王家墩中心站基坑监测方案75优化.docx

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王家墩中心站基坑监测方案75优化

武汉市轨道交通三号线一期工程

王家墩中心站深基坑

监测方案

编制：

审核：

中国科学院武汉岩土力学研究所

岩土工程检测中心

二〇一一年七月五日

1.概述

1.1工程概况

王家墩中心站位于王家墩中央商务区内，区域规划项目较多，中心为中心广场，中心广场西南角为在建武汉中心项目，东北、东南、西北均规划有商务建筑，中心广场中央规划有下沉式广场，车站位于下沉式广场正下方。

场地原址为王家墩机场，地势较为平坦，除车站西南角规划的武汉中心在建及沿3号线方向上的施工便道外，其他方向上无建筑物，较为空旷，暂未发现地下管线、废弃防空洞等情况。

周边环境条件较为宽松，地下环境较为复杂。

地面高程一般21.13~22.09米之间。

最大高差0.96m。

地貌单元属长江一级阶地。

王家墩中心站周边建筑多为规划建筑，同期施工的只有武汉中心（带地下室大厦），武汉中心AB靠近东侧约75米范围已施工的SMW工法桩位于地铁基坑浅层墙顶放坡坡体内，超过地铁基坑浅层墙顶放坡坡顶线约5.6米，距离地铁站基坑地连墙墙边约3.5米，因武汉中心基坑SMW工法桩主要作为浅层4.7米高土体支护墙，因地铁基坑墙浅层放坡坡高为4米，相互影响不大，可以直接卸土，但要破坏武汉中心的75米范围内的SMW工法桩。

对基坑安全不会产生影响。

本站范围内无地下管线迁改。

王家墩中心站位于规划下沉广场下方，为地下两层侧式站台，呈南北走向，与规划7号线呈“十”字换乘，7号线为地下三层岛式站台，呈东西走向，3、7号线车站同步设计同步实施。

3号线北端设置单线单列位停车线，号线东端设置双线双列位停车线。

停车线上部空间用作物业开发，形成商业步行街，西端由车站至明挖区间盾构井处长度范围内形成商业步行街。

王家墩中心站主体结构采用盆式开挖结合盖挖逆作法施工，地下一层放坡开挖，地下二层采用盆式开挖、地下三层、四层采用盖挖逆作法施工。

地下一、二层为矩形基坑，基坑长度158m，宽52.3m，围护结构采用800mm厚的地下连续墙；地下三层为十字交叉基坑，地下四层为七号线站台层，其中三号线方向采用1000mm厚的地下连续墙，七号方向采用1200mm厚的地下连续墙。

1.2监测目的

1）通过监测，掌握施工期间基坑、围护结构与周边环境的动态变化，明确施工对基坑、围护结构和周边环境的影响程度以及可能产生安全事故的薄弱环节，验证基坑开挖方案和环境保护方案的合理性，预测基坑及周边环境的变形发展趋势，及时对其安全性做出评估，同时综合各种信息进行预警和报警，使有关各方有时间及时作出反应，防止环境事故的发生。

2）充分发挥监测的技术优势，对监测成果要结合施工、地质情况进行充分、深入的理论分析，监测工作要真正发挥优化设计和及时反馈指导施工的作用（而不是仅仅满足于收集资料和提交简报），对可能出现的各种突发情况提出建议措施，提高本项目信息化施工水平。

