監測信息反饋及信息化施工實例

一、監測信息反饋及信息化施工

1.1  信息反饋的目的

在基坑工程施工過程中，為保證基坑工程施工及周邊環境安全，需要建立一套嚴密、科學的監測體系，在施工過程中對地下工程及周邊環境進行監測，分析、判斷、預測施工中可能出現的情況，并采取相應的技術措施，將施工對周圍環境的影響降低到最小程度，即通常所說的信息化設計與施工。其核心內容是監測與信息反饋，主要目的如下：

（1）將監測所得到的周邊環境及支護結構穩定狀況及時提供給設計與施工單位，以便采取有效措施確保地下工程施工安全。

（2）根據監測所得到的施工對周邊建(構)筑物、地下管線影響程度，制定合理的保護措施。

（3）為設計與施工、監理單位提供溝通渠道，以確保信息化設計與施工的效果。

（4）為信息化設計與施工累計資料，提高地下工程的設計和施工水平。

圖 1  信息化施工監測流程圖

1.2  信息反饋的內容

基坑工程施工期間通過監測取得的大量周邊環境與支護結構的位移、支護結構內力、周邊建筑物變形等信息及時反饋到設計與施工單位，進行信息化設計與施工非常重要，有很大的工程應用價值。在地下工程施工中，需要進行反饋分析的內容很廣，實際應用時，可根據工程具體要求有選擇地進行反饋分析工作。

（1）對設計的反饋內容

a.通過對監測資料的反分析，修正設計用圍巖物理力學參數。

b.通過對監測資料的反分析，修正設計用地應力、滲水壓力、圍巖壓力等基本荷載。

c.通過對圍巖和支護結構的位移、應力、應變、地表及周邊建筑物位移等監測，修正設計用變形控制基準、安全監測方法和監控判據指標。

d.在上述修正基礎上調整支護結構參數，即進行信息化設計。

（2）對施工的反饋內容

在施工過程中，通過對監測結果的分析判斷，及時調整施工方案，必要時增加輔助施工措施以確保施工安全性和經濟性。 明挖基坑工程施工。通過對監測結果的分析判斷，及時調整施工方案，在圍巖及支護（圍護）結構位移、支撐結構內力、周邊建筑物變形等數值較小時，可簡化施工方案以減少施工程序，加快施工進度，降低工程造價；在圍巖及支護（圍護）結構位移、支撐結構應力、周邊建筑物變形等數值較大時，應調整施工方案直至增加輔助施工，以確保工程及周邊環境的安全。

1.3  監測反饋的程序

監測數據反饋指導設計與施工是指在地下工程施工過程中，根據施工信息，對施工前預設計所確定的結構形式、支護參數、施工方法、施工工藝以及各工序施作的時間等的檢驗和修正，貫穿于整個施工全過程。經過多年實踐總結，檢測反饋程序已趨于完善，施工信息反饋工作流程見圖：

圖 2  信息反饋程序圖

二、安全監測分析

2.1  安全監測報警

基坑工程監測預警判斷分析原則如下： ①將階段變形速率及累計變形量與控制標準進行比較，如階段變形速率或累計變形值小于預警值，則為正常狀態，如階段變形速率或累計變形值大于預警值而小于報警值則為預警狀態，如階段變形速率或累計變形值大于報警值而小于控制值則為報警狀態，如階段變形速率或累計變形值大于控制值則為控制狀態，需進行搶險工作。 ②如數據顯示達到警戒標準時，應結合巡視信息，綜合分析施工進度、施工措施情況、基坑圍護結構穩定性、周邊環境穩定性狀態，進行綜合判斷； ③分析確認有異常情況時，應立即通知有關各方。

現場遇有險情時統一由監測管理人向工程參建各方發布。安全監測報警的分三級。

一級報警：一個建筑物中，有多個效應量控制著基坑安全，如基坑變形、鋼支撐應力等，當一個效應量變化異常，其測值大于 3 倍均方差控制門限時，做為

一級報警，向業主、設計監理部門報告，并分析其異常原因，注意其發展趨勢。

二級報警：當多個效應量變化異常，其測值均大于 3 倍均方差門限時，做為

二級報警，立即向業主、設計監理等部門報告，并分析其原因，建議采取措施以保證工程安全。

三級報警：當多個效應量變化異常，并超過 3 倍均方差控制門限，且其變化速率在加快，出現這種情況，做為三級報警，同時還表明事故發生不可避免。立即通知業主、設計監理等部門做出處理應急措施。

