摘 要： 软土地层地质条件较差，地下含水量丰富，地铁车站软土地层基坑开挖对周围环境影响较大，因此现场监测工作就显得尤为重要，着力于阐述软土地层特性以及软土地层中基坑施工过程监测的重要性，结合某地铁车站基坑工程的具体情况，对基坑围护结构沉降、水平位移、周围建筑物沉降、地下管线沉降、空隙水压力、地下水位等方面进行监测分析，确保施工顺利、周围建构筑物的安全。
关键词： 软土地层；地铁车站；基坑工程；监测分析
中图分类号：TU473.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210175－02
0 引言
从近年来发生的基坑工程事故分析可知，由于部分单位不重视基坑施工过程的监测，产生了如基坑围护结构的失稳，周边建筑的裂缝及地下设施的破坏等严重后果，发生了较严重的工程事故，甚至造成了人员伤亡。因此，对于地铁车站基坑工程开展监测工作显得日益重要。尤其在软土地层进行基坑开挖时基坑容易产生较大变形，这对基坑围护结构以及监测工作提出了更高的挑战。
通过对某软土区域的基坑工程进行监测分析，结合该地层软弱复杂，地下水含量丰富的特点[1]，针对性地提出几点建议。
1 软土地层及基坑工程现场监测的重要性
1.1 软土地层特性
软土是指天然孔隙比大于或等于1.0且天然含水量大于液限的细粒土，包括软粘土、松散细砂、杂填土、泥灰土等。淤泥和淤泥质土是软土的典型代表。软土在我国分布广泛，在沿海和河流的中下游及湖泊附近地区，地表下第四纪松软覆盖层深厚。如杭州、宁波等地的滨海相沉积软土，上海的三角洲相沉积软土，闽江口平原的溺谷相沉积软土等，其主要工程特性是[2]：1）含有大量细颗粒，有机质含量高；2）含水量及孔隙比大，重度小；3）强度低，承载力小，灵敏度高；4）高压缩性低渗透性，压缩系数一般在0.5～2MPa之间；5）抗剪强度低，自稳能力差。
1.2 基坑工程现场监测的重要性
地铁车站一般位于城市的繁华路段，车站附近有大量建筑物和各类地下管线，基坑开挖易引起周围土体变形，进而影响基坑周围建筑物和地下管线的正常状态。当土体变形过大时甚至会造成周围建构筑物的破坏，同时周围的建构筑物又相当于较重的集中荷载反作用于基坑，致其变形加剧，因此，在软土地层基坑施工过程中，只有对基坑围护结构、周围土体及相邻建构筑物进行综合、系统的监测，才能对整个工程的情况有全面细致的了解，为工程的顺利进行保驾护航。
2 工程实例分析
2.1 工程概况及地质条件
某地铁车站位于市中心繁华商业街，为双柱三跨地下三层岛式车站，全长225米，外包宽度22.9米，东端头井基坑深23.758m，标准段基坑深21.922m。车站主体围护结构采用40m深1000mm厚地下连续墙，沿基坑深度方向设置六道支撑。
地铁车站基坑所在地位于滨海平原软土区中部，属冲湖积平原，地形平坦，地面标高在3.5～4.0m之间。其地质情况如表1所示。
2.2 监测内容及测点布置
为了及时收集、反馈和分析周围环境及围护结构在施工中的变形信息，实现信息化施工，确保施工和周围环境安全，根据施工图、设计单位确定的监测内容要求、现场环境条件勘察情况，该地铁车站基坑施工监测设置了以下几方面监测内容：1）围护结构体系监测内容：墙体测斜、墙顶沉降、支撑轴力、立柱沉降。2）周边环境监测内容：地表沉降、建筑物沉降及倾斜、地下管线监测、孔隙水压力、土体分层沉降、坑外水位。
监测内容中的主要监测点平面布置见图1所示。图中，Jc表示建筑物沉降；Dc表示地表沉降；Mc表示煤气管线沉降；Rc表示热力管线沉降；Cx表示围护墙体水平位移（测斜）；Ky表示孔隙水压力；Sw表示地下水位。
表1 某地铁车站软土地层的主要物理力学参数
图1 某地铁车站基坑施工测点布置示意图
2.3 监测结果分析
1）围护墙体变形分析。在基坑开挖施工过程中，随着基坑内部土体大量移走，围护墙体在外侧土、地下水压力的作用下，必然要向内侧移动。为此，在基坑开挖过程中有必要对围护结构在不同深度处的水平位进行监控量测，并及时反馈，以采取针对性措施，确保基坑安全。采取的监测方法如下：
在围护墙内预埋测斜管，与围护墙深度相同，测斜管间距25m，基坑每边都保证有监测测点。监测时，将测斜仪探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底，待探头与管内温度基本一致、显示仪稳定后开始监测。一般以管口作为起算点，按探头电缆上的刻度分化，迅速提升，每隔一米（或0.5m）进行仪表读数，并作记录。待探头提升至管口处，旋转180°后，再按以上方法测量一次，以消除测斜仪自身的误差。使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，将测斜管分成n个测段，每个测段的长度li（li =500mm），在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角θi，通过计算可得到这一区段的偏移△i[3]。
