘深度为2m即冠梁以下7.3m,开挖后进行第二道钢围檩施工,待第二道钢围檩施工完成后,进行第四层土方开挖,挖至距离基底标高300mm处,边挖边进行第一道钢支撑的架设施工,最后人工挖至基底标高。在围护桩与钢支撑的保护下,施工主体混凝土底板及防水层,其强度达到设计值的70%时,拆卸下道钢支撑,由底板替代钢支撑作用。然后绑筋、支模、浇筑侧墙及中墙混凝土,并完成主体顶板混凝土施工,以及相应防水措施,形成完整的主体结构。

第一施工段上层共安装7道钢支撑,下层共安装6道钢支撑,其中在22#桩位置处安设了两道带有轴力计钢支撑,上道钢支撑最大设计轴力为300.1kN,下道钢支撑最大设计轴力为525.2kN。

第二施工段在43#桩位置处也安设了两道带有轴力计钢支撑,上道钢支撑最大设计轴力为114.0kN,下道钢支撑最大设计轴力为339.7kN。钢支撑轴力监测方法

3.1 钢支撑轴力监测的作用

钢支撑轴力监测是整个地铁施工监测的主要 内容 之一。本车站站后折返线基坑的支撑体系采用的是上下两道横向钢支撑,使用支撑轴力计来量测其轴力变化,分析支撑体系的受力特点,及时比较设计所预期的性状与监测结果的差别。预测下一阶段施工过程中可能出现的新动态,为后期开挖方案与开挖步骤提出建议。从而保证围护基坑的稳定性,减小桩体的侧向位移,保证主体施工的尺寸空间。对施工过程中可能出现的险情进行及时的预报,当有异常情况时,立即采取必要的工程措施,将 问题 消灭于萌芽状态,以确保工程安全。

3.2 测量原理

测量采用FLJ-40型振弦式反力计,又称轴力计,是一种振弦式载重传感器。振弦式传感器主要由振弦,夹紧装置,受力机构,电磁回路及信号处理等几部分组成。

振弦式传感器以张紧的钢弦作为敏感元件,其振弦的固有频率与张紧力有关。振弦式传感器正是利用振弦的固有频

率随受力的大小而改变的特性将被测力转换为频率信号输出的测量元件。振弦置于永久磁场中,通过产生脉冲电流,使磁场发生变化,从而激发振弦振动。当激发脉冲断开时,振弦在磁场中的运动使线圈产生感应电动势,其频率与振弦的振动频率相同。

测量过程中用ZXY-2型振弦读数仪测量出轴力计输出频率f,按下式求出支撑轴力P=K(F0-Fi)。式中K为轴力计标定系数(kN/F);F0为原始频率模数;Fi=f2×10-3即实测频率模数。

3.3 测点的布设

轴力计安装在钢支撑的端部,用配套的轴力计安装架固定。安装架圆形筒上设有开槽的端面与冠梁或腰梁上的钢板用电焊焊接牢固,电焊时钢支撑中心轴线与安装中心点对齐。待冷却后,把轴力计推入焊好的安装架圆形钢筒内并用钢筒上的4个M10螺丝把轴力计牢固的固定在安装架上,使支撑吊装时,不会把轴力计滑落下来即可。

平均每25m选择一个断面,选择有代表性的断面,在每个断面上支撑安放一组轴力计。具体布置见图1和图2。钢支撑轴力监测与数据 分析

本段工程从202_年1月12日开始进行基坑开挖,2月24日基坑开挖结束。在本区间两个断面设置4个轴力计来监测钢支撑的轴力。钢支撑自架设至拆除监测频率如下:横撑设置和拆除过程2次/d;开挖过程1~2d测1次;主体施工1次/3d。当出现应力变化异常情况下,应增加监测频率,同时结合测斜、桩顶位移及钢筋应力的检测数据进行综合分析,找出原因并及时解决。

每天的测量结果形成表格并与支撑轴力的设计值进行比较,连同其他的监测项目以日报的形式上报监理部门。

将测得数据汇总如表1(以22#桩为例),通过监测数据的统计与分析,轴力在施工过程中变化的下列几点要素,在施工过程中要加强监测,及时反馈监测信息,以保证施工质量安全。

1)开挖速度和钢支撑的架设速度,当开挖到钢支撑的架设位置后,架设好钢支撑,预加好轴力,而在以后几天的测量结果表明,支撑轴力有减小的趋势。这是因为支撑的预加轴力

使围护桩向基坑外的土层产生反作用力,土层被动压缩,桩体发生微小变形,使轴力短时间内有下降的趋势。

2)上道钢支撑随着开挖长度和深度的增加,轴力有所增大,直至下道钢支撑受预加力后,轴力基本趋于稳定。

3)底板没有浇注之前随着时间的增加支撑轴力会略有增大,在一定的范围内波动。这是由于外侧土层随时间而发生变形使围护桩的受力重新分布造成的。在底板强度达到要求后要撤掉下道钢支撑,由于支撑跨度的增大上道钢支撑的轴力又会小幅度增加。5 结语

通过对围护桩及钢支撑的轴力的监测结果分析表明:

1)钢支撑对维护基坑稳定性、减小基坑围护桩向内发生水平位移、保证主体施工的尺寸空间具有重要作用。基坑围护桩向内侧的水平位移在架设钢支撑后保持稳定。

2)随着本施工段和相近施工段基坑深度的加深和开挖长度的增加,钢支撑的轴力逐渐增加。

3)在主体钢筋混凝土底板施工完成后,拆掉下道钢支

撑。土侧压力由上道钢支撑与主体底板支撑围护桩来抵抗。支撑跨度比原来由上下两道钢支撑支撑时增大,使上道钢支撑轴力增大。

4)由于钢支撑架设时机与基础开挖过程和顺序有较好的衔接,从而保证了基坑的稳定与安全,又在一定程度上为基坑的开挖提供方便。

5)开挖速度与钢支撑的及时架设是 影响 轴力变化的主要因素,施工中能否很好控制该因素是施工安全的重要保障。

参考 文献

[1]GB50299—1999,地下铁道工程及验收规范[S].[2]张永谋,桌普周,李鹏.南京地铁许府巷站深基坑工程与监测[J].江苏地质,202_,26(1):42-48.[3]陈军.深基坑支护工程的设计、施工与监测[J].湖南

