基坑施工监测总结.doc

轨道交通明珠线二期工程
长阳路车站
基坑施工监测总结

上海京海工程技术公司
SHANGHAI JINGHAI GEO-TECHNIQUE COM.

上海市轨道交通明珠线二期工程
长阳路站基坑施工监测总结

建设单位：上海市地铁建设有限公司
施工单位：上海市第一建筑工程有限公司
监测单位：上海京海工程技术公司

总 经 理：王梅珍
总工程师：马文亮
编 写：高建民
参加人员：盛建煜 马宝献 赵满利
叶书贝 陈全书

上海京海工程技术公司
二零零二年十月

目 录
一、工程概况………………………………………………………1
二、地质条件及周围环境情况……………………………………1
（一）地质条件…………………………………………………1（二）周围环境…………………………………………………2三、监测内容与测点布置…………………………………………2四、基坑土体加固…………………………………………………3五、基坑挖土施工概况……………………………………………5
（一）、挖土施工情况……………………………………………5（二）、变形情况…………………………………………………7
1)、围护墙体变形情况………………………………………7
2）、支撑情况……………………………………………………10
3）、地表及管线沉降情况………………………………………13
4）、建筑物沉降情况……………………………………………13
六、认识和体会………………………………………………………13
明珠线二期工程长阳路站施工监测总结
地铁明珠线二期长阳路站基坑施工监测总结

