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城市軌道交通基坑工程監(jiān)測預警標準研究

文檔作者：吳鋒波1’2，金淮1，謝謨文2，劉永勤1 文檔來源： 1．北京城建勘測設(shè)計研究院有限責任公司 2．北京科技大學土木與環(huán)境工程		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月10日
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上一篇：城市軌道交通建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境安全問題

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2013年lO月下第42卷第20期施 工技 術(shù)CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 103DOI：lO．7672／s舀s2013200103城市軌道交通基坑工程監(jiān)測預警標準研究木吳鋒波1’2，金 淮1，謝謨文2，劉永勤1(1．北京城建勘測設(shè)計研究院有限責任公司，北京 100101；2．北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京100083)[摘要]在總結(jié)城市軌道交通基坑工程監(jiān)測預警現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程監(jiān)測特點，將監(jiān)測預警分為儀器監(jiān)測預警、現(xiàn)場巡查預警和監(jiān)測綜合預警3大類，每類預警分為藍色、黃色、橙色和紅色4個警級?？偨Y(jié)了各地基坑工程監(jiān)測預警問題，結(jié)合相關(guān)研究成果、技術(shù)規(guī)范要求以及我國北京、上海、廣州等14個城市、25條線路、87個工點的第三方監(jiān)測資料分析，確定了不同監(jiān)測項目控制值的建議值，給出了現(xiàn)場巡查紅色預警標準。根據(jù)監(jiān)測點超過控制值的情況，定義了監(jiān)測項目警情易發(fā)系數(shù)和警情危險系數(shù)，并給出了監(jiān)測綜合預警模型。[關(guān)鍵詞]地下工程；城市軌道交通；基坑；監(jiān)測；預警[中圖分類號]Tu47 [文獻標識碼]A [文章編號]1002—8498(2013)20_0103旬5MOnitoring Measurement Early Warning Standard of Urban RailTransit Foundation ExcaVation EngineeringWu Fengb01一，Jin Huail，Xie Mowen2，Liu Yongqinl(1．Be咖ng￡，r如n Co瑚打MctiDn腳Zom￡ion&amp;amp;Su刪e，，i，增Des培n ReseⅡrc^脅s砒“把Co．，￡紀．，Be擾ng 10叭01，C^ino；2． c而訂口nd E，l"i九，nment口z Engineering，ns￡以M把，u凡i穢ersif)，o，_scieⅡceⅡnd丁0c^nozogy Be彬ng，Be玎i，增 100083，c^inn)Abstract： Based on the present research situation and the fbundation excavation engineeringcharacteristic，the early warning is classified to instrument monitoring warning，inspection warning andcomprehensiVe warning． The early waming is graded to blue，yellow，orange and red． The fbundationexcaVation monitoring measurement early warning problems are summary，and the research results，technical requirements and 14city，25 lines，87 sites third party monitoring measurement data of Beijing，Shanghai，Guangzhou etc． are analyzed． The recommended number of monitoring item contr01led value isgiven，and inspection warning red standard is listedthe controUed Value，the monitoring item alarmcomprehensiVe warning model is given．According to the ratio of monitoring point more thanprone and danger coefficient is defined and theKey words：underground；urban rail transit；foundation excavation；monitoring；early warning1研究現(xiàn)狀和存在問題關(guān)于基坑工程監(jiān)測預警標準，國內(nèi)外學者已經(jīng)取得了一些研究成果¨…。近些年，國內(nèi)安全風險管理研究不斷開展，基坑工程監(jiān)測預警標準方面也進行了深入研究”4。。