大学学报(自然 科学 版),202_,29(3):20-23.9

第二篇：地铁区间隧道基坑的变形分析[最终版]

地铁区间隧道基坑的变形

分析

摘 要 通过对南京地铁明挖段基坑工程变形情况进行 分析 ,指出狭长条形基坑的变形特征,并分析不均匀超载、降水、地表刚度、开挖范围及开挖时间对基坑变形的 影响 规律 ,提出相应的控制基坑变形的工程措施。关键词 侧移 沉降 不均匀超载 降水 地表刚度

近年来,地铁工程建设在许多城市相继展开,已成为 现代 城市建设的重要部分。地铁区间隧道的施工中,较多地采用了盾构法和明挖法,前者主要 应用 于埋深较深的隧道施工,而对于覆土深度浅于5m的隧道,一般则采用基坑支护下明挖法施工。

明挖法地铁区间隧道基坑一般为狭长条形,周围环境变化较大,因而影响基坑变形的因素较多,其中许多因素具有不确定性,使得精确 计算 基坑的变形十分困难。在工程实践中,更多地依靠“ 理论 导向、量测定量、经验判断、精心监

控”[1]综合技术控制基坑的变形。工程实例

南京地铁为南北走向,全长由高架段、地面段和地下段几部分组成,其中埋深较浅的TA4标过渡段区间隧道采用明挖法施工,基坑长312.542m,宽12.90~14.00m,北部开挖深度为8.75m,南部3.50m。该工程东边为城市一主干道,西边北部为一居民区,住宅楼均为6层砖混结构,筏板基础,南部为城市道路及部分生活设施管线。主要地层情况如下:

①杂填土,层厚1m左右;

②素填土,层厚3m左右,微透水,Es,1~2=4·36MPa;

③粉土,层厚

2m

左右,微透水,稍密,Es,1~2=7.04MPa,C=23kPa,Φ=22.8°;

④淤泥质粉质粘土,层厚12m左右,不透水,软流塑,Es,1~2=3.71MPa,C=14kPa,Φ=9.6°;

⑤粉质粘土,层厚7m左右,不透水,可

塑,Es,1~2=7.06MPa,C=61kPa,Φ=9.4°。

该工程北部围护结构为SMW工法挡土墙,水泥土搅拌桩直径为

850mm,搭

接

250mm,型

钢

为700mm×300mm×12mm×14mm的H型钢,间隔布置(中心距1200mm),水泥土的强度在1.0Mpa以上,设置两道609支撑;中部水泥土搅拌桩直径为650mm,搭接200mm,型钢为500mm×250mm×10mm×12mm的H型钢,间隔布置,设置两道Φ609支撑;南部采用由格栅式水泥土素桩组成的重力式挡土墙。根据工程现场情况及要保护的建筑物情况,在现场布置了两个测斜孔、5个水位观测孔及18个沉降观测点,各测点布置图如图1所示。围护结构施工完成1个月后开始进行坑内降水,20天后,预计坑内水位以降至开挖面以下,此时观测到坑外水位下降了0.38m,稳定水位10天后设置首道支撑(Φ609钢管),并开始进行开挖。由于基坑较长,采取分段开挖施工的 方法 ,首先开挖北面大约80m长的一段。当开挖至地表下4.5m处时,测得1号沉降观测点沉降值达36.1mm并报警,但此时1号测斜孔测得的围护结构最大侧移仅为16.2mm,当时认为沉降较大是由于降水引起,可能基坑未开挖部分某处出现了渗漏,而当时水位已满足施工要求,便停止降水,继续开挖至地表下6m处,设置第2道支撑,然后开挖至基底,此时测得基坑围护结构最大侧移为58.2mm,超出预估侧移

35mm较多,地表沉降最大处(4号点)达43.2mm,地面并出现部分平行于基坑方向的裂缝,此后围护结构侧移在开挖停止后仍在不断增加,但进展较少,浇筑隧道底板后,围护结构侧移也稳定下来。整个施工过程中周围的居民住宅楼未发现任何破坏。变形特征

从基坑变形监测结果可看出该基坑的变形具有以下特征:

(1)总体看来,该基坑工程的变形较正常情况大,但基本达到了对周围建筑物和管线保护的目的。

(2)围护结构的侧移最大处位于开挖面附近稍低于开挖面,总体变化趋势呈抛物线状(见图2)。

(3)基坑周围地面沉降最大值发生在基坑边缘,随着离基坑距离的增大基本上呈线性减小(如图3)。其最大沉降值与围护结构的最大侧移值之比大约等于0.75,地表沉降范围大约为30m,这比 文献 [2]计算结果大了近1倍,基本等于住宅楼所在的范围。变形原因分析

结合工程现场具体情况,对该基坑的变形特点进行深入分析 研究 ,笔者认为该工程产生较大变形的原因主要有以下几个方面:

1)不均匀超载

采用文献[3]的方法对该基坑进行变形估算,如取地面超载q=30kPa,则基坑围护结构最大侧移为31.2mm,如取地面超载q=100kPa,这基本等于6层居民楼基底的压力,则计算所得的最大侧移将达42.3mm。由于本基坑工程西边建筑物较密集,而东边较空旷,两边超载差别较大,同时基坑采用了内支撑,使得基坑产生部分向东的整体位移,势必加剧基坑西边的变形。工程中虽未对东边围护结构的侧移进行量测,但沉降观测结果充分说明了这一现象,当4号点沉降达43.2mm时,16号点的沉降仅为13.8mm,预计东边围护结构的侧移约为20mm。

