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【摘 要】 变形直接影响工程的质量。本文首先阐述了基坑开挖变形监测的必要性，然后探讨了基坑开挖监测，最后对基坑开挖变形监测及数值仿真问题进行了分析。
【关键词】 基坑开挖；变形监测；分析
一、前言
近年来，随着基坑开挖工程的不断壮大，变形监测问题引起了人们的重视。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进。在新时期下，加强基坑开挖变形监测及数值仿真的分析，对基坑开挖工程的发展有着重要意义。
二、基坑开挖变形监测的必要性
基坑工程往往都在市中心进行，施工场地四周的建（构）筑物和地下管线密布，基坑开挖引起的土体变形将对这些建（构）筑物和地下管线产生影响。当基坑周围土体变形过大时，会对周边邻近的结构和设施产生破坏，基坑周边的建筑物又相当于较重的荷载，引起基坑周边管线的变形、渗漏，这些因素都将导致土体变形的加剧。因此，在深基坑施工过程中，要求对基坑的支护结构、基坑周围的土体和邻近建筑物进行综合、系统的监测，全面了解工程施工情况，确保工程的顺利的进行。
三、基坑开挖监测
1、监测目的
（1）将监测数据与预测值相比较以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做好信息化施工。
（2）将现场监测结果反馈优化设计，使支护结构设计达到确保安全、经济合理、施工快捷的目的。
（3）将现场监测的结果与理论预测值相比较，用反分析法导出更接近实际的理论公式，用以指导工程施工。
2、监测内容：（1）围护桩顶竖向位移监测；（2）围护桩顶水平位移监测；（3）锚索应力监测；（4）地下水位监测；（5）周边地表沉降监测；（6）周边道路沉降监测；（7）周边建筑物沉降监测；（8）土体深层位移（测斜）。
四、实例分析
1、工程概况
东湖站位于海印电器城对面的东湖公园内紧靠东湖路，车站采用明、暗挖结合施工方案，车站主体明挖段为地下四层岛式车站，明挖段结构形式为单柱双跨混凝土框架结构，车站暗挖段采用双洞中隔墙联拱暗挖形式。车站总长为83.3m，明挖段长为57.9m，暗挖段长为25.4m，车站标准段宽度为19.0m，最宽处为25.7m；明挖段标准段车站高度为26.16m，车站埋深最深处为地面以下29.46m，车站中心里程处顶板埋深3.3m。
2、车站基坑变形监测的主要内容
（1）地面沉降监测
由于基坑的开挖，使得基坑外侧土体由于应力场的改变而产生沉降，影响显著区域一般在2倍基坑开挖深度范围内。在车站基坑外，坑周地表沉降在基坑四周各边设置一组测点，共设10个监测断面，横断面测点布设在距离围护结构30m的范围内，测点距离围护结构水平距离2m。
（2）连续墙体侧向變形规律
在基坑开挖施工过程中，随着基坑内部土体被大量移走，连续墙体在外侧土压力的作用下，必然要向内侧移动。为此，在基坑开挖过程中必须对连续墙体沿纵深方向的水平位移进行监控量测，并及时反馈，以采取针对性措施，确保基坑、周围建（构）筑物以及地下管线等的安全。东湖站共布置5个监测断面，每个监测主断面在基坑两侧各设1根测斜管。东湖站测斜管共10根。
（3）支撑轴力监测
支撑轴力监测传感器采用国产振弦式应力计，在钢筋混凝土支撑中，共布置3个监测点，采用埋入式应变计；在每道钢支撑中共布置3个监测点，5道钢支撑共15个测点，应力计焊接在钢支撑活络头上。
（4）支撑立柱沉降监测
立柱沉降测点直接布置在立柱顶部，在测点处埋入顶部为光滑的凸球面的钢制测钉，测钉和立柱间不容许有松动。立柱沉降和隆起监测点沿东湖站的监测主断面上埋设，监测断面总共3个，每断面在立柱上布置1个测点，测点总计3个。
（5）地下水位监测
在车站围护结构一圈距围护结构2m左右处设地下水位监测点，该车站共设9个水位监测孔。测点采用地质钻机钻孔，孔深应根据要求而定。
（6）土体侧向位移监测
在土压力监测点顶面设置土体侧向位移观测点，监测点测点采用顶端划“十”字的钢筋埋入土压力监测点孔中。本竖井共布置10个监测点。
3、监测结果分析
（1）地表沉降规律
①开挖深度到达16m时地表沉降显著，开挖深度达到25m时最靠近基坑的D7点沉降剧烈，其他三点沉降缓慢；
②开挖深度达到27m后形成沉降槽。