一、 工程概况
工程建设单位：上海市地铁建设公司
工程设计单位：上海市地下建筑设计院
工程监理单位：宝钢建设监理有限公司
工程施工单位：上海市第一建筑工程有限公司
明珠线二期长阳路车站位于大连路、长阳路交界处，车站呈南北走向，主体位于大连路下，穿越长阳路。车站采用双柱三跨钢筋混凝土结构，预留与规划的地铁4号线的“T字形”换乘段。车站主体围护结构采用地下连续墙，顺筑法施工。
长阳路及大连路上大量的市政管线在施工前随道路翻交进行了搬迁。车站的北端头井邻近的正泰橡胶厂均已拆迁。
道路翻交后车站东侧紧邻大连路，长阳路绕南端头井通过，车站西、北侧为居民住宅。整个车站施工区已形成封闭，已完全具备连续施工的场地条件。
车站全长221m，标准段宽21.6m，端头井宽26m；标准段基坑开挖深度15.29m，端头井基坑开挖深度17.49m，换乘段基坑开挖深度为22.48m；车站中心顶板覆土3.50m。
车站深基坑围护结构采用地下连续墙，不同位置的厚度、深度及入土比如下表，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为0.8Mpa，钢筋保护层外层70mm，内层50mm。
地墙位置
地墙厚度（㎜）
地墙深度（m）
入土比
墙趾土层
标准段
600
29.2
0.91
⑤1-2
标准段（近正泰橡胶厂处）
800
30.5
0.99
⑤1-2
北端头井
1000
35.5
1.00
⑤1-2
南端头井
800
32.2
0.84
⑤1-2
换乘段
1000
42
0.87
⑦1
本工程采用明挖顺筑法施工。支撑采用Æ609钢管。标准段为4道支撑，端头井设5道斜撑，换乘段6道支撑。
监测工作于2001年1月开始进入工地进行测点布设，于2002年9月全部结束。
二、 地质条件及周围环境情况
（一）地质条件
根据地质勘察报告，本地块土层分布稳定，土层物理力学指标﹑空间变异性较小。在基坑开挖深度范围内，本工程所涉及到的深度内共有5层土体，分别为：
①填土：厚度1.30～3.0m，层底标高1.44～-0.44m，底层埋深1.30～3.00m，其下为灰黄色粉质粘土；
②2灰黄色粉质粘土层，层厚0.50～2.50m，层底标高0.18～-1.06m，底层埋深2.50～3.80m，饱和、软塑、不均匀，含铁锰质及氧化铁斑点，夹薄层粘性土，属于高压缩性土；
②3灰色粘质粉土：厚度0.00～2.50m，层底标高-2.32～-3.39m，底层埋深5.00～6.00m，很湿、稍密、不均匀，夹薄层粘性土，含云母片，属于中压缩性土；
③灰色淤泥质粉质粘土：厚度3.00～7.20m，层底标高-6.32～-7.49m，底层埋深9.00～10.00m，饱和，流塑，夹粉砂薄层，偶夹粉土团块，属于高压缩性土；
④灰色淤泥质粘土：厚度9.00～10.00m，层底标高-16.32～-16.76m，底层埋深19.00～19.50m，流塑，尚均匀，夹少量极薄层粉砂，局部见贝壳碎片，属高压缩土。
⑤1-1灰色粘土：层厚度5.00～6.00m，层底标高-21.38～-22.49m，底层埋深24.00～25.000m，软塑，含少量泥钙质结核及半腐植物根茎及钙质结核，属高压缩土。
⑤1-2灰色粉质粘土：厚度10.00～17.00m，层底标高-32.26～-39.38m，底层埋深35.00～42.00m，软塑，不均匀，夹少量粉土薄层，含云母片，属于中～高压缩性土。
⑤4灰绿色粉质粘土：厚度1.30～5.50m，层底标高-37.76～-41.88m，底层埋深40.50～44.50m，可塑，尚均匀，夹有粉土，属于中压缩性土。
车站范围内浅部地下水属潜水类型，受大气降水及地表迳流补给，水位动态为气象型。地下水位埋深0.5～0.7米。车站基坑开挖深度为17.39～23.75m以上的地下水为潜水类型，土层主要以淤泥质软土为主，含水量高，孔隙比大，压缩性高，强度低，渗透性差，有较大的流变特性，易产生较大的变形。坑底④层灰色淤泥质粘土或⑤1-1层灰色粘土也易产生流变和回弹隆起。
（二）周围环境
车站东侧紧邻交通繁忙的大连路，道路下面埋设有上水、通讯及煤气等重要市政管线。车站西侧有多幢两层居民住宅，属六十年代以前建筑，基础差，结构破旧，特别是北端头井部分建筑已属于危房。最近的距离基坑围护结构约12.0米左右。
三、 监测内容与测点布置
长阳路车站基坑保护等级为二级，原定近正泰橡胶厂处保护等级为一级，但基坑挖土前已拆迁，所以基坑保护等级统一定为二级。
根据基坑采用信息化施工，对围护结构体系及周边环境的安全进行监控的要求，长阳路车站基坑施工监测设置了如下内容：
（一）围护结构体系监测内容设置
1． 墙体测斜、墙顶位移
2． 墙体沉降
3． 支撑轴力
4． 立柱沉降
5． 坑内土体回弹
6． 坑外水位
7． 土压力（设计要求）
8． 墙体弯矩（设计要求）
（二）周边环境监测内容设置
9． 地表沉降
10． 建筑物沉降
11． 地下管线监测
测点布置情况见附表。
附：长阳路地铁车站施工监测测点情况表
序号
项目
测点数量
测点构成
埋设方法
1
地表沉降测量
60点

2
地墙顶沉降测量
30点

3
地墙顶位移
30点

地墙测斜孔
30孔
30-42米

4
土压力测试
2孔
每孔6只土压力盒
钻 孔
5
支撑轴力测试
6组
29只轴力计
焊 接
6
钢筋应力测试
4组
每组8只钢筋应力计
焊 接
7
基坑回弹测量
3孔
每孔深30m,4只磁环
钻 孔
8
基坑外水位监测
6点
每孔深18m
钻 孔
9
立柱沉降
8点

