地层地铁深基坑变形速率与风险控制研究

摘要：如何通过基坑变形速率监测控制复杂环境下承压水地层基坑的沉降变形是工程施工的难题。本文基于杭州地铁9号线一期土建施工某地铁车站，开展了承压水地层地铁基坑施工风险、承压水地层地铁深基坑变形速率监测和控制技术研究。研究表明，承压水地层地铁基坑施工风险，主要包括自身风险和环境风险，水位变化速率呈现出先增大后减少的趋势，墙顶沉降变化速率总体呈现出缓慢减小趋势，最大值小于0.15mm/d，对杭州地铁复杂环境下承压水地层类似工程施工具有重要的指导意义。

关键词：地铁基坑；承压水地层；复杂环境；变形速率；风险控制

一、引言

由于目前基坑工程的设计计算理论仍不完善，基坑工程施工监测已成为实现施工信息化及保障工程及周边环境安全的一项重要兜底性工作。基坑工程的变形预警是基坑施工监测过程中重要的安全保障手段，变形预警不仅是监控监测点的累计变形量，还要监控其变形速率。变形速率反映监测对象发展变化的快慢，当变形速率过大时，往往是工程事故发生的暗示。国内外学者围绕着地铁车站基坑施工风险与监测控制进行了大量的研究工作，如王双龙等[1]研究了基于变形速率的深基坑工程监测精度，李纪成等[2]研究了杭州地铁深基坑开挖监测，张蓓等[3]则基于南通地铁1号线一期工程，开展了软土层基坑降水模型试验研究，发现降水引发的基坑地表沉降随着监测点距基坑支护桩距离的增大而减少，Zou等[4]对城市高密集区地铁施工和运营引起的地面长期沉降监测预警进行了系统研究。变形贯穿于施工的全过程，但是，各类变形也可通过合理的设计、有效的施工措施、基于“时空效应”理论的信息反馈技术等法进行有效控制，将变形控制在允许的程度。目前的研究缺乏针对杭州地铁临近钱塘江的复杂环境承压水地层车站基坑的各类监测预警技术和系统的风险分析。综上所述，本文以杭州地铁9号线一期土建施工某基坑开挖为背景，对开挖过程所引起的地表沉降、坑外地下水位变化以及围护结构变形及周边土体水平位移等的现场实测数据进行了分析，可为杭州地铁类似工程施工提供重要的参考。

二、工程概况

本项目地处浙江省杭州市江干区，为杭州地铁9号线一期土建施工地铁车站，站台起止里程为DK22+098.520~DK22+319.977。主体基坑沿规划钱江东路总长221.423m，标准段宽度为21.3m，盾构井段宽度为25.4m。主体结构标准段基坑开挖深度约17.16m，盾构井段基坑开挖深度18.436m。本车站范围内存在承压水，采用地下连续墙隔断承压水方式。其周边环境见图1。

三、承压水地层地铁基坑施工风险分析

该站北侧是引水河、御道家园，东西是原有航海路，南侧是钱塘江，东南侧是某培训中心。车站距离浙赣铁路桥梁桩基础、高铁桥梁桩基约为100m，车站西北侧紧邻引水河（见图2），主体结构距离引水河河道蓝线约14.3m，附属结构距离引水河河道蓝线最近处约0.62m；车站北侧为御道家园小区距离车站基坑最小距离为58m；车站西侧端头紧邻御道桥，主体结构距桥承台20.3m，附属结构距桥承台约为8.5m；西北侧为御道家园小区，车站主体结构距离小区地下车库结构最近处约53m；车站东南侧为绿地。车站东南侧现状绿地规划主要以商业、商务、城市轨道交通用地为主，铁路某培训中心采用浅基础，5层建筑，距离车站主体最小距离为49m。（1）自身风险，包括：车站总长221.423m，标准段宽度为21.3m，盾构井段宽度为25.4m。主体结构标准段基坑开挖深度17.16m，盾构井段基坑开挖深度18.436m；基坑开挖范围内主要为素填土、杂填土、粉砂性土、淤泥质土、粉质土；需进行坑内潜水疏干降水，承压水需隔断或降压，基坑开挖时易出现突涌、漏水、变形过大等风险。（2）环境风险：车站东南侧铁路某培训中心采用浅基础，南侧通道距外侧围墙距离为16.7m，基坑施工可能引起建筑物不均匀沉降及水平位移；市政管线多，埋深0.9~1.3m，临时迁改至车站西北侧与基坑最小距离6.5m，10KV强电电缆，钢管埋深0.5m，临时迁改至车站南侧与基坑最小距离26m，DN300给水管，埋深1m，临时迁改至车站西侧与基坑最小距离13m，DN200污水管，埋深2m，临时迁改至车站西南侧与基坑最小距离18m，DN300雨水管，埋深0.9m，临时迁改至车站西南侧与基坑最小距离13m。车站西北侧紧邻引水河，河道宽度约为20m，与基坑方向平行，主体结构距离引水河河道蓝线约14.3m。