2)地面刚度

由于本工程周围住宅楼的基础采用了筏板基础,整体性

好且刚度大,这相当于增强了地表的强度与刚度,减小了基坑开挖引起的地表不均匀沉降,但同时增大了基坑开挖影响范围,使地表沉降范围扩大到整个建筑物基础范围内。同时,有效地增强了地表对基坑变形的耐受能力,虽然开挖后期,地表出现了许多平行于基坑方向的裂缝,但房屋内地坪未发现任何新的破坏。3)降水

坑内降水势必造成围护结构侧移,引起坑外地面下沉。同时,地下水位下降后,地基附加应力增加,也将造成地面下沉。本工程在开挖前期,进行坑内降水的同时,引起坑外水位降低了0.38m,所以坑外发生了较大的地面沉降,停止降水后,地面下沉明显减缓。4)时空效应

由于本工程所在的土层透水性很差,根据 文献 [4]受时间效应的 影响 ,开挖后在相当长的一段时间内,基坑的变形都将缓慢增长。同时,由于本基坑平面为狭长条形,受空间效应的影响,其变形应比一般平面尺寸较小的方形或圆形基坑较大。4 控制基坑变形的工程措施

根据当时基坑变形的特点,笔者认为该基坑支护结构的强度已满足要求,其变形也未造成需要保护的建筑物的损伤,基本已达到基坑工程支护的目的,但由于变形较大,并且在缓

慢增长,对附近的建筑物仍存在潜在的危险。因此,会同工程技术人员提出了以下控制措施:

(1)加快施工进度,提高隧道底部垫层混凝土的强度等级至C30,并在垫层内加配直径为16mm,间距为200mm双向钢筋网片,以期求尽早在基底施加一道支撑。

(2)由于工程所处土层透水性很差,在施工可行的情况下尽量减少降水,并对基坑渗漏处及时堵漏。

(3)合理组织施工现场,适当在基坑东边堆载,以缓和基坑两边超载不均匀的矛盾。

(4)采取分段施工,减小一次开挖的范围,每次开挖后,尽快浇筑垫层和底板。

经过采取以上措施,有效地控制了基坑的变形,在后续工段施工的过程中,基坑围护结构的侧移及西边地表的沉降均有不同程度的减轻。实测基坑围护最侧移控制在41mm内,地表沉降最大处控制在30mm以内,保证了基坑施工及周围建筑物的安全。结论

综合以上 分析 可得出如下结论:

(1)基坑周围存在不对称的超载时,将引起超载较大的一边的变形加大,超载较小的一边的变形减小,对这类基坑分析应积极探讨整体分析 方法。

(2)基坑降水应随着基坑开挖分阶段进行,同时应严格控制基坑周围重要建筑物和管线处的水位。

(3)在软土地区,基坑开挖步序及开挖后暴露时间均对基坑变形产生一定的影响,在施工中应充分考虑时空效应对基坑变形的影响。

(4)整体性较好的建筑物对基坑变形的耐受能力较强,同时对基坑变形具有一定的抵抗作用。

参考 文献

[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京: 中国 建筑 工业 出版社,1997·

[2]侯学渊,陈永福.深基坑开挖引起周围地基土沉陷的 计算 [J].岩土工程师,1989,1(1)·

[3]孔德志.SMW工法土挡墙的性能分析及在南京地铁工程中的 应用 [D].同济大学硕士学位论文,202_.[4]刘建航,侯学渊,等.基坑时空效应 理论 和实践[R].上海市科委课题报告,1997.9

第三篇：地铁基坑支护与施工的研究分析

地铁基坑支护与施工的研究分析

[摘 要]随着城市生活水平的提高，许多城市都建立了地铁站，对于地铁的基坑土建施工工程，有三种地铁站的施工方式，有明挖掘法、暗挖掘法、以及盖挖掘法，这三种方法中，最为广泛被应用的是明挖法，因为这种方法施工较为方便，这种方法最注重基坑的安全性与稳定性能，在地铁站的建设过程中，涉及到的环节较为复杂，地铁基坑需要有一定的防护设施，需要一定的设备进行围护，与此同时，需要加大关注施工过程中土方开挖的要点，以及基坑工程环境等各种有关因素。

[关键词]深基坑；防护工程；渗透

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（202_）27-0229-01

一、基坑的支护与围护工程

地铁基坑工程设计的范围较为广泛，从图一中我们可以观察到，这项工程包括基坑的围护工程、基坑的支护体系，还有基坑开挖环节，关于基坑挖掘之后如何防止水的渗透、防止降水的破坏性等工作，对于基坑周围环境的保护工作也是较为重要的。基坑在挖掘之后，需要确保基坑地基的稳定性，许多技术性有难点，例如对土质的要求，周围环境的要求等。在施工过程中，需要认真了解有关土力学等方面有关的知识内容构架，在基坑设计上需要满足结构的要求、材料强度等要求。

基坑支护的设计内容包括以下几个方面：

（1）支护系统需要对墙体入土的程度进行深入的了解探究，支护系统对维护墙体稳定性能要求较高，需要保证一定的抗倾性。

（2）对支护墙体结构以及基坑防滑动性能进行比较核算。

（3）对基坑底部的隆起范围以及回弹程度进行核算比较。

（4）对基坑内部支护的结构进行布置，以及内部支架子的拆装性能进行合理的设计。

（5）对支护墙体的变形以及内力进行设计。

（6）对挡土机构和节点进行设计，同时需要控制基坑地面沉降、地层位移。

地铁基坑维护工作包括基坑止水工作，周围泥土的防护和降水的防止，挡土工作还包括周围墙体的防护以及支撑工作，挡墙的形式如下图所示一种情况（钻孔灌注桩挡墙）和套管咬合桩挡墙、SMW工法等。