10
建筑物沉降监测
47点

11
地下管线监测
57点
直接点22，间接点35

四、 基坑挖土施工概况
第二施工区
第一施工区
第三施工区
长阳路车站基坑挖土施工分区图
基坑挖土分区分段进行施工，每区又分块、分层放坡开挖，如下图。

基坑挖土于2001年10月3日开始，10月6日标准段及南端头井第一层挖土。由于受APEC会议的影响，基坑挖土暂时停止，到10月24日恢复挖土施工。挖土区域主要集中在换乘段和南端头井。11月8日北端头井也同时进行挖土，这样，挖土从两个端头井分段、分层向中间推进。端头井挖土结束后，标准段全面分层开挖，多点挖土流水作业，加快了基坑挖土施工的进度。由于换乘段挖土深度大，两侧有封堵墙需要凿除，该位置挖土最后结束。
端头井挖土分五层开挖，南端头井放坡到22轴，北端头井放坡到7轴。标准段分五层开挖。
（一） 第一施工区（21～31轴）挖土施工情况：
第一层土开挖
南端头井挖土顺序
第一层挖土从2001年10月3日开始，至10月6日结束，端头井支撑全部到位。开挖的方向从标准段61#支撑向南端头井分块推进，其中端头井开挖为分块开挖（见右图），先将东、西侧斜撑区域土挖去，进行支撑位置施工，保留基坑中部的土体，当端头井第一道斜撑完成后，再将基坑中部的土体挖去。标准段的开挖是每次开挖一道支撑的工作面后，进行支撑施工，当支撑完成后进行下一段支撑工作面的开挖。
APEC会议结束后从10月24日开始向标准段、换乘段方向开挖第一层土，到10月28日20～31轴第一层挖土全部结束，支撑到位。
基坑挖土的同时，南端头井盾构出洞口注浆加固也在同时进行。
第二层土开挖
第二层土（21～31轴）开挖从10月30日至11月12日结束。其中南端头井第二层土于11月2日挖完，支撑到位。首先对标准段第一个支撑位置（61-2）进行开挖，并进行围令及支撑施工。随后进行端头井第二层土开挖，挖土过程与第一层端头井挖土过程相似。由于开挖深度加大，挖土难度也相应增加，挖土中采取阶梯式倒挖的方式：由基坑内挖机将基坑中部土倒到基坑边，再由基坑外的挖机取土装车。换乘段由于要凿除封堵墙，加上内部支撑与连续墙呈斜交状态，围令及支撑端部安装困难大，支撑安装速度慢。
第三层土开挖
第三层土（22～31轴）开挖工作从11月13日至11月23日结束。第三层土由2台40T履带抓斗与坑内二台小挖机配合进行。端头井斜撑和标准段的61-3#支撑位置采取抽条开挖方式，当支撑完成，进行预应力施加后，再进行其他斜撑的开挖，这期间保留基坑中部土体，当全部斜撑完成后，再对基坑中部的土体进行开挖。第三层标准段的开挖与第二层土的开挖方式一致。
第四层土开挖
第四层土（26～31轴）开挖从11月24日至11月27日。首先挖取26～29轴标准段土，并安装支撑；然后在开挖端头井内土方。第四层土由1台40T履带抓斗与坑内一台小挖机配合进行。在白天不能出土的情况下，坑内挖机进行倒土开挖支撑位置土方，配合支撑安装；夜晚全部投入挖土，但由于基坑深度增加，端头井支撑密度大，挖土速度减慢。
第五层土开挖
第五层土（28～31轴）开挖从11月28日至12月2日。挖土方法与四层土开挖相同。由于第五道支撑离基坑面底，因此其下的土方（六层土）一并开挖。开挖过程中采取分块开挖，分块浇筑垫层的方法。具体方法如下：首先将28～29轴标准段的土挖完，及时进行垫层浇筑；后对端头井斜撑下土体进行开挖、安装支撑，并进行垫层浇筑。12月2日端头井垫层全部浇筑完毕。
（二） 第二施工区（1～8轴）挖土施工情况：
第二施工区（北端头井）挖土晚于南端头井（第一区）进行，开始于2001年11月8日。
第一层土开挖
北端头井挖土顺序