2.2  明挖法施工地層與圍護結構穩定措施

（1）一般措施

明挖基坑對周圍環境的影響及圍護結構的穩定與圍護結構的形式、基坑寬度、開挖深度、地層條件、圍護結構的入土深度、支撐設置、施工速度、施工技術措施有關。因此，為減小明挖基坑對周圍環境的影響及確保圍護結構穩定采取的一般措施主要如下：

a.及時支撐（或拉錨）與預加軸力。日本東京某基坑工程對支撐的及時性效果做了試驗。未及時做第一道支撐的墻體最大水平變形為 3cm，而及時支撐的墻體最大水平變形只有 1cm。另外， 支撐設置以后，必須及時施加軸力，這不但能保證支撐頂緊墻體，減少墻體變形量，而且也改善了墻體受力條件。

b.支撐預加軸力的大小取決于地質和施工條件，原則上應加到最大限度。日本曾規定施加的軸力應相當于靜止土壓力，因為這樣能使墻體變形最小?；谖?/span>國的實際情況，應加到支撐軸力的 70%左右。同時，為了盡量減少各種變形，第一道支撐位置應盡量偏高，底撐位置應盡量放低。  

c.分段分層開挖及開槽架設支撐?；娱_挖充分考慮基坑開挖時的“時空效應”,針對基坑工程開挖遵循“分層、分段、對稱、平衡、適時”的原則，嚴禁超挖，盡量縮短工期，減少暴露時間。當基坑的長度較長時，不要采取大面積的長條形開挖，而是應當采取分段開挖、分段支撐的辦法，以利用基坑的空間效應達到減少變形提高基坑穩定性的目的。分段長度視具體情況而定，一般為 20~30m 為好。在控制地表沉降有嚴格要求的情況下，應采取開槽設支撐的辦法，即在未挖到該層支撐水平面時，先挖安裝支撐的溝槽，在安裝好支撐并施加軸力后，再將溝槽旁的土層挖去，然后再繼續往下挖。

d.增加圍護結構入土深度。增加圍護結構的入土深度無疑能減少圍護結構的水平變形、基底隆起、地表沉降，從而減少對周圍環境的影響。

e.加快施工速度。加快施工速度，減少基坑暴露時間，能有效減小地層移動，盡可能減小意外因素對基坑的影響，同時可以減小因地層蠕變、流變性等引起的地表沉降。因此，在基坑開挖到設計標高后應立即敷設墊層。綁扎鋼筋澆筑地板混凝土。如果施工速度過慢，軟土層的流變性將使地層移動明顯增加，引起過大地表沉降。根據某軟土地區基坑實測資料統計，如果支撐架設時間超過 8h，在架設第二道支撐時地表沉降增加 2.3mm/d；再如日本現場實測資料，基坑開挖后不到 10d 的時間，基坑隆起量增加約 50%。

（2）輔助施工措施

a.基底加固?；准庸痰姆椒ê芏?，如井點降水、壓密注漿、攪拌樁、旋噴樁、石灰樁、樹根樁、地下墻等。無論采用哪種方法都需要在基坑開挖兩周以前進行，以避免因擾動地層而增加變形。地基加固可在基坑外或基坑內進行?；?/span>外加固可以減少對擋墻的主動土壓力，但因工程造價關系，一般只是當基坑鄰近有建筑物或地下管線時才進行。在基坑內加固，特別對基底以下的地層進行加固，能達到既經濟又有效的目的。據 B.B.Broms 的計算，對基底進行了 3m 厚的壓漿加固（基底為軟黏土），能使墻體的水平位移及地表沉降減少約 50%，支撐內力減少約 40%，基底隆起減少約 35%。他還做了 6m 加固的比較發現加固 6m 厚的各項指標僅比加固 3m 的減少 10%~20%，因而他得出結論，認為加固 3m 厚是經濟合適的。但是根據上海工程實踐的情況，延安東路越江隧道 106 號地下連續墻工程與地鐵區間隧道 109 號地下墻工程相比，墻外都有建筑物，109 號工程基底只加固了 3m，它的地表沉降值與深度之比為 0.54%，而 106 號工程的基底加固9~10m，它的沉降值大為減少，僅有 0.1%~0.2%。由此可見，對于上海那樣的軟弱土層，特別是地下連續墻底以下的土體很軟弱時，地層加固厚度的增加，其效果是明顯的。沿基坑寬度方向，間隔地在各幅地下墻接頭處，在基底標高以下，筑深度略超過地下墻底的支撐地下墻，對減少墻體變形、基底隆起、地表沉降是很有效的。

b.基坑內降水。在基坑內部降水有利于施工操作，更因降水固結提高了基底下土體的強度，因此能減少基坑隆起和墻體變形，提高基坑穩定性。但是應注意，坑內的降水漏斗不要超過墻底，以免造成墻外地層的固結沉降。按以往工程經驗，井點濾管底至少高于地下墻底面 1.5~2m。對于可能會產生較大隆起或突涌的基坑，還應降低承壓水頭。

c.帷幕注漿。為保護墻外的地下管線、構筑物和地表建筑物，可在墻外筑一道帷幕。帷幕可采用灌注樁、旋噴樁、樹根樁、壓力灌漿、凍結法等辦法。在需要進行墻外降水的情況時，可在帷幕內降水帷幕外回灌水，以減少地層移動范圍。

