鞏林

摘要 南京馬高路北延工程采用隧道形式下穿滬寧高速，文章圍繞該工程的隧道基坑位移監(jiān)測(cè)開展研究，該隧道基坑面積大、開挖深，地下水分布較淺，易發(fā)生漏水事故，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。施工過(guò)程中對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部位移、豎向位移、基坑周邊地表沉降及土體深層水平位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)合理設(shè)置測(cè)點(diǎn)、制定監(jiān)測(cè)方案。結(jié)果顯示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部位移、豎向位移、基坑周邊地表沉降和土體深層水平位移均小于預(yù)警值，且位移趨勢(shì)基本保持穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 深基坑監(jiān)測(cè)；極坐標(biāo)法；水平位移；豎向位移；地表沉降

中圖分類號(hào) TU753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）06-0019-03

0 引言

隨著市政道路和高速公路的擴(kuò)張，兩者的交叉點(diǎn)也日益增多。市政道路的限制因素較多，有時(shí)不得不采取隧道的形式下穿高速公路，可以預(yù)見的是，隨著路網(wǎng)的完善，這種隧道下穿的交叉形式也會(huì)越來(lái)越常見。南京城東片區(qū)馬高路北延下穿滬寧高速隧道工程基坑總面積12 006.3 m2，基坑面積大、開挖深，工程中易受到地下水的干擾，影響基坑的穩(wěn)定性。因此，基坑工程全面的位移監(jiān)測(cè)對(duì)該工程的施工安全至關(guān)重要，該文選取此工程為研究對(duì)象，通過(guò)分析該工程的基坑位移監(jiān)測(cè)方法，旨在提出一套科學(xué)、有效的監(jiān)測(cè)方案，為類似工程提供借鑒。

1 依托工程概況

1.1 工程概況

馬高路北延工程位于南京城東片區(qū)，是現(xiàn)狀馬高路的北延工程，南北走向，南北起終點(diǎn)分別連接寧杭公路和金馬路。道路全長(zhǎng)1.64 km，城市主干路，道路紅線寬度滬寧高速以北40 m，滬寧高速以南45 m，設(shè)計(jì)速度50 km/h。

道路采用隧道形式下穿滬寧高速，樁號(hào)K1+140～K1+400，隧道全長(zhǎng)260 m，隧道結(jié)構(gòu)斷面采用單箱四倉(cāng)結(jié)構(gòu)?；訕?biāo)準(zhǔn)寬度約45.7 m。隧道基坑開挖深度由設(shè)計(jì)起終點(diǎn)位置的2 m按設(shè)計(jì)縱坡漸變至最低點(diǎn)位置約9.7 m?；油廨喞荛L(zhǎng)約626.2 m，基坑總面積約12 006.3 m2。

1.2 監(jiān)測(cè)重點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）該項(xiàng)目涉及三期交通改道，滬寧高速作為南京連接上海的重要高速公路，車流量很大，需確保交通的正常運(yùn)行。由此可見，除基坑結(jié)構(gòu)本身以外，嚴(yán)格控制基坑周邊高速公路道路沉降變形是該項(xiàng)目的一大重點(diǎn)。

（2）該項(xiàng)目基坑面積大、開挖深，地下水分布較淺，若支護(hù)結(jié)構(gòu)在開挖過(guò)程中發(fā)生漏水，將會(huì)降低支護(hù)體系穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整體失穩(wěn)，造成對(duì)圍護(hù)本身和周圍環(huán)境的損害以及其他不可預(yù)料的損失，因此，地下水監(jiān)測(cè)是該項(xiàng)目的又一大重點(diǎn)。

（3）該項(xiàng)目設(shè)置兩道水平架支撐，受基坑變形影響可能導(dǎo)致支撐受力狀態(tài)復(fù)雜，對(duì)于水平桁架支撐受力狀態(tài)和位移的監(jiān)測(cè)也是該項(xiàng)目重點(diǎn)之一。

（4）基坑拆撐為該項(xiàng)目的關(guān)鍵工序，處理不當(dāng)容易造成支護(hù)體系變形過(guò)大、周邊環(huán)境變形過(guò)大，因此，對(duì)支撐體系和周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)也是該項(xiàng)目的一個(gè)重點(diǎn)。

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及項(xiàng)目

該項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)儀器等基本要求如表1所示。

3 監(jiān)測(cè)方法

3.1 監(jiān)測(cè)方案

3.1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移

（1）監(jiān)測(cè)方法。在該項(xiàng)工程中，對(duì)水平位移的監(jiān)測(cè)采用了極坐標(biāo)測(cè)量法。在預(yù)先選定的測(cè)量點(diǎn)部署全站儀，確保其精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)和水平校準(zhǔn)。測(cè)量開始時(shí)，操作人員將全站儀指向一個(gè)設(shè)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，該點(diǎn)作為測(cè)量的初始方向。為確保準(zhǔn)確性，還會(huì)參照其他幾個(gè)基準(zhǔn)進(jìn)行校驗(yàn)。接著，通過(guò)測(cè)回法連續(xù)記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于測(cè)量站的角度和距離，以此來(lái)確定精確坐標(biāo)位置。然后，將這些位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為垂直于基坑方向的位移量，并與初始坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，從而得出樁頂?shù)乃轿灰拼笮1]。

