城市地铁车站基坑变形监测分析

城市地铁车站基坑变形监测分析
摘要：在城市地铁车站施工中，需要进行基坑的大面积开挖，施工面积广且基
坑深度大，存在大量的安全隐患，需要施工单位和监理单位做好基坑施工过程中
的变形监测工作，以保证基坑工程的安全施工。

本文对城市地铁车站基坑变形特
点进行了分析，以上海某地铁站为例，对地铁车站基坑的变形监测进行了研究和
讨论，希望能够为类似的工程提供参考和借鉴。

关键词：地铁车站；基坑；变形监测
前言：城市化进程的加快，使得城市人口迅速增长，在带动城市地区经济迅
速发展的同时，也暴露出很多问题，如人地矛盾冲突、交通拥堵等，尤其是交通
拥堵问题的存在，不仅严重影响了人们的正常出行，而且会导致城市空气质量的
恶化，影响绿色城市建设。

这样的背景下，地铁开始在越来越多的城市中得到了
应用。

在地铁车站基坑施工中，影响因素众多，为了保证基坑施工的质量和安全，需要切实做好基坑的变形监测工作。

一、城市地铁车站基坑变形特点
一方面，基坑开挖过程中，会受到地质地层因素的影响，不同地质会引发不
同的基坑变形特点，以砂卵石地层为例，在施工过程中，要求技术人员必须明确
砂卵石受力的分布变化情况，以此为参照进行施工支撑的合理设置，如果施工支
撑设置不合理，则会引发围护桩的变形问题，严重时甚至会形成中间突出的桩基
础形式；另一方面，基坑开挖环节，可能会出现维护桩施工后地表沉降的问题，
分析原因，重要是因为围护桩出现了水平方向的位移，引发乃至加剧了周边土体
的同步位移。

在桩体周边，地表沉降分布形式大致可以分为两种，一种是三角形
分布，指基坑开挖施工环节，施工位置处于软土层，同时围护桩没有能够达到稳
定的嵌固深度，此时桩底将会有比较明显的水平位移，会导致桩体周边地表产生
不同程度的沉降问题；二是地表抛物线分布，指基坑开挖施工位置围护桩的嵌固
深度较大，桩体深入到了稳定地层，此时与基坑存在一定距离的土体可能会出现
地表沉降现象。

二、工程概况
上海某地铁站规划地东侧靠近湖泊，地面以草坪绿化为主，周边开阔没有其
他建筑物的存在，不过道路下设置有大量市政管线，如污水管道、给水管道、燃
气管道、电力线缆等。

车站全长326m，端头井的宽度在20.5m左右，标准段宽
度为36.3m，车站整体采用的是地下二层双岛式车站，维护结构采用的是地下连
续墙，一共设置有多道支撑，其中第一道支撑为混凝土支撑，然后在端头井位置
设置5道钢支撑，标准段设置4道钢支撑。

在基坑中设置有相应的格构柱，柱下
则进行灌注桩的施工。

结合上海市轨道交通11号线南段工程的整体岩土勘察报告可知，该车站所
处区域的整体地貌类型为潮坪地带，地层地质状况依照自上而下的顺序，依次是
回填土、砂质粉土、淤泥质粘土、粉质粘土以及粉质粘土夹粉砂。

对照上海地区
的区域资料分析，车站施工现场的地下水以浅部粘性土层潜水为主，部分区域在
浅部粉性土层中存在有微承压水和承压水，其中，会对车站基坑施工产生影响的
地下水包含了上层潜水、微承压水以及承压水。

三、城市地铁车站基坑变形监测
1.地表沉降剖面监测
在车站基坑工程施工过程中，需要切实做好地表沉降的监测工作，结合施工
现场的实际情况，可以在两倍基坑开挖深度范围内，对地表沉降剖面监测点进行
分散布设，从基坑围护外侧开始对每一组沉降剖面进行计算，将间距控制为2m、5m、5m、10m和10m，设置3-5个垂直位移监测点。

车站主基坑外，一共需要
布设20组地表沉降剖面，依照DB1-i～DB20-i（i=1,2,3,4,5）进行编号。

2.围护结构顶部变形监测
在地铁车站主体基坑四周，设置有相应的维护墙，从保证施工安全的角度，
需要在维护墙顶部，设置相应的变形监测点，包括垂直位移监测点和水平位移监
测点，监测点的数量为40个，依照Q1～Q40进行编号，每一个测点的间距控制
在18m，为了避免施工过程中测点位置的变化，使用8cm的带帽钢钉将测点固定
在新浇筑的顶圈梁上。

