谈地铁深基坑施工自动化监测技术的应用

谈地铁深基坑施工自动化监测技术的应用

发表时间：2016-11-02T15:11:18.670Z 来源：《基层建设》2016年15期作者：胥牛伟

[导读] 摘要：深基坑作业施工中，在设计理论分析指导下，对地下管线以及周围的土体有计划地进行一系列监测、统计分析，并以监测分析的数据为依据，对基坑的支护及开挖作业进行动态设计，以此来指导安全施工和周边环境的保护。

安市地下铁道有限责任公司陕西西安 710021

摘要：深基坑作业施工中，在设计理论分析指导下，对地下管线以及周围的土体有计划地进行一系列监测、统计分析，并以监测分析的数据为依据，对基坑的支护及开挖作业进行动态设计，以此来指导安全施工和周边环境的保护。在西安地铁车站主体、人防段和折返线深基坑施工中，采用了自动化监测技术，取得了成功实践。

关键词：地铁施工；深基坑施工；自动化监测

一、工程概况

西安某广场位于西安市雁塔区，占地面积12675m2，是一座楼高70.48m共33层的办公大楼及4层的商业住房，分别坐落在场地的北侧和西南侧。本工程3层地下室(局部4层)，开挖面积达9800m2，开挖深度近21m(局部最深达26m)。基坑北侧平行邻近地铁2号线区间运营隧道，净间距仅5.4m，隧道与基坑平行长度90m。

二、工程地质

拟建场地地貌形态为滨海平原地貌，地势较平坦，地面标高2.930～3.580m，一般为3.200m。本工程基坑设计时取自然地面标高

3.500m，相对标高-0.500m。地质特征:①1杂填土层层厚0.92m，杂色，湿，松散，主要由三合土组成，夹碎砖等建筑垃圾;①2素填土层层厚1.30m，黄灰～灰色，湿，软塑，土质松散，为近期堆积的回填土，夹少量杂质、碎石等杂物;②褐黄色粉质粘土层层厚

1.45m，褐黄色，湿，可塑，中压缩性，土质尚均匀，含氧化铁斑点，本层在暗浜区内缺失;③灰色淤泥质粉质粘土层层厚3.61m，灰色，很湿，流塑，高压缩性，土质不均匀，夹薄层粘土，层底砂性较重;④灰色淤泥质粘土层层厚8.48m，灰色，饱和，流塑，高压缩性，土质尚均匀，夹少量贝壳屑;⑤1a灰色粘土层层厚4.17m，灰色，很湿，软塑～流塑，高压缩性，土质尚均匀，夹少量贝壳屑和姜结块;⑤1b灰色粉质粘土层层厚8.32m，灰色，湿，软塑，中压缩性，土质尚均匀，夹植物根茎、姜结块;⑤1c灰色粉质粘土夹砂质粉土层层厚9.58m，灰色，湿，可塑，中压缩性，土质不均匀，局部不均匀夹粉砂，局部夹少量姜结块;⑥暗绿色粉质粘土层层厚

2.90m，暗绿色，稍湿，硬塑，中压缩性，土质尚均匀，含少量铁锰结核;⑦1灰绿～黄色砂质粉土～粉砂层层厚6.20m，灰绿～黄色，饱和，密实，中～低压缩性，土质不均匀，层顶夹少量粘土，呈砂质粉土状，含云母屑;2草黄～灰色粉砂层层厚4.30m，灰色，饱和，密实，低压缩性，土质尚均匀，含云母、石英等矿物质;⑧灰色粘土夹砂质粉土层层厚7.77m，灰色，湿，可塑，中压缩性，土质不均匀，呈粘土夹粉砂状;⑨灰色粉细砂层层厚28.76m，灰色，饱和，密实，低压缩性，土质尚均匀，局部夹少量粗砂及砾砂，含云母、石英、长石等矿物;⑩蓝灰色粉质粘土层层厚7.07m，蓝灰色，稍湿，硬塑，中压缩性，土质尚均匀，局部夹少量砂质粉土;

