冯翠霞 （华建集团股份有限公司申元岩土工程有限公司，上海 200040）
1 引言
随着近年来城市建设的不断发展，基坑工程呈现出开挖深度深、面积大、设计复杂、环境保护要求高的特点。由于城市土地资源的紧缺和局限性，使得基坑工程一直都是岩土工程中一个热点和难点问题[1-5]。
一般来说，城市地道起着分流车辆、优化城市交通的作用，故多设计在城市主干道。但在基坑施工阶段，由于交通拥挤、场地不足、管线杂乱，两边各种建筑物和构筑物林立，制约地道基坑工程的安全施工。所以，开展城市地道基坑围护及邻近建、构筑物的变形监测研究，对基坑工程的安全建设具有重要意义。
在基坑开挖过程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其它因素的复杂影响，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题，而且，理论预测值不一定能全面准确地反映工程的各种变化。所以，在理论指导下有计划地进行现场工程监测已成为现今保障基坑工程安全施工的重要有效的手段之一。特别是对于类似本工程复杂的、规模较大的工程，就必须在施工组织设计中制定和实施周密的监测计划。本文通过对某地道基坑围护变形和邻近建、构筑物沉降的监测分析，探讨了软土地区城市地道基坑工程施工中的一些问题。
2 工程概况
上海市区某地道工程，路线总长1095.16m，分南地道和北地道，其中南侧地道全长约760m，北侧地道全长约500m。
2.1 地质条件
沿线场地45.30m深度范围内地基土均属第四纪滨海～河口相、浅海相、沼泽相和河口～湖泽相沉积物。主要由粘性土、粉土及砂土组成，一般呈水平层理分布。根据地基土的特征、成因、年代及物理力学性质可划分为8个主要层次，其中第②、⑦层根据土性不同划分为若干个亚层，第⑦l层中局部分布有第⑦1t层。
地下水类型分浅部土层潜水和深部土层(第⑦层)承压水。因本工程涉及深基坑，故浅部的潜水及第⑦层中的承压水与本工程建设密切相关。
2.2 周围环境
地道沿线场地路网密布、交通繁忙、人口密集，建筑物众多，并下穿内环线高架及轨道交通3号线等重要构筑物。两侧建筑林立，地道距南北两侧建筑物距离均较小，基本上没有预留人行便道的空间。地道主体结构暗埋段NA21、NA22段距砖混结构多层住宅最近仅6.0m，主体结构外侧尚有Φ850三轴搅拌桩及DN800雨水管道。主体结构暗埋段BA06段距砖混结构多层住宅最近仅5.1m，主体结构外侧尚有Φ850三轴搅拌桩及DN1000雨水管道。
2.3 围护设计
A段分布有环高架桥、轻轨桥墩及大连路立交桥墩，对变形控制要求非常高，故设计采用了Φ850～1000mm 的钻孔灌注桩作围护结构（坑外设两排搅拌桩进行止水），以期通过提高围护结构刚度，起到减小和控制基坑开挖过程中引起的变形。基坑其余部位，坑外荷载相对较小，采用Φ650～850mm三轴搅拌桩内插型钢（密插）作为围护结构。
为增强整个支护体系的刚度和强度，采用钢筋混凝土支撑体系，混凝土强度适当提高至等级C35。
3 基坑监测内容
考虑到本工程具有基坑开挖深度较深，基坑边距离较长；基坑离民房楼较近，居民生活区管线较多；基坑穿过轻轨线、内环线和立交桥等重要交通线下；第②3层粘质粉土，渗透系数较大等特点。因此，监测工作必须严格按设计等有关方面的变形控制要求进行设计和实施[6-8]，同时对周边道路、建筑物及基坑本体作重点监测。
图1 轻轨线承台附近基坑围护结构剖面设计图
测点布置主要选择在约3倍基坑开挖深度范围内布点，设置的监测内容包括：①周边建、构筑物变形监测（F1～F78、G1～G10）；②围护顶部变形监测（Q1～Q120）；③支撑轴力监测(Z1～Z33）；④坑外水位观测（SW1～SW35）。
4 监测数据分析
4.1 周边建、构筑物变形监测分析
图3为该地道工程邻近重点监测建筑物——C区642号房屋的地表沉降随时间变化曲线图，其各监测点的位置如图2所示。
从图中曲线变化规律可见，在同一剖面，测点沉降大致随距基坑的距离增大而减小。其中测点F61和F62沉降小（小于5mm）且稳定，故判断地道基坑开挖对此处的影响已经较小，所以选择3倍于基坑开挖深度范围内布点是合理的。而测点F60、F63～F66布设在基坑附近，沉降较大，但同时这些测点因区间位置不同又表现出差异性：F60、F63测点沉降较小，分析是因为左侧即为轻轨线桥墩所在，该处设计施工上对沉降控制严格，所以邻近的F60、F63测点的沉降也得到了一定的控制；F64～F66测点的沉降较大，其中F65接近报警值，需加强监测和基坑支护，以控制沉降的进一步发展。