3.围护结构侧向变形监测
在基坑地下连续墙内部与钢筋笼深度相同的位置，埋设带有导槽的PVC塑料管，对围护结构的侧向变形进行监测。

为保证监测效果，于车站基坑四周按照
18m的间距，布置40个测斜孔，测斜孔的位置需要技术人员结合实际情况确定，在保证变形监测效果的同时，必须尽可能避免基坑施工的影响。

4.支撑轴力监测
可以通过在混凝土支撑内设置钢筋应力计的方式，对混凝土支撑的轴向受力
进行监测，在对应力计进行安装的过程中，应该在左右两侧对称进行。

钢支撑轴
力监测主要是借助安装在支撑固定端的轴力计来对支撑结构的轴向压力进行测试。

地铁车站主体基坑内部设置的第一道支撑为混凝土材质，第二到第五到支撑则采
用钢结构，想要对其支撑轴力进行监测，需要在对应位置，设置10个轴力测点
断面，采用Zi-1～Zi-10(i=1,2,3,4,5，表示支撑层数)做好编号，端头井第六到支撑
位置，单独设置轴力测点。

5.管线沉降监测
基坑周边道路下的各类管线众多，其同样是基坑变形监测的一个重要内容，
可以采用Trimble DINI03电子水准仪进行监测，监测频率为3d以此，如果发现异
常情况，需要改为一天一测。

该工程项目中，使用的沉降监测仪器包括Trimble DINI03电子水准仪、SWJ8090型钢尺水位仪、Leica TCA1201+R400全站仪、XP02
测读仪。

6.立柱桩垂直位移监测
为了对地铁车站主基坑开挖过程中的立柱垂直位移情况进行监测分析，要求
工程技术人员能够充分掌握基坑支护系统的稳定性，明确基坑施工过程对于立柱
桩的可能产生的影响。

可以在立柱桩底部设置相应的垂直位移监测点30个，依
照L1～L30进行编号。

7.水位监测
一方面，需要对基坑外的潜水水位进行监测。

工程技术人员可以在基坑周围
2m的位置，设置潜水水位观测孔，观测孔的深度为8m，一共布置16个观测孔，相邻观测孔的距离为50m；另一方面，需要对基坑外的承压水水位进行监测。

技
术人员可以在基坑外5m的位置，设置4个承压水水位观测孔，孔深为48m，可
以以两个为一组，将其分别设置在端头井和标准段基坑外。

四、地铁车站基坑施工变形的分析及控制措施
1.主要存在的变形
结合该工程的实际情况分析，在地铁车站基坑施工过程中，主要存在的变形包括
了地表沉降、围护结构顶部变形及侧向变形等，想要对这些变形进行控制，需要
做好其来源和原因分析。

2.变形来源及原因
2.1地表沉降剖面
在对基坑周边地表沉降剖面进行监测的过程中，一共设置了20条剖面点，对采
集到的数据进行整理和分析，比较具有代表性的监测曲线如图1所示。

地表沉降主要是来自基坑施工对于周边土体的扰动，虽然设置了相应的支护结构，但是施工带来的扰动依然无法完全避免。

结合图1分析，伴随着基坑开挖的持续
进行，地表的垂直位移越发明显，等到基础底板浇筑完成后，变形速率开始减缓，等到地下结构施工时，变形开始趋于收敛。

每一条剖面线中，与基坑距离较近的
1号和2号点沉降量相对较大，尤其是2号观测点，沉降量在所有点中最大，甚
至超过了距离基坑更近的1号点，与基坑开挖后周边地表沉降槽的形态基本一致。

图1 地表沉降剖面测点曲线
2.2围护结构变形
在基坑围护结构顶部，设置有40个垂直及水平位移观测点，对监测到的数据信
息进行整理，比较具有代表性的测点曲线如图2所示。

图2 维护结构顶部测点变形曲线
结合图2进行分析，基坑土方开挖过程中，会对周边土体产生扰动，而土体
的扰动又会被传递到围护结构上，引发其垂直沉降或者水平位移的问题。

基坑开
挖初期，因为土方卸荷作用的影响，围护结构顶部测点会出现微量上抬的情况，
当基础底板施工完成，围护结构的顶部会轻微下沉，地下结构施工时，围护结构
的变形会逐渐趋于收敛。