其中，SMW工法又名为劲性水泥土搅拌连续墙，这种架构模式是将型钢或者其它类型的芯体材料放入水泥土搅拌机器之中，使用这种方式，其承压力以及防渗透功能较好，这种方式的效果非常好，而且这种方式在施工场地所占的面积较小，施工的周期性不长，效率较为明显，对周围的环境影响不大，不会产生废弃的泥浆等污染物。

对于插入钢材内部的物质也不做特殊的要求，依旧可以进行回收使用，比如H型钢以及槽钢等，都可以进行回收继续利用，钢材回收使用是通过在钢材四周围利用泡沫围住，然后注入水泥土，完成围挡工作后，就可以将内部的钢材重新拔出来再使用，SMW工法的桩体排布可以分为单排以及双排水泥土搅拌桩。

SMW工法在设计工艺上需要对围护的结构进行受力分析，受力分析公式为：

公式中，ECS所表示的是水泥土土搅拌桩型钢混合体弹性模量；ES所表示的是型钢的弹性模量；ICS所表示的是水泥土搅拌桩型钢混合体惯性矩；IS所表示的是型钢的惯性矩。

通过上述公式，对围护的结构受力进行分析，之后可以计算围护所需要的强度，验算的强度内容包括弯验算以及抗剪性能验算，只有这样，才能够确保在维护施工完成之后起到对基坑的维护作用。

二、基坑土挖方开挖施工工程

基坑土方开挖的施工要点主要是施工单位需要具备深基坑工程挖掘的施工技术，这个组织单位需要有一定的施工章程，有达到施工的条件，以及有关的施工管理规程等各方面硬件要求，对于施工工程所涉及到的各方面施工环节，施工单位需要有所规划，对于施工各个环节的平面布置工作，以及物资供应和企业施工成本规划工作有必要的控制。

基坑土方施工单位要重视基坑围护结构的质量，对于围护桩的质量以及使用的寿命都要有一定的了解，要注重对围护桩的后期养护工作，保证围护桩的使用强度和保障其寿命。要注意，禁止在基坑的四周放置施工材料等物件，施工有关安保围护人员要注意施工中设备车辆的行走路线，防止施工车辆在开挖过程对围护结构造成破坏。清楚调查开挖过程中，哪些是比较容易影响施工的环节，施工工程要严格遵循施工工程进行施工。

施工工程在施工过程中，要有一定的勘察部门进行施工各个环节的检测工作，这是一项非常重要的工作，可以保障施工工程的安全性，作为评价地铁基坑防护体系的安全系数的一个重要指标，勘察部门针对现场的实际情况进行有效的指导，对于突发性事件，进行应急处理，保障施工工期。

地铁基坑检测工作是保障施工围护体系稳定的必要工作，是确保施工能够正常运行的必要条件，检测的工作内容涵盖了建筑物是否沉降、建筑是否有移位的现象以及对建筑物倾斜的检测工作，通过有关单位的检测工作，可以对施工建筑的现状有一定的了解。施工防护工作不能因为施工周期而遭到破坏，施工的周期较长，被检测的频率也应该有所增长。对于采集的数据，要进行分析调查，要分析是由于何种因素所导致，通过调查的数据来规范施工工程，确保基坑的安全性能，保证地铁工程的完好性。

三、基坑工程环境

基坑周遭环境通过下面方面所体现：

（1）围护桩结构是否产生变形，开挖过程中出水降低所导致的地面活动，是否造成周边道路的破坏。

（2）在支?o工作和围护工作中，四周围环境是否由于挤土桩而造成毁坏。

（3）基坑工程施工后，是否对周围的交通、卫生所造成破坏。

（4）是否由于设计理念，勘察因素等造成围护体系被破坏，导致施工终止。

对于上述所描述的施工工程环境影响，需要采取一定的对策进行防治，需要在工程施工前期对施工周围的环境进行详细的调查，制定一系列特殊的处理方案，计算出地下管线可以允许的变形范围，对道路以及周围地面由于工程所造成的活动进行预估，避免恶意施工以及破坏性施工。

四、结语

在地铁基坑的防护工作中，技术人员要掌握较强的专业技能，在施工前期对周围施工环境有清楚的认知，基坑防护结构要足够安全可靠，经济性较为适用，施工过程便利性较强。

参考文献

[1] 李强.地铁基坑支护与施工的研究分析[J].信息记录材料，202_（03）

[2] 田勇.浅谈地铁深基坑支护与土方开挖施工技术[J].房地产导刊，202_（21）

第四篇：软弱地层地铁基坑工程风险分析与防范措施

软弱地层地铁基坑工程风险分析与防范措施

段浩

中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司

摘要：针对软弱地层下地铁车站基坑的特点，对工程水文地质情况、周边环境以及施工工序引起的工程风险的主要因素分析，对工程风险的防范从施工管理、设计等方面给出了一些建议和管理措施；期望能够给地铁建设起到借鉴作用。

关键词：地铁

基坑

风险

围护结构

降水

措施

前言：随着全国地铁工程建设的不断深入，各种工程事故不断出现，如何控制地铁建设工程风险已经成为工程领域的热门课题。地铁工程的工程风险具有鲜明的特点，其单个工点的工程事故不仅造成进度和经济的损失，给后续施工造成困难和隐患，而且可能影响到整个项目的建设，具有明显的放大效应。地铁车站基坑工程是地铁工程建设中最大的风险源，基坑工程除了其固有的风险外，由于施工对工程周边环境的影响，还存在工程的环境风险；环境的风险往往是工程本体的工程活动造成的，本体的事故往往连带产生环境的问题；环境的制约提高了工程的施工难度，也加大了工程本体的风险。二者相互作用、相互影响，都是工程风险的重要组成部分。基坑工程在地铁建设中确属于事故高发项目，但通过采取有效的技术措施和管理措施，也并不是不可预防、不可避免的。

一、地铁车站基坑工程基本概况

以天津地铁车站基坑为例：车站主体区域地质主要为淤泥质土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、粉质粘土层；场地埋深45米以上表层地下水类型主要划分为3个含水层：潜水含水层、第一承压含水层Q41a1、⑧2-