3）积累资料，为今后类似工程或工法本身的发展提供借鉴，并为运营后的养护与维修提供可靠的原始数据。

1.3监测的主要内容

本工程深基坑的监测主要内容为王家墩中心站主体围护结构的监控量测，其各项监测内容为：

（1）围护结构裂缝及渗漏水观察；

（2）围护结构顶部水平位移及竖向沉降；

（3）边坡土体顶部水平位移及竖向沉降；

（4）坑底回弹和隆起；

（5）基坑周围地表沉降；

（6）围护结构的深层水平位移；

（7）地下水动态观测；

（8）立柱轴力监测；

（9）立柱桩顶沉降；

（10）墙背土压力；

（11）墙背水压力。

1.4编制依据

（1）中铁隧道勘测设计院有限公司提供的设计文件及要求（03212－S－JG－01－30，03212－S－JG－01－31，2011.06）；

（2）《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；

（3）《工程测量规范》GB50026－2007；

（4）《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；

（5）《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009；

（6）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99；

（7）《国家一、二等水准测量规范》GB12879-2006；

（8）湖北省地方标准《基坑工程技术规程》GB42/159-2004；

（9）《岩土工程试验监测手册》林宗元编，辽宁科学技术出版社；

（10）本所质量管理手册；

（11）国家其他监测、测量规范和强制性标准。

2.监测工作的重点及原则

根据基坑施工引起的主要环境工程地质问题，认真分析设计部门的监测技术要求，并结合现场踏勘，我们认为监测工作的重点及原则如下：

2.1监测工作的重点

根据该地区的岩土工程勘察报告（详勘），王家墩中心站场地处于长江一级阶地，地形平坦、开阔，地面高程一般为21.13~22.09m。

周边环境条件较为宽松，地下环境较为复杂。

场区土层除上部填土层外，其下主要为通讯录上第全新统冲积（Q4al）的粘性土层、砂层、中粗砂夹砾卵石层，下伏基岩为志留第（S2f）的泥岩。

统合所述，本次支护体系的变形观测（包括支撑轴力、立柱内力、深层水平位移、地下水位等）应是本次监测工作的主要内容。

（2）由于基坑周围影响范围内没有重要建筑物，也未发现地下管线，故本次基坑周边建筑物及管线沉降观测均不作为重点观测对象。

2.2监测工作的原则

（1）监测的方法和设备应尽可能多运用目前先进的监测技术，以高精度、切实可行的测量方法来获得翔实、可靠的监测数据。

（2）监测手段采用整体控制和局部监测相结合、定期监测与连续监测、大地测量及传感器测量的“点”与专家巡视检查的“面”相结合的方法。

（3）遵循信息化施工原则，采取快速监测——快速反馈，信息集成网络化管理的技术路线，建立监测信息管理、预测预报系统，强调监测结果的及时反馈、预警发布的计算机主动程控化以及快速预测分析、紧急情况的应付措施。