图1为地表测点示意图。图2为地表沉降时态曲线。图3为最大沉降时的沉降量分布曲线（沉降槽）。
（2）连续墙体侧向变形规律
东湖站连续墙体侧向变形最大的C02#测斜孔测得的变形曲线规律见图4。测点布置图见图5。
①开挖深度16m时连续墙侧向变形较小，最大处不超过20mm；
②开挖深度达到25m时连续墙侧向变形急剧增加，最大处超过30mm，开挖深度到27m时侧向变形达到最大值35mm，其后开挖深度再增加到底30m，侧向变形不再增加，甚至减小；
③由于测斜管口保护不好，有杂物掉入，致使测斜探头放不到孔底，所以2007年9月30日以后的数据只能测到28m深（本应30m深）。
④2008年2月13日监测，工况为基坑开挖到底，深度30m，连续墙侧向变形最大值为33.88mm，相应深度为17m。
（3）建（构）筑物沉降
图6为海印桥测点布置及其与东湖车站基坑相对位置示意图。图7为海印桥沉降时态曲线。图8为东湖路钢便桥中森会测点布置示意图。
①当基坑开挖到底，主体施工，车站暗挖到28m时（2008年1月3日），靠近车站基坑的H8、H10、H12和H2测点沉降加速，从-10mm增加到-25mm左右；而桥梁另外一侧的相对测点H9、H11、H13测点却从-10mm上升到-5mm～0mm，H1测点则从-5mm沉降到-10mm。 （4）支撑轴力监测
支撑轴力测点布置示意图见图8，车站基坑混凝土支撑轴力变化曲线见图9，车站基坑钢支撑轴力变化曲线见图10。
①车站基坑混凝土支撑轴力在基坑开挖期间有增大的趋势，开挖到底达到最大值，主体施工、车站暗挖期间支撑轴力减小，并趋于平缓。
②车站基坑钢支撑轴力在2007年11月底之前的開挖期间有增大的趋势，12月开挖到底，主体施工期间钢支撑有明显的卸载过程，其后支撑轴力恢复且趋于平缓。
（5）水位监测
①由图11、图12得出，车站基坑和施工竖井在开挖期间，其周围的水位变化比较剧烈，开挖完毕在主体施工和暗挖隧道掘进期间水位变化趋缓。
②机械风井周围的水位变化一直不大，基本平缓。
3、结论
（1）基坑开挖时，施工方必须严格遵循“边挖边撑”原则，合理安排施工周期，禁止超挖，保证支撑及时有效地架设，按规定时限施加支撑预应力，及时做好基坑排水，最大程度减少基坑无支撑暴露时间。
（2）挖土顺序和支撑问题.挖土方案对控制地下连续墙位移和环境沉降十分重要。
（3）在基坑土方开挖过程中应加强对各种预设监测设备的管理及保护.特别是基坑围护结构侧向变形监测孔的管口，应防止渣土等异物进入，造成监测数据失准.此次施工过程中已发生预设监测设备保护不利的情况，在以后施工中应避免类似情况发生。
五、注意事项
1、监测结果表明，基坑支护结构总体侧向变形不大，支护测斜、顶部沉降及应力监测数值也均在设计值或规范规定的最大变形允许值范围内，基坑支护结构自身是安全的。局部范围受支护桩漏水漏砂影响变形较大，监测发现后采取有效措施处理，变形趋于稳定。这说明在砂层深厚、地下水位较高水量丰富的地段采用密排钻孔桩加内支撑支护、搅拌桩结合旋喷桩止水是可行的，可供类似工程参考。
2、围护结构的水平位移分布具有明显的空间效应，基坑边角处围护结构的水平位移较小，随后逐步增大，至基坑中部达到最大值。由此说明基坑边角附近的空间作用较强，而中部较弱，最大位移变形量在可控制范围内，满足设计和使用要求。
3、在基坑开挖过程中，土体参数会随开挖过程而不断变化的，通过实验及经验确定的土体参数及支护结构力学参数，具有较大的随意性，依据初始取值来预测墙体侧向位移是不准确的。根据现场监测信息资料，可以较准确地反演各开挖深度段与实际相符的土体参数及支护结构力学参数，通过上一阶段开挖深度的优化反演参数值对下一开挖深度做出较准确的变形预报。
六、结束语
变形监测至关重要，因此，在基坑开挖工程的后续发展中，要不断提高对变形监测及数值仿真的分析，促进基坑开挖工程的发展。
参考文献：
[1]高俊合，赵维炳，李兴文.深开挖有限元分析中释放荷载模拟[J].河海大学学报，1999.1，27（1）
[2]孙凯，许振岗，刘庭金，等1深基坑的施工监测及其数值模拟分析1岩石力学与工程学报12004，23（2）：293-298
[3]李志高，刘国彬，曾远，等.基坑开挖引起下方隧道的变形控制[J].地下空间与工程学报，2006，2（3）：430-432.