围护结构顶部的水平位移在基坑开挖的过程中，会向着
基坑内变形，而在支撑结构拆除环节，并没有看到明显的向基坑内变形，而且地
下结构施工阶段，变形开始趋于收敛。

围护结构的变形不仅表现在顶部，还表现在围护墙体的侧向变形。

通过对具
有代表性的墙体测斜孔位移变化曲线进行分析，测斜孔最大侧向位移的位置与基
坑开挖深度基本吻合。

从基坑大底板的振捣到支撑拆除，墙体侧向位移虽然有所
发展，但是数值较小，充分表明了基坑大底板混凝土浇筑完成后，测孔深层侧向
位移基本趋于稳定。

2.3支撑体系
支撑体系的变形相对于地表和围护结构并不十分明显，主要体现在支撑轴力
的变化，针对支撑轴力变化曲线进行分析，可以看出，在土层开挖过程中，周边
支撑体系的支撑轴力会在应力变化的影响下迅速增大，而在继续开挖至下一道支
撑形成后，下层支撑的作用开始发挥，上层支撑体系的受力开始得到明显减缓，
逐步趋于稳定，等到基坑大底板浇筑完成后，受力变化基本稳定。

2.4地下水位
基坑施工引发的土体变形必然会导致地下水位的波动，为了对其进行有效的
监测分析，在基坑周边设置16个潜水水位观测孔和4个承压水位观测孔，同样
分析具备代表性的测点变化曲线，可以看出，地铁车站基坑开挖过程中，地下连
续墙接缝位置存在有不同程度的渗漏水问题，部分潜水水位下降。

从保证施工安
全的角度，采取有相应的堵漏措施，继续观测，坑外水位在较短的时间内回升到
了正常水平。

结合施工期间的气候条件分析，坑外水位的波动可能与降水存在一
定关联，而承压水水位则与基坑外抽取承压水的量有着密切关联。

2.5立柱桩
对照观测数据的变化曲线分析，在基坑施工过程中，因为坑底土体卸载之后产生的影响，立柱桩出现了上升的趋势，分析原因，主要是在进行土方的大面积开挖时，土体卸荷量十分巨大，坑底土体因为卸荷而产生隆起，继而带动立柱桩共同抬升。

基坑大底板浇筑完成后，立柱桩的隆起量显著降低。

3.控制措施
该车站基坑施工变形监测工作从维护结构施工前的进场测试开始，一直到所有地下结构施工完成，得到的监测数据基本稳定，因为各种监测点的设置，能够及时发现基坑施工中的变形情况，采取有效措施对其进行处理，对变形问题进行有效控制。

基坑围护结构在基坑施工过程中，先后经受了降水、大面积开挖以及支撑拆除等的考验，不过因为施工流程合理，监测手段完善，围护结构、地下管线的正常运行得到了保障。

在对基坑变形进行控制时，一是应该做好实时观测工作，随时掌握基坑周边土体的变形规律，以保证管线的正常稳定运行。

因为无论是围护结构和桩基础，在进行施工的过程中，都会因为土体损失效益而对周边环境产生巨大影响；二是在基坑工程施工过程中，围护结构的总体变形较大，需要做好实时跟踪监测工作，依照观测到的数据信息，在现场提供施工指导，这样能够切实保证围护结构以及周边构筑物的安全性和稳定性；三是在对基坑进行开挖的过程中，应该在保证开挖质量的情况下，尽量加快开挖速度，对开挖顺序进行合理安排，而当开挖到各层支撑时，需要迅速对支撑进行架设，以此来实现对于围护结构变形的有效控制；四是基坑开挖阶段以及开挖完成、底板浇筑前，需要充分考虑恶劣天气的影响，做好必要的防护工作，因此此时围护结构处于最为不利的受力状态，若收到降水、涌砂等因素的干扰，会直接影响维护结构的稳定和安全。

总结
总而言之，在城市地铁车站工程施工中，基坑变形监测是一个非常关键的内容，其会直接影响基坑乃至地铁车站整体的施工质量和施工安全。

对此，施工单位和技术人员需要充分重视基坑变形检测工作，在一些关键位置设置相应的变形监测点，采取切实可行的控制措施，确保基坑开挖的顺利进行，保障施工安全，降低经济损失，推动城市的可持续健康发展。

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作者简介：储伟文，1968.10，女，汉族，黑龙江省哈尔滨市人，武汉测绘科技大学，地图制图专业，从事测绘科技领域，地图制图、工程测绘等工作。