三、基坑设计

3.1、北坑设计方案

根据保护地铁要求，本工程北区基坑开挖对地铁隧道产生的附加影响必须控制在5mm以内。经计算分析，北坑继续开挖后，北坑北侧地下连续墙的水平位移必须控制在13mm以内，才能保证地铁隧道的沉降控制在5mm以内，从而确保隧道运营安全。根据北坑变形控制要求高的特点，设计方案中充分利用“时空效应”原理，设计了能快速开挖、及时支撑、及时调节支撑轴力的支撑系统。共设置5道支撑。第1道支撑采用钢筋混凝土支撑，由于地铁管理部门要求基坑北侧不得行驶大型施工设备，而南侧又是正在施工的塔楼。因此，为加快挖土速度、解决施工场地，在支撑上设置部分施工栈桥。第2～5道支撑为609mm×16mm钢管支撑，按地下连续墙分幅布置，每幅地下连续墙设2根钢管支撑，位于地下连续墙分缝两边各1m处。基坑竖向第2、3道支撑位于地铁隧道上方，第4、5道支撑位于地铁隧道腰部及下方。

3.2、自动监测及控制系统的设计与开发

本项目科技成果的关键在于控制系统的可靠性、先进性、安全性与创新性。自动控制系统采用的液压设备与千斤顶尽可能选用大众化产品，使其具备物美价廉的特点，并可重复利用。基于此，将自动控制系统分解为两个大的模块:液压泵站+液压千斤顶组成液压系统模块;自动控制硬件设备及其计算机软件的开发组成自动控制系统模块。钢支撑自动控制系统由上位系统、PLC控制系统和现场执行与监测系统组成。上位系统主要组成部件有工业控制计算机、显示器、自动控制软件;PLC控制系统主要组成部件有控制柜、PLC控制模块和相应电子器件;现场执行与监测系统主要组成部件有钢支撑、液压千斤顶、传感器、液压泵站及其电气柜等。由自动控制系统控制液压泵站和液压千斤顶，实现钢支撑轴力的自动控制。

3.3 监测方法

第一，地面沉降(含周边建筑物沉降和倾斜)监测：

1)点位埋设:本项目主要为相邻建筑的安全服务,包括周边高大建筑以及各种砖混结构居民楼。监测点的布设将考虑周边建筑物的重要性和与基坑的距离现场确定,监测点一般设在建筑物基础的构造柱等附近地面及基坑周边管线位置。监测点可用射钉或钢筋做成。

2)监测方法和仪器:使用一等精密水准仪测量。基准点选在远离基坑的地段布点(一般布设3点),在基坑降水前测得初始值,以后各次测量值与初始值相比,得出变化值。监测频率依据工程进度在基坑开挖的重要阶段或出现异常情况时确定。

第二，围护结构桩(墙)身钢筋应力监测：

1)点位布设:依据设计意见选定监测位置,在围护结构施工时,预埋钢筋应力计,钢筋计焊接在钢筋笼的主筋上作为主筋的一段,焊接面积不应小于钢筋的有效面积,在焊接时需要对钢筋计采取冷却措施。钢筋计埋设在开挖侧和挡土侧的主筋对应位置处,布距一般为2 m～4 m,视结构的重要性和监测需求而定。

2)监测方法和仪器:钢筋计有振弦式和电阻应变式两种,接收仪分别为频率仪和电阻应变仪。

四、信息化施工实施结果

4.1 墙体变形

从北坑开挖到北坑底板浇筑完毕，地下连续墙变形设计控制目标值为18.10mm。基坑开挖期间，截至北坑底板浇筑完成，地下连续墙最大变形值10.95mm，仅为控制目标值的60%，自动控制系统对地下连续墙变形具有较好的控制作用。控制系统运行后，第4、5道支撑轴