施工监测在邻近铁路深基坑风险管理中的应用

【摘要】本文以贵广南广铁路河东中心路涵洞基坑工程为例，对邻近铁路深基坑工程项目的风险源进行多方面分析并提出相关监测控制方法和指标，探讨施工监测在基坑工程风险管理中的应用。

【关键词】监测； 深基坑 ；风险；

1、引言

随着我国大规模基础设施的建设，产生了大量的在复杂环境下的深基坑工程，在开挖过程中，支护结构位移过大、周边环境出现较大的沉降，影响基坑和周边建（构）筑物的安全。只有对基坑支护结构和周围环境的风险源进行系统、全面地分析和监测，判断支护结构及周边环境安全状态，在出现异常情况时及时采取必要的工程应急措施，才能确保工程施工的顺利进行，有效的管理控制工程风险。

2、工程概况[1]

2.1基坑支护设计主要参数

2.2工程地质情况

2.3水文地质情况

2.4基坑施工流程

本基坑工程施工流程为：施工准备→定位测量→钻孔桩、水泥土搅拌桩、立柱钻孔桩及立柱施工→基坑周边放坡→坡肩排水沟、坡肩、坡面硬化→冠梁、第一道内支撑施工→开挖上部土方→腰梁、第二道内支撑施工→开挖下部土方→底板施工→待强度达到龄期强度后在底板与支护桩间素混凝土填充→拆除第二道内支撑。

3、本基坑工程风险源分析及监测方法

3.1风险源识别及分析

基坑工程的风险源即是导致基坑工程事故的种种因素。由于基坑施工中的部分土体在开挖或回填过程中，周边土坡、坑底存在循环卸载和加载的作用，使基坑及基坑周边的受力状况改变，并由于多种风险源作用支护体系等的受力状态（土压力、水压力、外加荷载、自然因素）超过其荷载承受范围，从而引起基坑工程本身以及对周围环境的破坏。为便于分析风险源的特点以及对风险源进行有效的监测和控制，把风险源分为基坑内风险源和外部环境风险源两大类：

（1） 基坑内部风险源主要是指因基坑本身的特点和地质条件的复杂性等导致的工程实施难度大、安全风险高的因素。主要包括：基坑所处位置的工程地质条件、水文条件、基坑开挖深度、基坑开挖方式、支护结构特点等因素。

（2） 外部环境风险源主要是指因基坑工程周边环境条件复杂，基坑施工可能导致其正常的使用功能或承载能力受到影响。主要包括：既有铁路、建（构）筑物、管线、道路等。根据自身风险源和外部环境风险源的特点分析风险源的风险等级和影响程度，评价风险源的可能导致的基坑安全风险和外部环境风险，从而制定相应的风险源监测和控制方法。

3.2本项目风险源监测方法

本基坑为邻近既有铁路的深基坑，在施工过程中为保证其安全性，必须对自身风险源和外部环境风险源项目进行监测，因为任何一个深基坑的安全事故都是由于变形和内力等风险源在施工过程中渐变累积超出一定范围造成的。总结施工监测的风险源及其控制要素，以对基坑施工可能出现的风险提前预警，为基坑施工提供指导，主要风险源监测内容与方法如表1所示。

3.3本项目监测方案布置及控制参数

3.4本项目主要监测成果分析

（1）位移变形

位移变形包括围护桩（边坡）顶的垂直和水平位移、桩身测斜、立柱沉降及水平位移、坑外地面沉降、建（构）筑物水平及竖向位移监测项目，在基坑土方开挖过程中，基坑侧壁围护结构会在主动土压力的作用下向着基坑缓缓移动，基坑围护桩（边坡）的变形危害与内支撑的刚度及内支撑的施作时机密切相关。基坑工程的主要受力构件为围护桩，当持续变形过大时很容易造成桩身脆断，基坑外侧土体发生破坏，会造成极大安全事故。因此，当基坑自身日位移量达到预警时需提高警惕，若连续变形达到控制限值时必须采取应急措施，避免造成严重后果。

本项目由于在设计阶段考虑邻近既有铁路施工，同时考虑了南侧铁路运输的荷载以及北侧唯一施工便道的荷载，在施工图设计阶段对围护结构进行了加强，并在施工阶段严禁土方的快速开挖卸载（每层土方开挖深度小于1.5米，并将基坑核心10×10m区域作为稳定区），在施工过程中并未出现位移监测项目的变形速率和累计变形达到预警值的情况。以下为选取的代表监测点监测数据曲线图。

（2）基坑内支撑轴力监测

基坑内支撑轴力监测主要通过预埋在内支撑中的应力（变）片完成，主要目的是施工阶段的工况变化对内支撑造成的影响。当土方开挖或者回填不对称，或地下结构施工破坏内支撑时，其轴力会发生相应变化。当内支撑轴力达到预警值时，需提高警惕，当轴力达到控制限值时，必须立即停止施工并采取现场临时加强支护措施，上报建设单位、监测单位和设计单位，由建设单位立即组织参建单位进行会商，提出内支撑补强措施和支护参数的调整。 本项目在施工过程中严格按照施工规范和方案要求及时施作内支撑结构，其轴力监测变化相对比较平稳，未出现轴力监测值达到预警值的情况。第一道混凝土支撑的轴力监测曲线如图7所示。

（3）地下水位监测

地下水位监测项目对防止基坑开挖过程中的渗流破坏有积极作用。观测的重点是比较开挖面标高和降水位标高，以及天气变化造成地下水位的变化。根据勘察资料显示该基坑地层无承压水，基坑开挖面标高要始终高于降水位标高至少0.5m以上，否则可能会导致开挖面的土体软化、围护结构桩间土体和开挖面土体形成管涌和流砂等渗流破坏，对基坑的安全构成严重威胁。当发现降水位标高变化异常时时需立即停止开挖，及时对基坑的降水方案进行调整。

本项目基坑外部施作止水帷幕，坑内采用集水井排水方案，施工过程中不间断排水，防止水体浸泡基坑底。以下为本项目地下水位监测变化曲线图，施工过程中排水及时，未出现地下水位变化达到预警值的情况，地下水位监测数据如图8所示。

（4）邻近广茂铁路路基及轨道变形监测

由于本项目在办理邻近营业线施工手续和许可证审批阶段，为确保营业线的安全另行将广茂铁路路基及轨道变形监测委托工务设备管理单位进行监测工作，并建立了良好的沟通协调机制，施工过程中在工务设备管理单位的大力支持和配合下，顺利完成了本基坑的施工作业，本文无相关数据采集。

结 论

本文以邻近铁路明挖深基坑为背景，对该项目的风险源进行多方面的分析，并提出相关监测控制方法，结合本项目的现场监测数据，对确保工程建设过程中采取的有利措施进行了介绍和分析，取得了有效的风险控制目的，主要结论如下：

（1）邻近既有铁路的深基坑工程必须加强施工图勘察工作，施工图设计阶段需根据现场情况充分考虑运营线路的列车荷载及其他可变荷载，适当加强支护结构设计参数。

（2）在基坑施工过程中，结合施工监测反馈信息采取合理的土方开挖方案，选取的支撑施作时机，对基坑的风险控制具有重要意义。

（3）在周围环境复杂的深基坑施工中，应该对周边风险源进行分析，判断影响基坑及周边环境安全的重大风险源。并针对各类风险源制定合适的监测控制方法，严格按照各项指标的预警值、控制值指导施工，确保邻近铁路周边环境及基坑自身的安全。