[4]武朝军，陈锦剑，叶冠林，等.苏州地铁车站基坑变形特性分析[J].岩土工程学报，2010，32（增1）：458-462.
【关键词】 基坑开挖；变形监测；分析
一、前言
近年来，随着基坑开挖工程的不断壮大，变形监测问题引起了人们的重视。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进。在新时期下，加强基坑开挖变形监测及数值仿真的分析，对基坑开挖工程的发展有着重要意义。
二、基坑开挖变形监测的必要性
基坑工程往往都在市中心进行，施工场地四周的建（构）筑物和地下管线密布，基坑开挖引起的土体变形将对这些建（构）筑物和地下管线产生影响。当基坑周围土体变形过大时，会对周边邻近的结构和设施产生破坏，基坑周边的建筑物又相当于较重的荷载，引起基坑周边管线的变形、渗漏，这些因素都将导致土体变形的加剧。因此，在深基坑施工过程中，要求对基坑的支护结构、基坑周围的土体和邻近建筑物进行综合、系统的监测，全面了解工程施工情况，确保工程的顺利的进行。
三、基坑开挖监测
1、监测目的
（1）将监测数据与预测值相比较以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做好信息化施工。
（2）将现场监测结果反馈优化设计，使支护结构设计达到确保安全、经济合理、施工快捷的目的。
（3）将现场监测的结果与理论预测值相比较，用反分析法导出更接近实际的理论公式，用以指导工程施工。
2、监测内容：（1）围护桩顶竖向位移监测；（2）围护桩顶水平位移监测；（3）锚索应力监测；（4）地下水位监测；（5）周边地表沉降监测；（6）周边道路沉降监测；（7）周边建筑物沉降监测；（8）土体深层位移（测斜）。
四、实例分析
1、工程概况
东湖站位于海印电器城对面的东湖公园内紧靠东湖路，车站采用明、暗挖结合施工方案，车站主体明挖段为地下四层岛式车站，明挖段结构形式为单柱双跨混凝土框架结构，车站暗挖段采用双洞中隔墙联拱暗挖形式。车站总长为83.3m，明挖段长为57.9m，暗挖段长为25.4m，车站标准段宽度为19.0m，最宽处为25.7m；明挖段标准段车站高度为26.16m，车站埋深最深处为地面以下29.46m，车站中心里程处顶板埋深3.3m。
2、车站基坑变形监测的主要内容
（1）地面沉降监测
由于基坑的开挖，使得基坑外侧土体由于应力场的改变而产生沉降，影响显著区域一般在2倍基坑开挖深度范围内。在车站基坑外，坑周地表沉降在基坑四周各边设置一组测点，共设10个监测断面，横断面测点布设在距离围护结构30m的范围内，测点距离围护结构水平距离2m。
（2）连续墙体侧向變形规律
在基坑开挖施工过程中，随着基坑内部土体被大量移走，连续墙体在外侧土压力的作用下，必然要向内侧移动。为此，在基坑开挖过程中必须对连续墙体沿纵深方向的水平位移进行监控量测，并及时反馈，以采取针对性措施，确保基坑、周围建（构）筑物以及地下管线等的安全。东湖站共布置5个监测断面，每个监测主断面在基坑两侧各设1根测斜管。东湖站测斜管共10根。
（3）支撑轴力监测
支撑轴力监测传感器采用国产振弦式应力计，在钢筋混凝土支撑中，共布置3个监测点，采用埋入式应变计；在每道钢支撑中共布置3个监测点，5道钢支撑共15个测点，应力计焊接在钢支撑活络头上。
（4）支撑立柱沉降监测
立柱沉降测点直接布置在立柱顶部，在测点处埋入顶部为光滑的凸球面的钢制测钉，测钉和立柱间不容许有松动。立柱沉降和隆起监测点沿东湖站的监测主断面上埋设，监测断面总共3个，每断面在立柱上布置1个测点，测点总计3个。
（5）地下水位监测
在车站围护结构一圈距围护结构2m左右处设地下水位监测点，该车站共设9个水位监测孔。测点采用地质钻机钻孔，孔深应根据要求而定。
（6）土体侧向位移监测
在土压力监测点顶面设置土体侧向位移观测点，监测点测点采用顶端划“十”字的钢筋埋入土压力监测点孔中。本竖井共布置10个监测点。
3、监测结果分析
（1）地表沉降规律
①开挖深度到达16m时地表沉降显著，开挖深度达到25m时最靠近基坑的D7点沉降剧烈，其他三点沉降缓慢；
②开挖深度达到27m后形成沉降槽。
图1为地表测点示意图。图2为地表沉降时态曲线。图3为最大沉降时的沉降量分布曲线（沉降槽）。
（2）连续墙体侧向变形规律