（2）數(shù)據(jù)采集。主要利用全站儀以及相應(yīng)棱鏡組成的設(shè)備組合，根據(jù)極坐標(biāo)測(cè)量法對(duì)水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在連續(xù)監(jiān)測(cè)中，首先將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化映射到路線的法向上，以此來(lái)計(jì)算水平位移的值。為了確保數(shù)據(jù)的精確性，采用了嚴(yán)密平差法來(lái)計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)比較這些最新坐標(biāo)與原有坐標(biāo)，可以判斷是否發(fā)生了位移。

（3）數(shù)據(jù)分析。在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，遵循以下原則來(lái)評(píng)估觀測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性：①首先，穩(wěn)定性分析的依據(jù)是對(duì)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行的平差計(jì)算結(jié)果。②通過(guò)比較連續(xù)兩次觀測(cè)間的最大變形值與允許的最大測(cè)量誤差（一般設(shè)定為兩倍的中誤差），判斷變形的是否嚴(yán)重，若變形值低于這一最大誤差，則認(rèn)為在觀測(cè)周期內(nèi)變形不明顯或無(wú)變化。③即使在連續(xù)周期的觀測(cè)中變形量較小，如果長(zhǎng)期趨勢(shì)顯示明顯的變化，則應(yīng)視為觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變動(dòng)。

3.1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部豎向位移

（1）監(jiān)測(cè)方法。圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部豎向位移與水平位移同點(diǎn)監(jiān)測(cè)，豎向位移的監(jiān)測(cè)采用水準(zhǔn)測(cè)量法。

在水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，水準(zhǔn)儀中i角（儀器傾斜角）的精確度和穩(wěn)定性對(duì)于測(cè)定垂直位移至關(guān)重要。為保障監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)需定期對(duì)i角進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其誤差不超過(guò)15″。每次測(cè)量基于固定的水準(zhǔn)控制點(diǎn)，計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程值。通過(guò)比較同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)兩次的高程差，可以確定該點(diǎn)的沉降量（向下的沉降表示為負(fù)值），具體計(jì)算公式為：當(dāng)前沉降量=當(dāng)前測(cè)量高程－上一次測(cè)量高程。將每次測(cè)量的沉降量累積，可以得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總沉降量。

沉降值計(jì)算公式如下：

dhi=hi? hi?1 （1）

Dh=（dh1+dh2+…+dhi） （2）

式中，dhi——該次沉降量；hi——該次標(biāo)高；hi?1——該次標(biāo)高；Dh——該次累計(jì)沉降量。

（2）數(shù)據(jù)分析。在該次監(jiān)測(cè)中，采用電子水準(zhǔn)儀內(nèi)置的記錄功能來(lái)進(jìn)行觀測(cè)，并生成初始的電子觀測(cè)數(shù)據(jù)文件。這些數(shù)據(jù)隨后通過(guò)專門的傳輸處理軟件被導(dǎo)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性后，接著運(yùn)用水準(zhǔn)網(wǎng)平差程序進(jìn)行數(shù)據(jù)校正工作，確保每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值精確無(wú)誤。

3.1.3 基坑周邊地表沉降

周邊地表沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)見圖1。周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在基坑開挖前一周埋設(shè)于周邊道路及地面的相應(yīng)位置，沿基坑方向每隔20 m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。地表沉降監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)于基坑開挖影響區(qū)域2～3倍范圍內(nèi)，每個(gè)斷面5個(gè)點(diǎn)，間距為2 m、2 m、4 m、6 m、8 m。

周邊地表豎向位移監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理與分析及觀測(cè)要求與圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部豎向位移相同。

3.1.4 土體深層水平位移

（1）測(cè)點(diǎn)布設(shè)。安裝土體測(cè)斜管時(shí)，鉆孔孔徑選擇110 mm鉆孔。孔徑過(guò)大回填密實(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，孔徑過(guò)小則回填困難。

（2）監(jiān)測(cè)方法。①將測(cè)斜儀的導(dǎo)頭部分嵌入預(yù)設(shè)測(cè)斜管內(nèi)的滑槽，并輕柔地下放至管底，同時(shí)，留意記錄相應(yīng)的深度位置。在達(dá)到管底后，為避免過(guò)大的沖擊力，測(cè)頭需在該位置保持大約5 min，以使儀器的溫度與管內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到一致。②逐漸將測(cè)頭拉升至最近的深度標(biāo)記點(diǎn)，然后每隔0.5 m記錄一次讀數(shù)，直至達(dá)到測(cè)斜管頂部。測(cè)量時(shí)需確保電纜緊貼標(biāo)記點(diǎn)以保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性。此外，為了提高測(cè)量精度，采取正反方向的測(cè)量方式，即將測(cè)頭翻轉(zhuǎn)180 °后重復(fù)之前的步驟，這樣做的目的是減少傳感器可能產(chǎn)生的零偏差和軸向誤差[2]。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析。測(cè)斜儀安裝好后，測(cè)出測(cè)斜儀位置的測(cè)管在土體作用下傾斜度θi，并換算成該位置測(cè)斜儀上下導(dǎo)輪間的位置偏差Δd：