第一层挖土从2001年11月8日开始，至11月12日结束，端头井支撑全部到位。开挖的方向从标准段1～11#支撑向北端头井分块推进，其中端头井分块开挖（见右图）东、西侧斜撑区域，进行支撑位置施工，保留基坑中部的土体，第一道斜撑完成后，再将基坑中部的土体挖去。标准段的开挖是每次开挖一道支撑的工作面后，进行支撑施工，当支撑完成后进行下一段支撑工作面的开挖。
第二层土开挖
第二层土（1～7轴）开挖从11月13日至11月16日结束。首先对标准段第一个支撑位置（1-2）进行开挖，并进行围令及支撑施工。随后进行端头井第二层土开挖，挖土过程与第一层端头井挖土过程相似。
第三层土开挖
第三层土（1～6轴）开挖工作从11月21日至11月25日结束。第三层土由2台40T履带抓斗与坑内二台小挖机配合进行。端头井斜撑位置采取抽条开挖方式，当支撑完成，进行预应力施加后，再进行其他斜撑的开挖，这期间保留基坑中部土体，当全部斜撑完成后，再对基坑中部的土体进行开挖。第三层标准段的开挖与第二层土的开挖方式一致。在端头井挖土的同时，标准段（第三施工区）也多点作业，全面开挖，基坑挖土全面展开。
第四层土开挖
第四层土（1～5轴）开挖从11月27日至11月27日。首先挖取3～4轴标准段土，并安装支撑；然后在开挖端头井内土方。第四层土由2台40T履带抓斗与坑内一台小挖机配合进行。但由于基坑深度增加，端头井支撑密度大，挖土速度减慢。
第五层土开挖
第五层土（1～4轴）开挖从11月28日至12月4日。挖土方法与四层土开挖相同。由于第五道支撑离基坑面低，因此其下的土方（六层土）一并开挖。开挖过程中采取分块开挖，分块浇筑垫层的方法。具体方法如下：首先将3～4轴标准段的土挖完，及时进行垫层浇筑；后对端头井斜撑下土体进行开挖、安装支撑，并进行垫层浇筑。此时，标准段第一层挖土已经到达12轴。
（三） 第三施工区（8～21轴）挖土施工情况：
在第一、第二区挖土的同时，第三区挖土也相继进行。这样，整个长阳路车站的基坑挖土施工全面展开，这大大加快了基坑挖土的速度，缩短了基坑施工周期，但是，随之而带来的是基坑变形速率加快，地下管线沉降过大，不得不采取注浆加固措施来保护管线。
第一层土开挖
第一层挖土（8～11轴）从2001年11月13日开始，至11月19日结束，逐段放坡开挖到11轴，支撑安装到24-1。标准段的开挖是每次开挖两个支撑的工作面后，进行支撑施工，当支撑完成后进行下一段支撑工作面的开挖。12～20轴从2001年11月19日开始，至12月10日结束。第一道支撑安装全部到位。
此后，基坑第三区挖土采用从两端相向向中间推进，挖完一层后再挖下一层，最后一层逐段开挖并浇筑垫层。到2003年1月18日标准段基坑挖土全部结束，次日标准段垫层全部浇筑完成。
换乘段（23～26轴）由于挖土深度大，两侧封堵墙凿除困难，挖土于2003年1月29日结束，至此，长阳路车站基坑挖土全部结束。
基坑土体开挖过程中，自始至终地贯彻了“快挖快撑”的指导思想，尽可能的控制基坑变形。
五、 基坑变形分析
1)、围护墙体变形及地表沉降情况
从不同挖土施工区段的不同阶段对挖土区域内围护结构变形（测斜）进行分析.
从南端头井基坑挖土期间的测斜数据上反应，在第一层挖土结束后，连续墙产生的水平位移并不大，这是由于挖土深度小、支撑安装及时。但是，由于APEC会议期间停工，到第二层挖土开始，连续墙上部水平位移达到3mm。第二层挖土结束后Q15最大水平位移达到13.79mm，最大变形位置位于深度7m处，位移明显大于Q13、Q16，这是由于同期端头井盾构出洞口注浆加固所致。随着挖土深度和难度的增加，进入第四层挖土以后，挖土时间相对加长，连续墙位移变形明显增加，到端头井挖土结束，Q13、Q15、Q16的累计最大位移量分别达到36.57mm\27.01mm\28.29mm，变形曲线见附图一（南端头井测点变形曲线）。
附图一 南端头井围护变形曲线

