第三方监测设计技术在地铁明挖车站基坑工程中的应用
2015-03-24
近年来，国内多个城市的建设规模随着经济的腾飞不断扩大和深入，其中城市轨道交通的建设受到政府和市民越来越多的重视。地铁车站明挖基坑的第三方监测可以给业主、质量监督部门等各方提供基坑变形的独立第三方监测数据，可以更有效地监控、分析、处理基坑开挖中的变形，从而保证基坑本身及周边重要建、构筑物及管线在基坑开挖过程中的安全。
一、监测方案与监测内容
第三方监测设计方案应包括监测项目、监测方法及精度要求、监测点的具体布置图（平面图、断面图）、观测周期（施工进度图）、警戒值、工程数量及概算等。
明挖基坑第三方监测的内容主要为：
1．主体结构、附属结构工程的监测；
2．与车站、区间近接的需重点保护的建（构）筑物的沉降、倾斜、裂缝监测；
3．爆破振速监测；
第三方监测单位应按既定的监测频率，收集基坑的支撑轴力、支护结构桩（墙）顶水平位移、支护结构变形、地下水位等参数，并结合周边建筑物沉降、倾斜、裂缝情况进行基坑每周安全性分析，将其成果及时提供给业主、设计、施工、监理，做到信息化施工。
二、监测项目、测点布置和精度
第三方监测的监测项目、测点布置和监测精度如下表：
第三方监测和施工监测的初始值必须在工程开工前，不迟于两周前获得。初始值必须和施工单位的施工监测统一，基准点也要统一。
近接工程施工的定义：从基坑边缘向外2～4倍开挖深度且不小于以下值（淤泥及砂层等软弱地层取50m，红层地层取30m，花岗岩地区不小于50m，其余地层根据实际情况取值）；从隧道中线向外2～4倍隧道埋深范围内且不小于以下值（淤泥及砂层等软弱地层取50m，红层地层取30m，花岗岩地区不小于50m，其余地层根据实际情况取值）。
重要建（构）筑物的界定：铁路、公路、桥梁、重点保护文物、高压线塔、地铁车站、加油站、民宅（天然基础的房子不能遗漏）或隧道等特殊需保护结构。
三、监测周期
第三方监测的监测周期根据施工方法的不同按以下项目分别对应选取：
（一）基坑开挖（机械或人工）
1．监测1～5项：一般情况下7天一次，在开挖阶段2天一次，当支撑轴力或支护结构水平变形接近警戒值时每天1次，当支撑轴力或支护结构水平变形超过警戒值时或出现险情时，应按每小时监测一次或根据现场情况采用连续监测；
2．重要建筑物沉降、倾斜、裂缝监测：与开挖面近接的重要建（构）筑物，一般情况下不宜超过7天，在开挖阶段不宜超过3天，当支撑轴力或支护结构水平变形接近警戒值时每天1次，当支撑轴力或支护结构水平变形超过警戒值时或出现险情时，应按每小时监测一次或根据现场情况定；
（二）围护结构或基坑爆破施工
1．监测1～5项：一般情况下7天一次，在开挖阶段2天一次，当支撑轴力或支护结构水平变形接近警戒值时每天1次，当支撑轴力或支护结构水平变形超过警戒值时或出现险情时，应按每小时监测一次或根据现场情况定；
2．爆破振速监测：与爆破面近接的重要建（构）筑物，第一次爆破时均应监测，以后每5次爆破监测一次或根据第一次爆破监测反馈信息并结合建筑物的结构类型及基础类型而定；
3．建筑物沉降、倾斜、裂缝监测：
（1）与开挖面近接的重要建（构）筑物，一般情况下不宜超过7天，在开挖阶段不宜超过3天，当支撑轴力或支护结构水平变形接近警戒值时每天1次，当支撑轴力或支护结构水平变形超过警戒值时或出现险情时，应按每小时监测一次或根据现场情况定；
（2）与爆破面近接的重要建（构）筑物，第一次爆破时均应监测，以后每5次爆破监测一次或根据第一次爆破监测反馈信息并结合建筑物的结构类型及基础类型而定；
（3）以上两项可根据实际情况统筹考虑。
四、明挖基坑工程监测
1．基坑开挖过程中应根据监测数据进行信息化施工，及时对开挖方案进行调整。
2．基坑监测以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。
3．各监测项目在基坑施工影响前应测得稳定的初始值，且不应少于两次。
4．监测项目1～5项宜布置在同一断面上。
5．测点及测量设备埋设要求
（1）支护结构桩（墙）顶水平位移测量观测点
1）支护结构桩（墙）顶水平位移的观测点应采用基础标志。
2）控制点的标志，应按《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97规定采用。
（2）围护结构变形测斜管