地道场地土层性质
图5为地道工程中轻轨线承台地表沉降随时间变化曲线图，其监测点位置如图4所示。
该区域基坑设计为Φ850～1000mm的钻孔灌注桩作围护结构+坑外设两排搅拌桩进行止水，从监测数据可见，更为严格的设计标准使得该区域处的沉降得到了很好的控制。在统计时间段内，进行的是南侧地道的开挖施工，故从图中曲线也可反映出，施工对北侧监测点G7、G8的影响较小。对于监测点G9及G10，在8月18日左右，因邻近基坑开挖围护，位移有较大变化，但随后即缓慢回落，并趋于稳定。沉降控制在报警值范围内，保证了轻轨线的安全运营。
4.2 围护顶部变形监测
围护顶部变形监测共设置了120个观测点，分布于南北地道围护顶部两侧。图6和图7为其中Q42和Q48测点布置图及其围护顶部竖向位移随时间变化曲线图。Q42测点处，围护顶部变形较小且基本稳定；Q48测点处，围护顶部变形较大，9月2号后沉降进一步加大，究其原因，应为这段时间该区域地下结构施工，对围护的扰动较大。
同时，围护顶部水平位移在支撑的控制下，基本稳定在4～5mm之间。
4.3 支撑轴力监测分析
图8和图9为南侧地道Zi-8测点的布置图及其支撑轴力随时间变化的曲线图。该处为地道暗埋段，开挖深度较大，支撑系统包含三道支撑，分别为第一道混凝土支撑和第二、三道钢支撑。
图2 C区642号房屋监测点平面布置图
图3 C区642号房屋地表沉降随时间变化曲线
图4 a4轻轨线承台监测点平面布置图
图5 轻轨线承台地表沉降随时间变化曲线
图中可见，支撑轴力受开挖深度影响密切。当开挖深度较小时，第一道支撑受力，表现为轴力小且较为稳定，土体自身能较好地控制位移；随着开挖深度加大，第二道支撑施作并开始与第一道支撑共同发挥作用，两者的轴力都表现为逐渐增大；开挖深度继续加大时，第三道支撑施作，由于此时主动土压力大且第二道支撑在第二天即被拆除，故第三道支撑上的轴力增加很快，并超过第一道支撑的轴力，起着主要地控制土体位移的作用。第一道支撑的轴力最终也趋于稳定。
另外，从监测数据可知，在基坑开挖的支撑和换撑阶段，是轴力变化的敏感期，需加强监测，保障基坑始终处于安全运行的状态。
4.4 坑外水位观测
图6 围护顶部变形监测点Q42和Q48布置图
图7 围护顶部Q42和Q48竖向位移随时间变化曲线
图8 Zi-8支撑轴力监测点布置图
图9 Zi-8支撑轴力随时间变化曲线
图10和图11为SW8和SW9测点的布置图及其坑外潜水水位随时间变化曲线图。监测资料显示，在9月16日前后，测点附近区域进一步开挖施工并架设第三道支撑，因此测点在该时间段水位下降较快。对比SW8和SW9曲线变化规律，SW9测点经短暂水位下降后，四天后水位即得到恢复，而SW8测点水位有明显下降，并最终在约1.2m深度趋于稳定。可见，SW8观测处的搅拌桩的咬合不够紧密，桩体间存在着裂隙。所以，通过对坑外水位的变化监测分析，可以在一定程度上反映该处的围护结构的施工质量和止水效果。另一方面，由于SW9测点靠近轻轨线桥墩，沉降控制严格，对施工质量提出了更高的要求，基坑止水效果较好，故坑外水位受坑内施工影响小。
图10 坑外水位监测点SW8、SW9的布置图
图11 SW8、SW9坑外潜水水位随时间变化曲线
5 结语
①在本工程中选择3倍基坑开挖深度范围内设置监控点是合理的；提高围护的设计强度及止水标准，对基坑围护及临近建、构筑物的变形能起到很好的控制作用。
②基坑围护顶部变形受工况影响明显，在开挖施工阶段尤需加强监测，信息化施工，避免围护发生明显位移而失稳；支撑能有效控制围护的水平位移，故施作合适的支撑是基坑围护稳定的保障。
③支撑轴力随开挖深度的增大而增大，且下一道撑的架设能有效地分担不断增大的主动土压力。在开挖支撑或换撑阶段，支撑轴力会发生显著变化，需加强监测，通过监测及时调整支撑系统的受力均衡问题，使得整个基坑开挖过程能始终处于安全、可控的范畴内。
④通过对坑外地下水位的观测，可用于判断围护结构的止水效果。在基坑开挖施工中，需密切关注坑外水位的变化情况，当水位持续下降时，应提醒施工单位进行及时、有效的堵漏准备工作，防止施工中发生大面积涌砂现象。