1、⑧2-

2、⑨2-

1、⑨2-2透水性好，为承压含水层、第二承压含水层⑪2透水性好，为承压含水层。地铁的地下车站通常是狭长形的基坑，一般标准地下二层车站长度一般为180m、宽度约20m、开挖深度15～18m。施工大部分采用明挖法；在受交通、周边环境或其他特殊条件制约下，可采用盖挖法、逆作法等施工方法；车站主体结构一般采用地连墙围护；地铁车站附属结构包括风井、出入口等根据其埋深等大部分采用SMW工法或钻孔桩加止水帷幕的形式。

二、影响地铁车站基坑风险的主要因素

控制地铁车站基坑的工程风险，除了要解决支护体系和立柱的稳定问题，还 需要控制基坑开挖施工造成的环境影响，以及承压水降压相关问题，工程的风险期主要集中在开挖阶段。影响地铁车站基坑风险的主要因素极其复杂、繁多，但总结、归纳地铁地下工程影响的主要因素如下：

（1）工程所处的水文地质状况：工程的水文地质条件是决定工程风险程度的首要条件。不同的水文地质和工程地质条件决定了工程风险的程度，特别是处于承压水、微承压水等复杂水文地质条件下的工程。

（2）工程本身特征：工程本身固有的特征和工程风险程度也密切相关，深基坑的风险大于浅基坑风险，宽大基坑有立柱隆起风险，长基坑有纵向滑坡风险，异形基坑存在局部节点受力不平衡问题等等。

（3）周边环境的影响：工程周边环境主要指受基坑工程施工影响的周边建筑物和管线，不同建筑物和管线抵抗施工影响的能力不同，发生环境事故的次生灾害的影响不同。在粉砂工程地质条件下，若环境有大量水土流失，即使在基坑2倍开挖深度之外，也会对基坑本体造成影响，严重的会导致基坑本体发生次生灾害。

（4）施工工序的影响：车站主体结构与附属结构分期施工往往会产生新老混凝土接头，这些接头、接口部位处置不当往往会引发工程风险。

（5）气候对工程的影响：对地下工程而言。夏秋季节往往是暴雨多发时期，也是水文变化最为复杂的时期。施工稍有不慎，在多种不利因素条件下而引发工程事故。而且，在恶劣气候条件下也不利于工程的应急抢险。

三、地铁车站基坑风险及防范措施：

1、工程水文地质引发的地铁车站基坑工程风险及防范措施：

在承压水、微承压水或地下水风险条件下砂性土、粉砂性土层的基坑工程，地连墙渗漏引发的工程危害较为常见，也极具危害。对受砂性土影响的深基坑工程。要从地质勘察、设计方案、围护施工等源头，强化设计、施工等技术措施和参建各方的管理措施，加强各工序管理，以确保工程风险受控，主要防范及控制措施如下：

（1）、通过补充勘察，确保地质勘察资料的完整性、准确性：

地质勘察资料不能仅利用为主体结构工程而进行的勘察资料，通过对现有勘察报告的分析找出地质报告中显示的薄弱点或者有疑问的部位结合基坑的平面位置，沿基坑周边布孔进行补充勘察。另外，针对目前勘察市场的现状，参建单 位应与地质单位沟通好，确保地质资料的准确性和完整性。

（2）设计方案的针对性

基坑设计方案要根据基坑周边地质条件，环境条件（包括地上建（构）筑物、地下建（构）筑物、地下管线），基坑开挖深度的不同，分别按不同的支撑和围护结构剖面进行设计。设计单位要针对软弱地层区域易发生的施工问题进行设计优化。工程设计应充分考虑水文地质状况，施工工序等安排，对地连墙围护接头型式、分期施工槽段分幅型式，开挖及结构浇注顺序、支撑体系，坑内地基加固与坑内外墙缝止水的结合等，从设计源头确保工程安全。

针对基坑围护结构及支撑体系施工过程、基坑开挖过程的地质情况及监测数据所反映的情况分析支撑及围护结构方案的安全性，若有与原设计依据的资料不符或施工达不到设计要求应及时进行设计变更；根据基坑开挖过程中的监测结果，对原设计方案的安全性进行复核，若基坑未达到设计标高，位移或应力己达到或超过设计报警值，必须及时进行补强设计，确保基坑安全。

地质资料不齐、准确性差；周边环境未调查清楚，超载取值有误；设计未对支护结构的整体稳定进行验算；未能根据实际地质情况作出判断；止水帷幕设计有误，施工质量难以达到设计要求；设计没有选取地质情况最差的钻孔进行设计；支撑与腰梁、腰梁与支护结构节点设计考虑不周局部破环引起整体破坏；未能及时根据监测结果调整设计方案等是常见的由设计原因引起的基坑安全事故。

（3）加强围护结构施工过程管理：

施工过程中须强化从围护施工开始直至结构浇筑各环节、各工序之间的风险梳理，强化技术管理从源头上防范风险。

与设计单位进行充分沟通，明确围护型式包括围护墙深度，是否隔断承压水、地连墙接头型式和地连墙的分幅型式，特别是分期施工，接口段的分幅型式；结合地层分布确定加固方式（包括墙缝止水措施），在墙缝止水措施选择时要考虑浅层砂层土坍孔等对墙缝止水效果的影响，强化对墙缝止水孔定位、引孔、垂直度控制等技术要求。

地连墙施工须结合工程水文地质状况，选用适宜的成槽设备；选用适宜的地基加固、降水或组合加固方式，以确保地连墙施工质量；地连墙施工中应通过试成槽，明确各项施工技术指标，包括工序之间的衔接；对砂性土地层刷壁监控。根据地连墙不同接头型式，做好接头防“绕流”措施以确保接头质量，防止接头处渗漏。