2.3监测测点的布置及工作量

本工程各监测项目及测点主要按设计部门的监测技术要求，并结合以上监测原则而布置的，具体实施时可根据现场情况进行适当调整，各区域基坑的工作量分别见下表。

物业区监测工作量统计表

序号

监测项目

工作量（点/米）

1

围护结构顶部沉降

8

2

围护结构顶部水平位移

8

3

边坡顶部沉降

17

4

边坡顶部水平位移

17

5

坑底回弹和隆起

12（4组×3个/组（可以取消））

6

地表沉降

30

7

围护结构的深层水平位移

112（8孔×14米/孔）

8

坑外地下水位观测

坑外4（4孔×18米/孔）；坑内4，只观测

9

钢管立柱、格构立柱轴力（应变计）

16（4组×2层/组×2个/层）

10

立柱桩顶沉降

22

11

墙背土压力

8（4孔×2个/孔）

12

墙背水压力

8（4孔×2个/孔）

3#线基坑监测工作量统计表

序号

监测项目

工作量（点/米）

1

围护结构顶部沉降

4

2

围护结构顶部水平位移

4

3

坑底回弹和隆起

6（2组×3个/组（可以取消））

4

围护结构的深层水平位移

坑外120（4孔×30米/孔）

5

地下水位观测

坑外2（2孔×34米/孔）；坑内2，只观测

6

钢管立柱、格构立柱轴力（应变计）

24（2组×3层/组×4个/层）

7

立柱桩顶沉降

12

8

墙背土压力

12（4孔×3个/孔）

9

墙背水压力

12（4孔×3个/孔）

7#线基坑监测工作量统计表

序号

监测项目

工作量（点/米）

1

围护结构顶部沉降

6

2

围护结构顶部水平位移

6

3

坑底回弹和隆起

9（3组×3个/组（可以取消））

4

围护结构的深层水平位移

坑外240（6孔×40米/孔）；坑内200米（8孔×25米/孔）

5

地下水位观测

坑外4（4孔×45米/孔）；坑内3，只观测

6

钢管立柱、格构立柱轴力（应变计）

64（4组×4层/组×4个/层）

7

立柱桩顶沉降

35

8

墙背土压力

24（6孔×4个/孔）

9

墙背水压力

24（6孔×4个/孔）

2.4监测的精度要求、频率、警戒值

各监测项目在基坑支护施工前应测得稳定的初始值，且不应少于两次；位移观测基准点数量不应少于两点，且应设在影响范围以外；点位应深埋，且便于由基准点向监测点引测。

基坑监测精度要求

序号

监测项目

监测范围

测点间距

监测精度

1

围护结构顶部沉降

围护结构周边中部、阳角处布置。

边坡中部、阳角处。

间距不宜大于20m，每边检测点不低于3个

1.0mm

2

围护结构顶部水平位移

1.0mm

3

边坡顶部沉降

4

边坡顶部水平位移

1.0mm

5

坑底回弹和隆起

基坑中央位置

间距20~50m

1.0mm

6

地表沉降

基坑周边中部

剖面间距远疏近密

1.0mm

7

围护结构的深层水平位移

围护结构迎土侧

基坑边坡、围护结构周边的中心处及挖根性的部位，间距不大于30m，测点间距0.5m

≥0.25mm/m

8

地下水位观测

坑外沿基坑两侧，围护结构2m左右布置，坑内以降水井作为观测井

坑外沿基坑周边布置，测点间距40m

不低于10mm

9

钢管立柱、格构立柱轴力（应变计）

内力较大及关键构件上

布置在构件长度的1/3位置

≤0.5/100（F·s）

10

立柱桩顶沉降

基坑中部、多根支撑交汇处、地质复杂处

沿基坑每50m一断面

1.0mm

11

墙背土压力

基坑每边不宜少于2个测点

竖向间距5m

≤0.5/100（F·s）

12

墙背水压力

同上

同上

≤0.5/100（F·s）

注：

具体布点数量、位置可根据现场实际情况进行调整。

2.4.1监测频率

根据监测项目对基坑安全的影响程度，设定不同的监测频率；各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。

当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测。

当有危险事故征兆时，则需进行连续监测。

基坑施工监测频率（逆作法）

序号

监测项目

监测时间间隔（天）

h≤5m

5m＜h≤10m

10m＜h≤15m

15m＜h至底

底板浇筑半个月后

备注

1

围护结构顶部沉降

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

当位移变形速率达到5㎜/天，沉降变形速率达到3㎜/天，须24小时跟踪监测

2

围护结构顶部水平位移

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

3

边坡顶部沉降

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

4

边坡顶部水平位移

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

5

坑底回弹和隆起

观测次数不少于3次，基坑深度较深时，增加观测次数

6

地表沉降

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

7

围护结构的深层水平位移

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

8

地下水位观测

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

9

钢管立柱、格构立柱轴力（应变计）

1次/3天

1次/一周

10

立柱沉降

1次/3天

1次/2天

1次/2天

1次/1天

1次/3～4天

11

墙背土压力

埋设一周后，1次/一周

12

墙背水压力

埋设一周后，1次/一周

注：

1、基坑工程施工至开挖前的监测频率视具体情况确定；

2、基坑开挖到底至底板浇筑完成后的监测频率可根据监测项目的变化情况及实际情况进行调整；

3、宜测、可测项目的监测频率可视具体情况适当降低。

4、由于本基坑采用的是逆作法施工，是利用结构梁作为支撑体系，因此基坑的监测频率可以适当地降低，同时以《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497－2009）的要求作为参考。