计算公式为：
某一深度的水平变形值δi可通过区段偏移△i的累积得出，即：
设初次监测的变形结果为δi(0)，则在进行第j次监测时，所得的某一深度上相对前一次监测时的位移值△xi即为：
相对初始监测时总的位移值为：
以车站基坑围护墙体变形监测点CX7为例（其余各点相似），进行分析。从2010年6月土体开挖到12月底板浇筑结束这段时间，测斜孔CX7土体水平位移随时间变化曲线如图2所示。
图2 测斜孔不同深度水平位移历史曲线图
从图2及整个围护墙体变形（测斜）监测数据来看，自土体开挖到第一道钢支撑架设，由于原土体受开挖扰动，导致开挖面应力释放，土体向基坑内侧移动挤压围护墙体向基坑内侧变形，但产生的水平位移并不大，这是由于开挖深度小、第一道钢支撑架设及时；随着基坑开挖深度增加，变形量逐渐增大，到第四道钢支撑架设完毕后，测斜孔CX7的最大变形值达到了50.01mm，出现在离管口16.0m处，整个变形曲线呈现两端变形小中间变形大的趋势，与以往工程类似，变形曲线呈弓形。到底板浇筑后，墙体变形基本趋于稳定，日后监测的累积量基本与底板浇筑时变形曲线重合。
2）周边建筑物沉降分析。基坑工程施工会引起周围建筑物沉降，较大沉降或不均匀沉降都会危及周围建筑物的安全。在该地铁车站北侧有一栋商业大楼，距基坑边约28m，属于砖混结构。根据实际情况在该大楼脚点面向基坑顺时针方向布置6个监测点。各测点沉降量随时间变化曲线如图3所示。
图3 建筑物沉降随时间变化曲线图
经统计分析，各测点出现了较大沉降，从图2可以看出沉降变化的时间集中在8月～10月，其沉降量和倾斜量均在设计单位设定的变形量警戒值范围之内。沉降原因从三方面分析：一是大楼地基较浅，在基坑未开挖之前，就出现了少量的隆沉，数值在3mm内；二是维护结构地连墙存在渗漏点，造成坑外水位走失，引起下沉；三是随着基坑开挖深度的增加，开挖面土体应力释放，造成开挖面土体向基坑内侧移动，基坑周围土体沉降，导致建筑物随之沉降。
3）地下管线沉降分析。该地铁车站基坑周围有煤气、电信、电力、雨水、给水等地下管线。其中南侧的煤气管线距基坑22～27m，离地面深1.9～2.7m，呈东西走向。在施工期间煤气管线出现了较大沉降，其沉降累积量超过了设计单位设定的警戒值±10mm。根据实际情况，沿着管线布置了7个监测点，测点间距在20～25m。煤气管线沉降历时曲线如图4所示。
图4 煤气管线沉降历时变化曲线图
从上图可以看出，各监测点出现了较大沉降，其中最大沉降量达到了-32.44mm，沉降变化主要集中在8月～10月，与建筑物的沉降趋势基本一致。引起报警的可能因素分析，一是施工场地属于软土场地，含水量丰富，基坑外西侧、南侧为交通繁忙的机动车道。道路上大量的车辆荷载导致坑外地表及地下管线发生一定沉降变形；二是基坑开挖后，基坑内外存在一定压力差，使地墙外侧土体产生向基坑内的移动，在基坑周围产生较大的塑性区，引起坑外地面及地下管线沉降。
4）孔隙水压力分析。根据设计图纸的要求，监测点设于连续墙外侧0.5～2.0m，沿深度方向每隔5m埋设一个孔隙水压力仪。从整个空隙水压力监测情况来看，在该地铁车站基坑开挖期间，空隙水压力的变化基本保持平稳，只有上下小幅度波动，没有出现明显的变化。
5）地下水位监测分析。在整个施工过程中地下水位深度基本稳定，没有大幅度变化，满足了现场基坑开挖深度要求，但个别水位观测孔曾出现过水位上升的情况，经检查发现，由于观测孔管口没有密封好，下雨时，雨水进入，从而导致观测孔水位上升，大部分水位观测孔处于正常状态，没有对整个施工过程造成影响。
3 建议
1）充分认识在软土区域进行基坑开挖的高危险性。由于软土地层软弱复杂，地下含水量丰富，进行基坑开挖时基坑会产生较大变形，从而对基坑围护结构及监测工作提出更高的要求。2）在地铁车站基坑工程地下水位监测过程中，水位观测孔管口应密封完好，防止雨水进入。排除非基坑施工因素引起地下水位变化的可能，保证数据的准确性。3）基坑工程不确定性因素较多，应采取动态管理和信息化施工，各单位应重视监测所获取得信息，根据监测结果及时调整施工进度，确保施工安全，提高施工效率。4）对基坑工程的特点应有深刻的认识，基坑工程时空效应强，环境效应明显，基坑开挖应严格按照设计工况进行，切不可为了赶工期超挖，否则会导致基坑围护墙侧向变形较大，甚至会导致安全事故的发生。5）对基坑边附近的堆积荷载应引起高度重视，不在基坑附近集中、长时间堆放材料，尤其是质量较大的材料，尽量减少施工机械在基坑附近停置时间。
参考文献：
[1]黄小明、黄清明、朱善锵，软土地区深基坑施工监测的实践与思考[J].城市勘测，2006（2）：76-79.
[2]高广运、时刚、冯世进，软土地基与深基础工程[M].上海：同济大学出版社，2008.
[3]李岩岩，地铁车站明挖施工基坑监测技术与分析[J].青岛大学学报，2009（12）：87-92.
作者简介：
郑松（1985-），硕士研究生，研究方向：地下工程及其稳定性分析。