三、火車北站監測信息反饋及安全分析案例

3.1 2011 年 2 月 23 日火車北站 A 區基坑測斜監測報警

2011 年 2 月 23 日，施工監測發現，A-CX10 監測孔近 5 日監測數據最大變化達 10.78mm，近 5 日變化速率最大達 2.16mm/d （9.5m 深處），超過報警值 2mm/d的變化速率，監測方立即發出了報警，并通知各方。該處 2 月 23 日開挖深度約8.5m，已經安裝了第二層鋼支撐

圖 3  CX10 監測點位置示意圖

經過監測數據的綜合分析及現場的施工情況，近日快速的開挖而支撐架設不及時，以及基坑兩側近距離的堆載是主要原因，從監測數據看，CX10、CX11在 2 月 19 日至 2 月 23 日變形持續增大，其中 CX10 近 5 天平均變化速率最大達2.16mm/d （施工方監測數據顯示最大 1.29mm/d）（圖 11-8）， CX11 近五天最大達1.12mm/d，NL06、NL07、NL08 監測點 8.9m 深度的測點均在 2 月 19 日之后持續增大（圖 11-10），最大達 15.57kN，與 CX10 在同一斷面的 ZL5-1 及 ZL5-2 （施工方監測測點）在 2 月 19 日之后也明顯增大（圖 11-9）。

因此，快速的開挖而未及時加撐，同時又有大量的土體堆積在僅靠基坑邊緣3m 的地方，造成超載，增大的圍護樁后的側向土壓力，使圍護樁發生了較大的變形。

圖 4  A-CX10 變化曲線

圖 5  支撐軸力監測點 ZL5-1 及 ZL5-2（施工方監測）監測曲線

圖 6  樁內力監測點 A-NL06、NL07、NL08 變化曲線

在發出報警之后， 監測方、 施工單位總工程師及專業監理工程師一同在現場研究處置措施，施工單位總工程師當場停止該處土體的開挖，盡快的調集裝載車清理基坑邊的堆土，在條件允許下，優先安裝該處的第三層支撐。同時監測方對該段進行加密監測，重點關注。

綜合分析監測數據，A 區基坑中部變形、應力應變等普遍變化較大，建議施工單位第三層支撐的安裝從中部向兩端進行。

3.2 2011 年 4 月 10 日火車北站 A 區測斜監測報警

2011 年 4 月 10 日，監測方發現，火車北站 A 區基礎測斜監測點 A-CX11、ACX04 相對于 4 月 9 日日變化量超過報警值 2mm/d，其中 A-CX11 日變化最大為 4.53mm，A-CX04 日變化最大為 2.54mm，監測方發出了報警，并通知現場總監理工程師、專業監理工程師施工單位總工程師及地鐵公司安質處監控中心。

A-CX11 與 ACX04 位于 A 區基坑中部 A2-1 區段，該兩監測孔屬同一斷面的監測點，目前該段第四層土體開挖幾乎結束，第五層土體部分開挖，而支撐僅僅安裝至第三層（雙拼、鋼支撐），因此，支撐的安裝嚴重滯后是該段圍護結構深層水平位移變化增大的主要原因。

報警通知發出后監測方建議施工單位立刻停止開挖，首先對第三層支撐預應力進行補加，然后盡快安裝第四道支撐。 監測方進行了加密監測，平均監測頻率為 1 次/2 小時，并及時將監測數據以短信及書面形式報告各方。施工單位在當天晚上進行了第三層支撐預應力的補加，效果較明顯， CX10 監測孔停止了正向（向基坑內側）的位移，并開始負向（基坑外側）位移，至 4 月 11 日凌晨負向位移最大為-2.87mm，施工單位當晚還進行了第四層鋼支撐的的安裝準備工作，主要是鋼圍凜的安裝。 4 月 11 日全天施工單位進行了超挖段第四層鋼支撐的安裝（34道至 42 道），至下午 17:00 完成了全部的鋼支撐安裝及預應力的施加；A-CX11監測數據整體變化趨勢為負向，并趨于穩定，下午 11:30 至 18:30 平均變化速率為-0.22mm/h，數據趨于穩定。A-CX04 今日變化很小，平均變化量為 0.18mm,同樣趨于穩定。

至 2011 年 4 月 11 日下午 17:00，A 區基坑在采取有效措施之后，并且各項措施達到的預期的效果，隨后基坑變形穩定，報警解除。