2.4.2监测项目警戒值

基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范及围护结构设计要求确定。

同时设定报警值，取设计控制值的70%；警戒值取设计控制值的80%，当监测点达到或超过报警值时应及时向有关部门报警。

基坑及围护结构监测项目控制值

序号

监测项目

控制值

1

围护结构顶部沉降

20mm或者相对基坑深度（h）的0.2%，速率2～3mm/d

2

围护结构顶部水平位移

30mm或者相对基坑深度（h）的0.3%，速率2～3mm/d

3

边坡顶部沉降

40mm或者相对基坑深度（h）的0.4%，速率3～5mm/d

4

边坡顶部水平位移

60mm或者相对基坑深度（h）的0.3%，速率2～3mm/d

5

坑底回弹和隆起

35mm，速率2～3mm/d

6

地表沉降

35mm，速率2～3mm/d

7

围护结构的深层水平位移

50mm或者相对基坑深度（h）的0.5%，速率5～10mm/d

8

地下水位观测

坑内降水导致外水位降低的变化率超过500mm/d或者累计达到1000mm时，坑底水位高于设计值

9

钢管立柱、格构立柱轴力（应变计）

0.7倍构件承载能力设计值

10

立柱沉降

35mm，速率2～3mm/d

11

墙背土压力

0.7倍荷载设计值

12

墙背水压力

0.7倍荷载设计值

2.5采用的仪器设备

预计投入本项目监测工作的仪器设备如表下表。

主要仪器设备表

序号

仪器设备名称/型号

仪器设备性能

生产厂家

单价（万元）

数量

备注

1

水准仪/AT-G2

±0.7mm/km

拓普康

1.7

2

2

数字水准仪/DNA03

0.3mm/km

莱卡

11

1

瑞士

3

全站仪/GTS-102N

2mm＋2ppm×D，2”

拓普康

3

1

4

全站仪/TS-802

2mm＋2ppm×D，2”