根据砂性土层所处不同位置，采取合理措施对地连墙接缝进行止水处理。基坑支撑体系宜优先选用混凝土支撑。

（4）强化降水管理：

在承压水降水设计上要考虑最不利因素进行降水设计，但施工要考虑地墙对水的隔断作用以及承压水位变动等因素尽量少降、甚至不降承压水，以避免承压水降水产生的对周边环境的影响。

根据围护结构与含水层不同关系设置降压井或疏干井，且不宜设置混合井。必须做好深基坑降水试验。在降水试验的基础上，制订的具有针对性的降水方案。严格控制降水井的数量与质量，包括坑外降水观测井；坑外降水观测井的设置应避开地墙墙缝等不利位置，并离基坑有适当距离。在降水过程中做好降水量的统计。水位及安全性判断结果作为基坑监测点主要内容形成报表及时上报有关参建单位。

（5）高度重视基坑监测工作的重要性：

基坑施工过程中及时且准确的监测数据，能够使设计、施工、监理方等对基坑的安全性做出及时评判，也是确保基坑安全的重要措施。

对处于粉质粘土、粉细砂等软弱地层中的基坑工程须加强监测工作，特别是地连墙位置监测，每一幅地连墙墙缝须设深层地表监测点，同时，隔一段距离（20m左右）布设深层地表监测点的断面，强化对墙缝位置的地表变形监测。做好对承压水、微承压水及地表水抽水量、水位观测孔水位变化等监测，及时发现围护结构可能存在的渗漏，以便事先采取相应的防范及应急措施。

认为应严格按规范要求的项目进行监测，水平位移的监测应采用桩顶水平位移及土体深层水平位移（测斜）相结合，且测斜孔应尽量布置在周边环境敏感位置、地质条件较差位置，平面上尽量不要太靠近角点。基坑基准点要设置在基坑位移影响范围之外。必须按照要求设置支撑轴力、混凝土支撑应力监测点，所用轴力计和应变计必须进行校核。

监测初始值在基坑开挖前测量不少于2次，确保基坑在每层土开挖过程中的测试次数不少于一次，位移临近或超过报警值时要加密监测次数。每次监测结果要及时向设计、建设单位等相关部门汇报，发现异常情况要及时通知相关各方。雨季或出现水管爆裂等异常情况时，要加密监测次数，直至位移稳定、基坑安全有保障才能恢复正常观测。

（6）严格控制基坑开挖程序和施工配合：

基坑开挖前须对地连墙围护施工过程和质量、墙缝止水加固、降水监测等工作进行全面总结和分析及时发现基坑围护可能存在的问题，并对围护结构施工中可能存在的问题制定和落实防范措施。做好开挖条件验收工作。

在基坑开挖中应严格按照先探后挖、随挖随撑的施工程序执行，防止围护结构出现大的变形，造成地连墙接缝渗漏。基坑开挖须在各项准备工作准备充分前提下，从第一道支撑开挖到结构底板浇注完成整个阶段必须按照快速、有序地要求开展各项工作，开挖过程中对地连墙墙缝或接驳器等易发生渗漏部位先开样沟检查，发现渗漏及时回填，及时注浆处理。同时合理调整工序。

加快挖土与支撑速度，确保及时挖土、及时支撑。在地墙凿毛过程中，对易发渗漏的墙缝位置严禁混凝土凿毛，对于渗漏点必须随挖随堵，当挖至基坑底标高时，须做到垫层随挖随浇，加快底板施工进度。

2、基坑结构风险防范技术措施

工程本身结构和特征决定了工程本身的风险。主要反映在下列几个方面：天津地区的深基坑的开挖深度达到一定范围时，基坑风险将会有一个质的变化。一旦深层粉砂、砂性土发生突涌或出现坑底渗漏，不仅对工程产生毁灭性灾难，同时对周边环境也将产生灾难性打击；基坑越宽，基坑支撑体系稳定问题就显得尤为重要。基坑的宽度对支撑稳定有直接的影响，受到土体回弹和承压水作用下，立柱在开挖阶段通常隆起，而立柱的隆起对支撑稳定有致命的影响；平面异形的基坑，由于设计通常采用平面计算，不考虑基坑空间受力平衡的问题，容易在基坑异形的部位点产生应力集中，出现节点破坏；基坑由于周边交通等影响，特别是重车等影响，也会加大围护变形或差异变形，引发基坑渗漏或周边管线损坏等事件发生。基坑工程结构引起风险的防范技术控制措施如下：

（1）基坑围护结构及支撑系统的正确选择基坑围护结构及支撑系统的选择必须结合具体的情况和规范要求,同时也要充分考虑环境条件、建筑物的结构对基坑施工的特殊要求、各种围护结构的适用范围、技术特点以及造价。

（2）根据基坑底部土层分布及各土层特性，严格控制疏干井的疏干降水工作，减少微承压水、承压水对立柱隆起的影响。

（3）信息化施工：基坑工程事故的调查表明,任何一起基坑工程事故无一例外地与监测不力或险情预报不准确相关。在基坑施工中，应时刻关注周边环境的变化，同时对一些异常情况采取必要的工程措施。

3、周边环境风险及其控制措施：

在市区修筑地下工程，尤其是在地面建筑密集、地下管线复杂的城市中心地区，地铁施工引起的地面沉陷将有可能危及周围建构筑物、管线的安全。在施工前必须清楚地掌握工程沿线建构筑物、管线的构造、型式、年代、使用状况等情况，对工前建构筑物、管线进行评估，确定建构筑物、管线的已有的变形以及抵抗剩余变形的能力。其次在施工过程中进行监控量测，并根据评价指标进行判断，对建构筑物、管线进行评估。做出比较合理的技术决策和现场应变措施。最后对建构筑物、管线工后进行评估。应开展以下 5 个方面的工作：①建构筑物、管线资料的调查；②建构筑物、管线现状评估；③地铁施工对邻近地层和建构筑物、管线的影响与预测；④地铁施工沉降控制标准的制定；⑤地铁施工过程管理和控制程序的制定。对于周边环境风险采取以下几点措施：