北端头井在2001年10月10日开始进行隧道出入洞口加固，采用搅拌桩加固，到10月11日下午Q30向坑内位移27.3mm(位于12米处)，随后采取措施，对施工进度进行控制，到10月15日变形速率减小，变形量增加减慢。APEC会议期间停工，到11月3日随着时间延长，围护墙体变形有所恢复，恢复量在6mm左右。变形曲线见附图二。
北端头井挖土始于2001年11月8日，12月4日挖土结束，12月5日垫层完成。按每层挖土结束的工况绘制测斜变形曲线附图三。从曲线可以看出，第二层挖土产生的变形小，其后每层挖土所产生的位移变形都在8-10mm左右，特别是第五、六层土合并一次开挖，产生的变形更大。
从地表沉降情况来看，最终沉降量在30mm，只占围护体位移量的52%左右，这与出入洞口采用搅拌桩加固有很大的关系。土体加固控制了坑外土体的沉降变形（图四）。

标准段挖土是采用分层全面开挖，虽然基坑挖土的施工时间缩短了，但基坑挖土过程中一次暴露的空间范围较大，造成基坑围护结构变形明显增大，同时这种变形的滞后效应明显。标准段围护结构变形一般在6-8mm，局部达到9-10mm，引起临时地下管线产生大的沉降，为保护地下管线的安全，采用注浆加固调整管线变形曲率。
根据地表沉降断面的沉降过程来看，沉降随挖土深度的加大而增加，在一到三层挖土期间沉降随与基坑的距离增大而减小，最大位置在近基坑处，但四层以下挖土以后的沉降出现离基坑处向外沉降量逐渐增大，最大位置基本在距基坑10-15米处（图六），到挖土结束，最大沉降量达到63mm。地表最大沉降量占围护最大位移量的75%左右（与对应位置的Q11最大位移量为86mm）。影响范围达到40米处
2)、地下管线沉降情况
地下管线的沉降与地表土体沉降的趋势是一致的，最大沉降量也达到70mm，在同时间段内的沉降量也保持了较好的一致性。
到2001年12月5日，由于管线沉降量已达到15mm以上，采用注浆对管线进行加固处理。从注浆后的沉降过程来看，南端头井G16、G17、G18管线监测点在2001年12月9日注浆结束，沉降速率变小，沉降得到了控制。但随着相邻段挖土的进行，管线沉降也在增加，到基坑挖土结束，底板完成后管线的沉降速率明显减小。