四、承压水地层地铁深基坑变形速率研究

1．基坑沉降基准点控制网设置在主体基坑周围布设沉降监测控制网，控制网分两级布点，一级为业主提供的车站附近的深埋基准点（S39-19、S39-20），二级为沿车站周围每隔一定距离布设一个工作基点，共布设5个工作基点，分别为BM1～BM5。工作基点距基坑的距离在3倍基坑开挖深度以外。工作基点埋设要综合考虑各种影响因素，埋设在地面沉降影响范围外的稳定区域，基点要牢固可靠，具体埋法如图3。选用精密水准仪及配套铟钢尺，按国家标准对变形监测沉降控制网实施观测。监测实施前必须进行联测，并在实施后每个月进行联测一次，联测后进行严密平差计算，以检查水准基点的稳定性，基准点高程中误差控制在≤±0.5mm。2．监测报警值设置（1）报警值（控制指标）是监测工作中为确保监测对象安全而预先设定的预估最大值。在工程的监测过程中，一旦发现量测数据超过报警值的80%时，监测部门必须要在报表中醒目提示，予以报警。（2）报警值的确定应遵循的原则：1）在工程正式施工开始之前，由建设、设计、监理、施工、监测等相关部门共同商定监测报警值，并同时列入监测方案。2）每个监测项目应由累积允许变化值和变化速率两部分来控制预警值。3）监测预警值的确定应满足现行的行业相关设计、施工法规、规范和规程的要求。4）若某一监测项目尚无明确规定的预警值，可借鉴国内外相似工程的监测资料，以此来确定该项目预警值。5）监测预警值的确定应具有工程施工可行性，在保证安全施工的前提下，还综合考虑提高施工工效和减少施工成本等方面因素。6）在监测工作实施过程中，当监测值超过预警值时，除了及时报警之外，还应及时与有关部门沟通，进行研究分析和动态控制，必要时可调整所设定的预警值。（3）根据基坑工程监测规范，对于基坑监测项报警值的规定以及施工图设计文件中给定的报警值，结合杭州地区基坑工程经验本工程结构基坑各监测项目的控制值。3．承压水地层地铁深基坑变形速率分析承压水地层地铁深基坑变形速率见图4和图5。由图4可知，水位变化值随着编号的增大总体呈现出先增大后减少的趋势，最大值小于10m，最小值小于-5m，结果显示水位变化总体趋于稳定。由图5可知，随着编号的增大，墙顶沉降变化速率总体呈现出缓慢减小趋势，最大值小于0.15mm/d，最小值均未超过-0.10mm/d，表明墙顶沉降总体趋于稳定。

五、承压水地层地铁深基坑沉降控制技术

对于自身风险采取相应控制技术，针对围护结构监测设置，墙顶沉降及水平位移监测25测点，墙体深层水平位移监测25孔，土体深层水平位移监测26孔，支撑轴力监测21组*5层，立柱桩隆沉监测8测点；沿基坑周边布设25组沉降监测断面，共111点；沿基坑周边布设坑外水位监测孔25个，2个承压水位监测孔。对于环境风险监测控制技术，对于车站东南侧铁路某培训中心采用浅基础，南侧通道距外侧围墙距离为16.7m，基坑施工过程中可能会引起周围地表建筑物不均匀沉降及水平位移，采取措施是设置6个竖向位移监测点，监测建筑物变形情况，结合开展裂缝监测。对于改迁管线现场跟踪，采用抱箍方式布设直接监测点位。对于未改迁管线，监测点尽量采用检修井、气阀等管线附属设施设置，或破除路面硬壳层设置间接监测点，加强对管线的巡视巡查工作，管线共计43点。对于车站西北侧紧邻引水河，河道宽度为20m，与基坑方向平行，主体结构距离引水河河道蓝线约14.3m。采取措施：沿河道方向20m间距布设12个河坎监测点。对于车站西侧端头紧邻御道桥，主体结构距桥承台20.3m，附属结构距桥承台约为8.5m。采取措施：设置2个竖向位移监测点。

六、结论

（1）承压水地层地铁基坑施工风险，主要包括自身风险和环境风险。自身风险包括基坑开挖深度、基坑开挖范围内主要地层、疏干降水情况、承压水隔断施工情况等；环境风险包括周边建筑物位置、大直径燃气管、给水管和邻近的河流情况。（2）承压水地层地铁深基坑变形速率研究认为，水位变化速率呈现出先增大后减少的趋势，墙顶沉降变化速率总体呈现出缓慢减小趋势，最大值小于0.15mm/d，承压水地层地铁深基坑沉降控制技术主要是对自身风险和环境风险的控制。

作者：胡炎辉 单位：杭州市地铁集团有限责任公司