（1）认真核查周边环境资料与设计图纸是否一致。

施工单位在基坑施工前，应先对周边环境资料按设计图纸先核实，特别是地下建（构）筑物，地下管线，一旦发现与设计图纸不符，应及时通知设计进行设计变更。由于种种原因，部分地下建（构）筑物，地下管线在基坑施工前未能查清，则在施工过程中一旦发现或发现情况与设计图不同，应及时向设计反映，以便及时进行设计变更，确保基坑安全。

（2）严格施工程序加强施工过程管理：

由于施工不慎引起基坑周边管线（包括给排水管、电缆线、煤气管）等破坏，是基坑工程常见的事故之一，这一点施工单位应高度重视。

（3）、认真核查止水结构能否满足止水要求：

止水结构能否满足止水要求是基坑施工能否顺利的重要因素，也是基坑施工过程中周边环境的安全与否的重要因素之一。目前基坑工程常用的止水结构为搅拌桩止水帷幕、高压旋喷桩止水帷幕。砂层中含有较多的旧基础，特别是木桩基础；砂层中的水为流动水；止水帷幕施工过程中，设备故障多，导致止水帷幕的施工搭接口较多等情况下一般止水效果不佳，建议采取复合型止水帷幕，增加高压注浆。

4、施工工序等引起的基坑风险防范技术措施（1）围护结构未完全闭合情况下开挖

由于受交通或某些重要管线的影响，围护结构无法完全闭合。还有某些出入口设计，在端部取消了围护结构，利用放坡作为围护等。围护结构未闭合的情况 6 下开挖对基坑而言是极具风险的。特别是砂、粉性土或土层存在有薄层砂、粉性土，施工又值雨季等地下水变化频繁的季节，极易发生基坑土体滑移而造成基坑坍塌事件。在围护结构未闭合的情况下开挖，必须预先落实专项技术措施。否则严禁开挖。

（2）前后工序搭接或预留存在障碍：

地铁车站施工由于受交通、管线等诸多因素影响，不可能避免地存在有分段施工。如车站出入口、风井与车站主体分段施工。分段施工新老砼的接口处易在新老混凝土结构搭接处发生渗漏、流水流砂，会对环境和基坑工程产生危害。

因此必须包括不同围护结构施工工艺，工法的接口从设计落实防范措施。车站主体与出入口、风井两种不同围护结构工法之间的接口设置旋喷桩止水措。

（3）不同部位对对地基加固止水方案选择。

不同的加固方法有不同特征，无论是双轴搅拌桩还是三轴搅拌桩，与地连墙等其他工艺、工法无法形成有效搭接。需采取旋喷对其搭接部位进行止水等加固。选用适宜的加固形式，优化加固工艺过程，合理安排工序。

四、结束语：

地铁工程建设投资大，施工周期长，车站基坑一般位于城市中心区周边建筑物密集、各种地下管线多，工程结构及施工工艺复杂。包括工程自然环境、场地条件等工程风险影响因素多。因此，造成地铁工程建设期间的风险发生机理具有多发性，潜在的不利后果和损失具有严重性或灾难性，由此而产生的环境影响和社会影响范围大、程度严重。地下工程建设必须加强风险管理，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，采取有效的管理措施和技术措施。实施经济、可行、主动的，确保安全的处置对策，减少或降低可能发生的风险及损失。

参考文献：（1）《基坑工程手册 》 刘国彬，王卫东，中国建筑工业出版社 出版时间： 202_-11-1

（2）上海土木工程学会，地下及隧道工程事故和风险监控技术，202_

作者简介：段浩，1973.10、男，河北邯郸人、高级工程师，本科；工作单位：中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司；地址：河北省邯郸市滏河北大街114号；邮编：056031；联系电话：***

第五篇：地铁施工沉降监测与预报系统设计与实现

地铁施工沉降监测与预报系统设计与实现

李光，冯雪春

（葫芦岛市测绘地理信息局，辽宁 葫芦岛 12500）

摘要：通过对目前地铁施工阶段沉降数据的管理与预测方法的分析和了解，通过计算机编程语言，实现对数据的专业化、智能化的管理，并且应用合理的预测方法对沉降数据进行后期的预测，通过严谨的程序设计，实现相关功能，具有较好的实用价值及应用前景。

关键词：地铁；沉降监测；系统设计

1.前言

在地铁施工过程中，变形监测为工程质量、施工进度和人身安全提供了重要的保证，就现阶段而言，在地铁施工过程中，由于监测项目多，数据格式多，监测数据接触人员多，存在诸多对监测数据管理的混乱问题；同时，在监测数据也存在数据共享不及时，监测数据预报不及时等问题，尤其是监测数据的短期预测精度有限，对未来形变趋势无法做出准确判断，很大程度上影响施工安全。因此，设计一个集数据处理，管理和预测分析于一体的系统显得十分重要。系统需求

2.1系统功能需求

系统的主要功能就是对数据的进行短期、准确的预测，这是系统的核心功能；系统还应实现对数据的录入（包括手动录入和导入已有文件）、数据存储（建立专门的数据文件）、数据处理（包括对数据进行粗差检验、危险值预警、平差等）、生成监测报表（建立数据的日报、周报等并附有工程信息）、生成沉降曲线图（包括沉降速率图和累积沉降图）、实现简易的监测点位图（相对点位图）等功能。2.2 系统性能需求

(1)系统稳定性高，应能在正常情况下，保证系统所有功能都能正常使用；在非正常情况下，尽可能保证部分功能正常使用；

(2)系统对电脑硬件要求低，在施工现场上任何硬件水平的电脑上都能运行，使系统具有广泛的硬件适用性；

(3)系统对计算机系统软件要求低，在施工现场并不能所有电脑都安装了VC2008++等基础支持性软件，因此，系统必须具有良好的兼容性。

(4)系统应具有一定安全性，由于系统内部可能载有国家保密级数据，因此应能避免操作系统漏洞给本系统造成影响。系统总体设计

按照上文所说的需求分析和总体设计，“地铁施工阶段沉降监测与预报系统”将是一个界面友好、简单易操作、能够生成图形化，同时又能够显示相对点位，基于这些需求，本文在综合考虑了所有的编程语言后，相对比而言，C#语言和Matlab语言以及使用ArcGIS Engine的相关模块能够符合系统需求。