1）采用测斜仪在埋设于围护结构内的测斜管内进行测试。测点宜选在变形大（或危险）的典型位置；
2）管底宜与钢筋笼底部持平或略低于钢筋笼底部，顶部到达地面（或导墙顶）；
3）测斜管与支护结构的钢筋笼绑扎埋设，绑扎间距不宜大于1.5m；
4）测斜管的上下管间应对接良好，无缝隙，接头处牢固固定、密封；
5）测斜管搬扎时应调正方向，使管内的一对测槽垂直于测量面（即平行于位移方向）；
6）封好底部和顶部，保持测斜管的干净、通畅和平直；
7）做好清晰的标示和可靠的保护措施；
8）对于已施工了围护结构的情况，如需要采取钻孔埋设的方法，参照土体侧向变形测斜管埋设要求实施。
（3）支撑轴力
1）钢支撑应选用端头轴力计（反力计）进行轴力测试；
2）将轴力计安装架与钢支撑端头对中并牢固焊接。在拟安装轴力计位置的墙体钢板上焊接一块250×250×25mm的加强垫板，以防止钢支撑受力后轴力计陷入钢板，影响测试结果；
3）待焊接温度冷却后，将轴力计推入安装架并用螺丝固定好；
4）安装过程必须注意轴力计和钢支撑轴线在一直线上，各接触面平整，确保钢支撑受力状态通过轴力计（反力计）正常传递到支护结构上；
5）混凝土支撑应采用钢筋应变计进行测试，绑扎钢筋笼时进行埋设，宜在截面分布均匀，并牢固固定。应变片的数量应保证上、下侧各不少于2片。
（4）锚索（杆）拉力
1）采用锚索（杆）测力计进行测试，在锚杆进行张拉前埋设；
2）锚索（杆）测力计与墙体受力面间必须保证有足够的刚度，使锚索（杆）受力后，受力面位置不致变形下陷，影响测试结果。一般可采取在测力计和墙体受力面间增设钢垫板的措施；
3）安装过程应随时进行测力计监测，观测是否有异常情况出现，如有应采取措施处理。锚索安装时必须从中间开始向周围锚索逐步对称加载，以免锚索计测力计偏心受力；
4）进行张拉、锁定过程的应力对比测试。
（5）支撑立柱沉降观测点
1）测点宜在支撑立柱沉设后基坑开挖前布置在变形大（或危险）的典型位置的支撑立柱顶上。
2）控制点的标志，应按《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97规定采用。
五、建（构）筑物的沉降、倾斜监测
（一）沉降、倾斜监测
1．建（筑）筑物沉降观测的标志，可根据不同的建（构）筑结构类型和建筑材料，采用墙（柱）标志、基础标志和隐蔽式标志（用于高级建筑物）等型式；
2．各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点，并涂上防腐剂；
3．标志的埋设应避开如雨水管、窗台线、电器开关等有碍设标与观测的障碍物，并应视立尺需要离开墙（柱）面和地面一定距离；
4．隐蔽式沉降观测点标志的型式，可按《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97规定执行；
5．有关沉降、倾斜的限值根据相关规范执行；
6．监测点的布置应能满足监测要求。
（1）采用爆破或非爆破施工时，与开挖面近接的重要建（构）筑物应列入监测范围内。
（2）当采用非爆破施工时，与开挖面近接的重要建（构）筑物桩基为端承桩并且其传力线已距离开挖面或基坑面5m以上时，不用监测。
（二）爆破振速监测
1．监测目的
通过监测，掌握爆破对需重点保护的既有建（构）筑物的影响程度，用以修改钻爆设计保护建（构）筑物。
2．测仪器
传感器、放大器、记录器、导线
3．布点
测点埋设在监测图纸标定的需重点保护的既有建（构）筑物结构内。
4．记录与计算
爆破后得到记录曲线。
量取曲线中最大振幅，由标定曲线可得出最大振速，有关爆破振速的规定根据相关规范执行。
六、监测警戒值
监测警戒值的确定应满足《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）的相关要求。结合本工程实际情况，各监测项目的监测警戒值确定如下：
1．支护结构墙（桩）顶水平位移：
警戒值取0.8倍设计容许值。
2．基坑围护墙测斜：
警戒值取0.8倍设计容许值。对于测斜光滑的变化曲线，若曲线上出现明显的折点变化，也应做出报警处理。
3．建（构）筑物沉降、倾斜警戒值：各工点根据建（构）筑物的结构类型及基础类型确定。
4．中立柱沉降警戒值：基坑开挖引起的立柱隆起或沉降不得超过10mm，每天发展不超过2mm。
5．支撑轴力、锚杆（索）拉力：警戒值取0.8倍计算值。