杰翰

3

1

5

测斜仪CX-03E

分辨率：

0.02mm/500mm

精度：

±4mm/15m

第三十三研究所

5

2

6

电测水位沉降仪

±1mm

国产

0.4

2

可测水位和分层沉降

7

频率仪

国产

0.1

2

8

应变计

≤0.5/100（F·s）

国产

根据现场埋设要求

9

土压力盒

≤0.5/100（F·s）

国产

根据现场埋设要求

10

孔隙水压力计

≤0.5/100（F·s）

国产

根据现场埋设要求

11

测斜管/水位管

国产

根据现场埋设要求

12

笔记本电脑

联想

1

2

13

台式电脑

联想

0.7

8

14

数码相机

日本

0.4

3

15

打印机（黑白、彩色）

惠普

0.5

2

16

面包车

金杯

13

2

17

传真机

国产

1

监测仪器设备是完成监测任务的手段，仪器的精度影响监测的质量，而仪器设备的数量则是顺利完成此次监测的重要保证。

所采用的仪器必须经过省级以上技术质量监督局授权的专门检定单位检定合格并在检定有效期以内才能使用。

3.监测实施方法

3.1目测巡视

基坑监测项目均是非实时性监测项目，所以相比之下巡视目测也有一些仪器量测尚不具备的优点，它观察的是整体的面，而仪器量测往往局限于点。

（1）直观、快捷

深基坑工程容易发生的工程事故多为围护结构坍塌，土体滑坡，支撑体系变形，周围建筑物沉陷、裂缝等。

很多工程事故的产生都是在监测正常进行下发生的，监测点的数量有限，都分布于常见的重要位置，有时仅从监测数据上并不能预测到基坑的个别部位。

通过经常的目测往往能更及时的发现事故的前兆，特别是对暴雨天气后基坑周围土体的一些细微变化，土体的局部的沉陷，地面与建筑的裂缝等的发现。

（2）定性准确

仪器的监测均是定量的数据，我们从数据上发现的往往是量变的过程，而一些规范和工程经验的警戒限值都是大家长期沿用下来的安全底限，它是一个具体的量值。

而直接导致工程事故或其前兆现象发生的量值具有很大的范围，有时会远远高于常规警戒值，有时会甚至低于常规警戒值。

而且目测则有可能及时发现质变的前兆，对现象做出定性结论。

巡视目测实施方法

每次现场量测之前，大量或长时间降雨时，均需进行目测，对监测点未布置的部分也要查看，例如未设监测点的基坑支撑、围护结构等。

目测具体内容有：

a肉眼观察基坑围护结构外观，查看其壁上是否产生裂缝、流沙或其它变形；

b观察支撑体系及其端头附近的围护结构，是否有变形，是否有裂缝等破坏现象；

c查看基坑周围土体，看地面是否有沉陷、裂缝、滑移、隆起等现象，特别是在大量降雨时，应及时多次的进行观察。

观察到的异常现象中，严重的应立即向有关方通报，可疑的应结合现场监测数据分析，分析结果写进日报或周报。

3.2沉降监测

本基坑工程的沉降监测内容共包括：

围护结构顶部的竖向沉降、边坡顶部的竖向沉降、基坑周边地表沉降、立柱桩顶沉降。

围护结构顶、边坡顶、地表及立柱桩顶沉降是基坑开挖后的土体扰动的最直接反映，为了确保周边环境及围护结构的安全，通过沉降量变化规律预测施工对环境的影响。

根据设计文件要求及《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007），《工程测量规范》（GB50026-2007），本次沉降观测采用的是精密水准仪（如DNA03、AT-G2）及其配套的铟（瓦）钢精密水准尺，运用精密几何水准测量方法，按照《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）一、二等精密水准测量的技术要求施测。

基准点、工作基点、水准测点规格及埋设要求参照《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）执行。

3.2.1高程基准网

高程系统采用地铁三号线一期工程的高程系统或者假定的高程系统。

监测基准网点由水准基点和工作基点组成。

水准基点标石根据现场情况，选用深埋双金属管水准基点标石、深埋钢管水准基点标石或混凝土基本水准标石；工作基点的标石可以采用浅埋钢管水准基点标石或混凝土普通水准标石或墙角、墙上水准标志（图1）。