“地铁施工阶段沉降监测与预报系统”是一个全方位、流程化的数据处理系统，为满足设计要求，系统将主要包括：数据管理、数据分析与计算、数据预测三大部分，从原始数据导入（录入）为开始，数据分析与预测为过程，生成监测数据报表为终止，其中包含数据建档、粗差剔除、简易平差、危险值警示、各种沉降数据示意图、累积沉降曲线图等等功能。系统总设计图如图3.1。

图3.1 系统总体设计图

Fig.3.1 Overall System Design Drawing 4 系统主要模块设计

系统主要分为三个模块：数据管理、数据分析与计算、数据预测。4.1 数据管理模块设计

数据管理做为数据的载体，贯穿于整个系统之中，通过施工测量员提供的资料和意见，针对数据管理模块具体化如下图4.1，其流程包括数据录入、建立数据档案、数据分析以及生成最后的监测报表。

图4.1 数据管理模块设计图

Fig.4.1 Data Management Module Design Drawing 4.2 数据分析与计算模块设计

数据分析与计算是“地铁施工沉降监测与预报系统”的重要组成部分，数据分析能力的强弱决定系统的实际应用等级水平，这个模块包含计算和分析，沉降监测数据的计算可以通过简单的计算机语言编写，其目的是根据相应的规范求出精度评定的相关参数；而分析则主要体现在粗差剔除的方法上，根据一期的沉降数据的数据量，对粗差剔除的理论方法宜采用格拉布斯准则进行判别，并警示显示。具体模块设计见下图4.2

图4.2 数据处理模块设计图

Fig.4.2 The Data Processing Module Design Drawing 4.3 数据预测模块设计

数据预测模块是“地铁施工沉降监测与预报系统”的核心部分，数据预测精度的高低决定着下一步的施工，在很大程度上左右工程进度，因此，数据预测模块要求主要有两个：首先，算法预测精度高，能够保障施工技术要求；其次，程序对数据质量要求要低，任何数据类型、数据量大小，都能准确预测。由于地铁施工阶段，工期紧张，因此，短期对数据预测能力要求较高，对长期数据预测能够保障总体趋势即可。

在导入的原始数据通过数据分析计算后，首先利用时间序列分析模型分析，使数据的特性能够识别在时间序列当中，通过自相关函数和偏相关函数，确定时间序列分析模型的参数，通过对残差的对比分析，选择适当的小波基，利用分层阈值小波去噪，消去噪声，最后使用指数平滑法对数据实现预测，并生成预测曲线和计算出预测值。具体设计运行流程，见下图4.3。

Fig.4.3

4.3 数据预测模块设计图

Data Prediction Module Design Drawing

图 5 地铁施工沉降监测与预报系统功能实现

5.1 系统主界面及数据管理模块的实现

图5.1 系统登录界面 Fig.5.1 System Login Screen 图5.1为该系统的登录界面，用户通过输入账号、密码方可登录成功，密码和账号为授权方授予，除此之外无权限修改，并且账号、密码实行二级授权，低等级授权能够使用大部分系统功能，高等级授权能够使用包括数据修改等全部功能。输入账号、密码后，点击“登录”按钮，系统将进入主界面，如图5.2。

图5.2 系统主界面 Fig.5.2 System Main Screen 图5.2为系统主界面，主界面大致分为三个区：数据操作区、图形显示区、数据显示区。

在系统的数据录入方面，其方式有两种：一是通过仪器生成的数据文件，比如excel格式、dat格式等；另一种是手动录入数据，这种方式适用于现场人为记录数据，现场计算的状况，其界面如下图5.3。

图5.3 键入数据界面 Fig.5.3 Type Data Screen 5.2 数据处理实现

数据处理模块是“地铁施工沉降监测与预报系统”的重要组成部分，为此，在系统中创建“数据管理”模块（如图5.4），实现粗差剔除、平差计算、收敛测量计算等常用、实用的功能。

图5.4 数据管理选项卡 Fig.5.4 Data Management Tab 这里以粗差剔除为例，做简要说明。粗差探测是数据处理很重要的一个步骤，较大的粗差能够影响数据以及之后的平差精度，并且能够在数据预测降低预测精度，因此必须将粗差探测，并选择剔除掉。在上文中，我们提到粗差剔除的四种方法，沉降监测数据多集中在30期到100期数据，因此，本文选择格罗布斯准则，并且能够起到较好的效果。选定监测点，单击“粗差剔除”，如有粗差，数据底色将为红色，如果超出安全施工的每日警戒值，底色见为黄色，见图5.5所示。

图5.5 粗差剔除界面

Fig.5.5 Gross Error Elimination Screen 5.3 图形绘制实现

在“数据操作区”下方的选项卡中，除了“基本信息”还有“数值分析”，里面可以选择多种绘制多种曲线示意图，曲线类型大致分为3种：累计沉降曲线、沉降示意曲线以及监测点点位图，要说明的是收敛监测也属于单一变量的，其预测方式及方法与沉降监测一致。下图5.6为期沉降量示意图，图5.7为累计沉降量示意图。

图5.6 期沉降量示意图

图5.7 监测点沉降示意图

Fig.5.6 Period Settlement Diagram

Fig.5.7 Monitoring Points Sedimentation

Diagram 6 小结

本文实现“地铁施工沉降监测与预报”系统的所有功能，并为每一个模块设计了相应的界面，实现了各模块间、开发语言间的数据传递；通过计算机语言的编写，实现了数据计算、粗差探测计等功能，尤其是在数据预测方面，将前文实验分析的结果实现在系统之中，使研究实现了实际应用的价值。

参考文献

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