从围护结构的测斜结果，我们有如下的认识与体会：
1、围护体的变形量随基坑开挖深度增加逐渐增大，基坑开挖到底，围护结构变形最大位置在开挖面以下2米左右；
2、标准段围护结构的底部变形较大，但端头井围护结构的底部变形较小，这主要是基坑底部土体注浆加固控制了土体回弹产生的效果。
3、在端头井土体开挖过程中围护变形相对较小，但标准段的变形量很大，这与开挖面的长度有很大的关系，标准段采用了全面开挖的施工方式，使围护体变形量增长较快。
4、每层土开挖期间的变形速率较大，当支撑完成后变形速率相对减小。
5、当基坑边沿的动载较大时，围护结构的变形相对较大，Q18、Q20位置处经常有大型机械设备及土方运输车作业，造成该处位移量过大。这一点应在今后的施工中注意，尽可能的减少基坑边沿的动载，以减少对基坑的影响。
7、在基坑开挖过程中，基坑的围护体变形达到60mm以上，这和二级基坑的控制标准相差较大，造成地表、管线沉降量过大。
8、端头井基坑挖土基本遵循了分块、分层的原则，第一层挖土与第一道支撑时间短，第二层挖土厚度达3.6m，用时较长，相邻支撑安装时间间隔较长，基坑变形量增大。其变形量占总量的20~30%。第三层以下挖土空间有两道支撑，对抓斗作业增加了难度，用时较长，挖土速度相对降低，无撑暴露时间间隔较长，基坑变形量增大。其变形量占总量的30~50%。
3）、支撑情况
配合工况来分析标准段轴力变化，第一道支撑安装后损失量不大，这与地表的动载和第二层挖土有关；第二层挖土开始后，轴力稍有上升，但随着第二道支撑的施加，一道轴力相应减小，减小量为5T，但随着挖土深度的增加，围护变形增大，第一道轴力也相应增大到开始状态，第二道支撑轴力也开始增加。第三道支撑安装后，围护变形速率减小，第二道轴力增加得到控制，一道轴力逐渐减小。第四道支撑安装后第三道轴力增加速度减缓。第五道支撑的安装对第四道支撑轴力影响不大。底板浇筑以后，第四道轴力减小，但幅度不大，此后各道轴力变化不大。从测试结果看，未达到设计的最大轴力。由于地下墙施工时未在支撑安装位置处预埋钢板，轴力计直接顶在地下墙上，轴力损失较快。另外，南端头井第一道支撑在盾构洞门加固时轴力过大，造成轴力计远远超出其量程范围。
4）、建筑物沉降情况
主要建筑物位于基坑西侧，在基坑施工中（降水和开挖），建筑物沉降在50mm以内，主要是建筑物的基础结构较浅。沉降量与基坑周遍土体沉降量基本一致。
六．认识和体会
基坑工程是一个大的系统工程，它的施工过程涉及到众多的施工工艺 ，基坑变形伴随着施工的全过程：围护施工、加固、降水、降水、开挖、支撑等。控制基坑变形应注重施工的每一环节，应根据基坑的开挖深度逐级分层控制，对每一步施工进行控制，采取快挖快撑的指导思想，注重每一项施工，保质保量的按时完成。在施工中，首先应制定科学的施工计划和施工工序，在施工过程中严格按施工计划执行。根据本工程的施工过程，谈谈一些认识和体会，以供参考：
1．基坑工程是一个系统工程，它涉及到众多的合作单位，一个成功的基坑工程是众多单位相互合作、相互配合的结果。各施工单位应在总包的安排下，认真地完成每一施工工艺；不因一方的小利益而舍全局。
2．地基加固问题。它对地下墙水平位移有很大的影响。在本基坑工程中只对端头井进行了注浆加固，标准段未进行注浆加固。端头井注浆加固后的围护墙变形量小，且底部变形也小。
3．基坑开挖必须严格遵循“边挖边撑”原则，合理安排施工周期，按规定时限施加支撑预应力，做好基坑排水，减少基坑无支撑暴露时间。
4．挖土顺序和支撑问题。挖土方案对控制地墙位移和环境沉降十分重要，本工程标准段与端头井采取不同的开挖方式，明显表明挖土的空间尺寸对于控制地墙移动是非常重要的。
5．关键位置的挖土问题。端头井开挖采取先将斜撑完成后再进行中部土体开挖以控制基坑的回弹变形，从“时空效应”上是有效的。
6．在基坑第四层开挖中采取分块开挖，分块浇筑垫层的施工工艺是可取的，可进行细化，设置几个区，以条形状为佳。每条垫层均形成支撑体系，对控制围护变形和基坑回弹起重要作用。
7．在基坑开挖过程中应尽量减小基坑边沿的荷载，特别应控制动载的影响。本次施工过程中，动载的影响对基坑的变形影响较大，在今后的施工应进行改进。
8．本工程基坑作二级保护的标准，基坑变形超过控制标准，这不仅和施工工艺相关，可能和基坑土体未进行加固相关。
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