基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域内；且尽量埋设在视野开阔的地方，以利于观测。

基点的埋设要牢固可靠。

应经现场踏勘，并结合地质地层实际情况，确定埋设深度。

采用现浇与预埋两种方式，同时应至少埋设两个基点，以便互相校核；基点应和附近原始水准点多次联测，确定原始高程。

根据现场情况，为方便工作开展，可以将整个标段划分为几段，每段各自布设水准基点和工作基点，构成独立水准网，并尽量利用附近已知的水准基点。

标石、标志埋设后，应达到稳定后方可开始观测，稳定期不少于15天。

（1）基辅分划读数差≤0.3mm，基本分划与辅助分划所测高差之差≤0.4mm，往返较差及附合或环线闭合差≤0.3

（n为测站数）。

（2）视线长度≤30m、前后视距差≤0.5m，前后视距累积差≤1.5m、视线高度（下丝读数）≥0.5m。

在施测时，测点之间必须是偶数站，往返测量的测站数均为偶数站。

野外观测完后，应认真检查观测成果，确保观测成果的可靠性。

并对每条水准路线按附合路线和闭合路线计算高差闭合差。

每千米水准测量高差全中误差，应按下列公式计算：

（1）

式中，MW为高差全中误差（mm），W为闭合差（mm），L为计算各W时相应的路线长度（km），N为附合路线或闭合路线环的个数。

若计算的MW不满足规范要求，应查明原因，并进行重测。

同时，按水准路线往返测段高差较差计算，每千米水准测量的高差偶然中误差，应按下列公式计算：

（2）

式中，M为高差偶然中误差（mm），为水准路线往返测段高差不符值（mm），L为水准测段长度（km），n为往返测的水准路线测段数。

若计算的M不满足规范要求，应查明原因，并进行重测。

监测基准网的计算按最小二乘原理，采用间接平差进行网平差计算，并进行精度评定，求出每千米高差全中误差及每点的高程和精度。

为了确保变形观测成果的可靠性，必须定期或不定期地对基准网和工作基点网进行复测。

控制网复测周期根据控制点稳定情况和变形观测的精度需要来确定。

原则上规定：

在基准网建成后，应在工程施工后3月进行第一次复测，此后每隔6月复测一次；工作基点的复测周期原则上应为每月至少一次。

实施过程中根据控制点的稳定性调整复测周期，也可根据实际需要仅进行局部复测，而非全面复测，以便减小复测的工作量。

3.2.2沉降监测网

沉降点的布设必须以反映沉降变形特征和明显变形的部位为原则，数量及位置由根据现场情况和设计文件要求进行布设。

具体做法是，在所选位置埋设不锈钢标志（见图2），不锈钢标志埋设完后，应及时保护起来，以免在施工中损坏，而影响观测成果的连续性。

图2不锈钢标志示意图

3.2.3沉降观测方法及精度

工作基点与各沉降监测点采用二等水准测量，并构成沉降监测网。

二等水准测量各项限差如下：

（1）基辅分划读数差≤0.4mm、基本分划所测高差之差≤0.6mm。

往返较差及附合或环线闭合差≤0.7

（n为测站数）。

（2）视线长度≤50m、前后视距差≤1.0m、前后视距累积差≤3.0m、视线高度（下丝读数）≥0.3m。

当观测时，测点之间必须是偶数站，往返测量的测站数均为偶数站。

同样，外业观测工作完成后，应认真检查观测成果，确保观测成果的可靠性。

沉降监测网的计算按最小二乘原理，采用间接平差进行网平差计算，并进行精度评定。

各沉降监测点的本次高程Hi（t），与首次高程Hi

（1）进行比较，差值ΔH即为该测点的沉降值。

即ΔHi（t）=Hi（t）-Hi

（1）。

每次观测都采用相同的观测仪器，相同的观测人员按相同的观测路线进行，作业过程中严格遵守规范。

3.2.4沉降点的埋设方法

沉降观测点的布置，须能全面反映基坑边坡顶部、周围地表、围护结构顶部、立柱桩顶等的变形特征，并结合地质情况及支护结构特点确定。

对于边坡顶部的沉降监测点采用500mmΦ14mm的钢筋打进边坡顶部的土体内，并用水泥将监测点周围砌筑牢固；地表沉降监测点的标志采用机械在地表凿一个直径150mm的圆柱，将500mmΦ14mm的钢筋打进圆柱里，低于原地面50mm，并在圆柱里铺设一层细砂，并插上小红旗作标记；围护结构顶部的沉降监测点采用预埋钢筋或者在冠梁表面埋设测钉，立柱桩顶的沉降监测点的标志采用在立柱桩的桩顶部埋设测钉。

3.3水平位移监测

本基坑工程的水平位移监测内容共包括：

围护结构顶部的水平位移和边坡顶部的水平位移。

根据《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007），《工程测量规范》（GB50026-2007）及设计要求，水平位移采用全站仪或者高精度经纬仪监测，监测方法可以是导线法、极坐标法、测小角法、交会法、视准线法等。

3.3.1位移监测控制点的布置和埋设

位移监测控制点包括基准点、工作基点以及定向点等工作点，各种测量点按下列要求选设和使用：

A、基准点选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。

使用时作稳定性检查或检验，并以稳定或相对稳定的点作为测定变形的参考点。

B、工作基点选设在靠近观测目标且便于联测观测点的稳定或相对稳定位置。

C、对需要定向的工作基点或基准点应布设定向点，并应选择稳定且符合标准要求的点位作为定向点。

D、观测点（变形点）选设在围护结构的冠梁顶和边坡顶，并能反映变形特征的位置。

E、位移监测基准点不少于3个。

3.3.2测量等级及精度要求

根据《基坑工程技术规程》（湖北省地方标准D