Δd=Lsinθi （3）

式中，L——量測(cè)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度。

d=ΣLsinθi （4）

與初次位置測(cè)值相減即為各點(diǎn)該次量測(cè)的水平位移。

3.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警值

在基坑開挖整個(gè)挖掘過(guò)程中，基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍的土壤始終處于微小但持續(xù)的變動(dòng)中。這些微小的變化在初期可能不易察覺(jué)，但隨著時(shí)間的積累，它們可能顯現(xiàn)出顯著的影響。因此，在開展監(jiān)測(cè)活動(dòng)前，關(guān)鍵在于針對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象設(shè)定恰當(dāng)?shù)念A(yù)警閾值。此外，還需建立一個(gè)周全的報(bào)警響應(yīng)機(jī)制，以確保在基坑施工期間的整體安全[3]。該工程各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警值如表2所示。

3.3 監(jiān)測(cè)周期和頻率

支護(hù)體系的監(jiān)測(cè)周期：自基坑開挖開始監(jiān)測(cè)至地下結(jié)構(gòu)側(cè)壁土方回填。

周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)周期：自基坑圍護(hù)樁施工開始至周邊環(huán)境變形穩(wěn)定。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)綜合考慮基坑類別、基坑及地下工程的不同施工階段以及周邊環(huán)境、自然條件的變化和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)。當(dāng)監(jiān)測(cè)值相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)降低監(jiān)測(cè)頻率。對(duì)于應(yīng)測(cè)項(xiàng)目，在無(wú)數(shù)據(jù)異常和事故征兆的情況下，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，并綜合考慮監(jiān)測(cè)規(guī)范后，確定現(xiàn)場(chǎng)儀器監(jiān)測(cè)頻率[4]。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)活動(dòng)的成果主要體現(xiàn)在三類報(bào)告中，即每日監(jiān)測(cè)記錄、分階段的監(jiān)測(cè)分析報(bào)告以及整個(gè)項(xiàng)目的最終監(jiān)測(cè)總結(jié)。日常監(jiān)測(cè)記錄是基于計(jì)算機(jī)分析后得出的日?qǐng)?bào)，記錄當(dāng)天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)任何數(shù)值超過(guò)預(yù)警值，施工團(tuán)隊(duì)需立刻進(jìn)行復(fù)核，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一旦確認(rèn)，立即向項(xiàng)目業(yè)主、監(jiān)理和施工方報(bào)告，確保能夠迅速采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施，以維護(hù)基坑工程及施工人員的安全。

4.1 基坑頂部水平位移和豎向位移

考慮現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)測(cè)量活動(dòng)的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)施工過(guò)程中可能遭受損壞，測(cè)量團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)重新鉆孔并安裝新的測(cè)斜管，以確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量恢復(fù)至原定的6個(gè)。以這6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為研究對(duì)象，其數(shù)據(jù)將為分析深基坑在時(shí)間和空間維度上的變形提供支撐。

通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，水平位移主要集中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部北側(cè)位置，豎向位移主要集中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部西側(cè)位置，其位移量均未超過(guò)20 mm的預(yù)警線。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，累計(jì)位移和深度波動(dòng)的趨勢(shì)基本保持穩(wěn)定。

4.2 基坑周邊地表沉降

基坑周邊地表沉降共設(shè)置測(cè)點(diǎn)30個(gè)，從工程一期和二期分別選10個(gè)、5個(gè)測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)數(shù)據(jù)可得，一期工程道路、地表沉降較為集中，沉降位移量未超過(guò)20 mm的預(yù)警值，且位移的趨勢(shì)基本穩(wěn)定。

5 結(jié)論

該研究針對(duì)南京馬高路北延隧道下穿滬寧高速的深基坑工程監(jiān)測(cè)進(jìn)行了全面分析。通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、豎向位移以及基坑周邊地表沉降的監(jiān)測(cè)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）采用極坐標(biāo)法和精密水準(zhǔn)測(cè)量等先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)基坑結(jié)構(gòu)變化的精確監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到了全面的驗(yàn)證，確保了分析結(jié)果的可靠性。

（2）監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移和豎向位移都在可控范圍內(nèi)，位移量均未超過(guò)預(yù)設(shè)的20 mm警戒線。這表明基坑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，有效地控制了基坑的變形。對(duì)于基坑周邊地表沉降的監(jiān)測(cè)顯示，沉降位移量也未超過(guò)20 mm的預(yù)警值，這說(shuō)明工程施工對(duì)周邊環(huán)境的影響處于可接受范圍內(nèi)，未對(duì)附近道路和建筑構(gòu)成顯著風(fēng)險(xiǎn)。

（3）該研究強(qiáng)調(diào)了在類似的大型城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中，建立和維護(hù)一個(gè)高效、科學(xué)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要性。系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)不僅保證了工程安全，還為施工調(diào)整和決策提供了重要依據(jù)。

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