东湖站连续墙体侧向变形最大的C02#测斜孔测得的变形曲线规律见图4。测点布置图见图5。
①开挖深度16m时连续墙侧向变形较小，最大处不超过20mm；
②开挖深度达到25m时连续墙侧向变形急剧增加，最大处超过30mm，开挖深度到27m时侧向变形达到最大值35mm，其后开挖深度再增加到底30m，侧向变形不再增加，甚至减小；
③由于测斜管口保护不好，有杂物掉入，致使测斜探头放不到孔底，所以2007年9月30日以后的数据只能测到28m深（本应30m深）。
④2008年2月13日监测，工况为基坑开挖到底，深度30m，连续墙侧向变形最大值为33.88mm，相应深度为17m。
（3）建（构）筑物沉降
图6为海印桥测点布置及其与东湖车站基坑相对位置示意图。图7为海印桥沉降时态曲线。图8为东湖路钢便桥中森会测点布置示意图。
①当基坑开挖到底，主体施工，车站暗挖到28m时（2008年1月3日），靠近车站基坑的H8、H10、H12和H2测点沉降加速，从-10mm增加到-25mm左右；而桥梁另外一侧的相对测点H9、H11、H13测点却从-10mm上升到-5mm～0mm，H1测点则从-5mm沉降到-10mm。 （4）支撑轴力监测
支撑轴力测点布置示意图见图8，车站基坑混凝土支撑轴力变化曲线见图9，车站基坑钢支撑轴力变化曲线见图10。
①车站基坑混凝土支撑轴力在基坑开挖期间有增大的趋势，开挖到底达到最大值，主体施工、车站暗挖期间支撑轴力减小，并趋于平缓。
②车站基坑钢支撑轴力在2007年11月底之前的開挖期间有增大的趋势，12月开挖到底，主体施工期间钢支撑有明显的卸载过程，其后支撑轴力恢复且趋于平缓。
（5）水位监测
①由图11、图12得出，车站基坑和施工竖井在开挖期间，其周围的水位变化比较剧烈，开挖完毕在主体施工和暗挖隧道掘进期间水位变化趋缓。
②机械风井周围的水位变化一直不大，基本平缓。
3、结论
（1）基坑开挖时，施工方必须严格遵循“边挖边撑”原则，合理安排施工周期，禁止超挖，保证支撑及时有效地架设，按规定时限施加支撑预应力，及时做好基坑排水，最大程度减少基坑无支撑暴露时间。
（2）挖土顺序和支撑问题.挖土方案对控制地下连续墙位移和环境沉降十分重要。
（3）在基坑土方开挖过程中应加强对各种预设监测设备的管理及保护.特别是基坑围护结构侧向变形监测孔的管口，应防止渣土等异物进入，造成监测数据失准.此次施工过程中已发生预设监测设备保护不利的情况，在以后施工中应避免类似情况发生。
五、注意事项
1、监测结果表明，基坑支护结构总体侧向变形不大，支护测斜、顶部沉降及应力监测数值也均在设计值或规范规定的最大变形允许值范围内，基坑支护结构自身是安全的。局部范围受支护桩漏水漏砂影响变形较大，监测发现后采取有效措施处理，变形趋于稳定。这说明在砂层深厚、地下水位较高水量丰富的地段采用密排钻孔桩加内支撑支护、搅拌桩结合旋喷桩止水是可行的，可供类似工程参考。
2、围护结构的水平位移分布具有明显的空间效应，基坑边角处围护结构的水平位移较小，随后逐步增大，至基坑中部达到最大值。由此说明基坑边角附近的空间作用较强，而中部较弱，最大位移变形量在可控制范围内，满足设计和使用要求。
3、在基坑开挖过程中，土体参数会随开挖过程而不断变化的，通过实验及经验确定的土体参数及支护结构力学参数，具有较大的随意性，依据初始取值来预测墙体侧向位移是不准确的。根据现场监测信息资料，可以较准确地反演各开挖深度段与实际相符的土体参数及支护结构力学参数，通过上一阶段开挖深度的优化反演参数值对下一开挖深度做出较准确的变形预报。
六、结束语
变形监测至关重要，因此，在基坑开挖工程的后续发展中，要不断提高对变形监测及数值仿真的分析，促进基坑开挖工程的发展。
参考文献：
[1]高俊合，赵维炳，李兴文.深开挖有限元分析中释放荷载模拟[J].河海大学学报，1999.1，27（1）
[2]孙凯，许振岗，刘庭金，等1深基坑的施工监测及其数值模拟分析1岩石力学与工程学报12004，23（2）：293-298
[3]李志高，刘国彬，曾远，等.基坑开挖引起下方隧道的变形控制[J].地下空间与工程学报，2006，2（3）：430-432.
[4]武朝军，陈锦剑，叶冠林，等.苏州地铁车站基坑变形特性分析[J].岩土工程学报，2010，32（增1）：458-462.