國內(nèi)相關(guān)技術(shù)規(guī)范、工程標準對基坑工程監(jiān)測預警標準有一些規(guī)定。《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497—2009以深度7，10m為界限，將基坑分為一～三級，根據(jù)絕對值、相對基坑深度值和變化速率進行報警，其中灌注樁、}住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技計劃項目(2011-K5—21)；北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助個人項目(2012zG．40)[作者簡介]吳鋒波，北京城建集團有限責任公司、北京科技大學博士后，E·mail：wufengb0820424@163．com[收稿日期]2012．12_09；[修訂日期]2013-0l-15地下連續(xù)墻頂部最大水平位移報警值分別為25～30mm，40～50mm，60～70mm，豎向位移報警值分別為10～20mm，25～30mm，35～40mm。深層水平位移報警值，灌注樁分別為45～50mm，70～75mm，70～80mm；地下連續(xù)墻分別為40～50mm，70～75mm，80～90mm；周邊地表豎向位移分別為25～35mm，50～60mm，60～80mm。北京市地方標準《地鐵工程監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》DBll／490—2007以10，15m為界限，結(jié)合環(huán)境情況劃分基坑安全等級為三級，規(guī)定圍護樁(墻)頂部沉降控制值為10mm，變化速率1mm／d；圍護樁(墻)水平位移控制值為(o．15％～0．3％)H(日為基坑深度)或30～50mm，變化速率2～3mm／d；地表沉降控制值為(0．15％～0．3％)日或30～50mm，變?nèi)f方數(shù)據(jù)施工技術(shù) 第42卷化速率2mm／d。上海市地方標準《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程》DG／TJ08—2001—2006以7，10m為界限，結(jié)合環(huán)境情況劃分基坑安全等級為三級，規(guī)定圍護墻頂變形控制值為25～60mm，圍護墻側(cè)向最大位移為45～80mm，地面最大沉降量為25～60mm，變化速率均為2～5mm／d。天津市工程標準《天津地鐵二期工程施工監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》規(guī)定圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向位移控制值(0．14％～0．3％)日，地表沉降控制值為(0．1％～0．2％)日。2008年《北京市軌道交通工程建設(shè)安全風險技術(shù)管理體系》(試行)中監(jiān)測控制指標研究系統(tǒng)總結(jié)分析了相關(guān)技術(shù)規(guī)范、工程標準和實測結(jié)果，給出了一些參考數(shù)值。目前，城市軌道交通基坑工程實測結(jié)果缺乏系統(tǒng)的研究、總結(jié)，工程實際多以建筑基坑的控制指標或少量工程實例總結(jié)為依據(jù)，制定相應的預警標準。城市軌道交通基坑工程具有平面尺寸大、開挖深、環(huán)境復雜、地質(zhì)條件差、支護形式眾多等特點，目前尚無適用于行業(yè)特點的統(tǒng)一的預警標準。因此，研究科學、合理的基坑工程監(jiān)測預警標準成為當前安全風險監(jiān)控亟待解決的重要問題。2預警類型和等級劃分城市軌道交通工程監(jiān)測主要包括儀器監(jiān)測和現(xiàn)場巡查2部分內(nèi)容，綜合已有研究成果，根據(jù)城市軌道交通工程監(jiān)測特點，監(jiān)測預警可分為儀器監(jiān)測預警(監(jiān)測數(shù)據(jù)預警)、現(xiàn)場巡查預警和監(jiān)測綜合預警3類。根據(jù)《中華人民共和國突發(fā)事件應對法》的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合城市軌道交通工程安全風險管理要求和相關(guān)經(jīng)驗總結(jié)，可將工程監(jiān)測預警分為4級，分別用藍色、黃色、橙色和紅色表示，紅色為最高警級。3預警標準3．1儀器監(jiān)測預警標準儀器監(jiān)測預警可根據(jù)實測數(shù)據(jù)與控制值(包括累計變化值和變化速率)的比較劃分不同的等級。目前預警值的規(guī)定不統(tǒng)一，北京以控制值的70％，85％為預警分級標準，廣州、深圳取控制值的80％，天津取控制值的80％～90％。根據(jù)預警分級情況，建議儀器監(jiān)測預警標準如下。1)藍色儀器監(jiān)測預警 雙控指標(累計變化值、變化速率)之一超過控制值的70％。2)黃色儀器監(jiān)測預警 雙控指標均超過控制值的70％，或雙控指標之一超過控制值的85％。3)橙色儀器監(jiān)測預警 雙控指標均超過控制值的85％，或雙控指標之一超過控制值。4)紅色儀器監(jiān)測預警 雙控指標均超過控制值，或變化速率出現(xiàn)急劇增長。對基坑工程臨近既有地鐵車站、文物古跡等重大風險工程的儀器監(jiān)測控制值多針對不同工況條件制定，儀器監(jiān)測預警標準也應對應分解到不同的施工階段中。儀器監(jiān)測預警標準與監(jiān)測控制值密切相關(guān)，由于監(jiān)測控制值受施工工法、地質(zhì)條件復雜程度、周邊環(huán)境特點及保護要求等多方面因素影響，很難給出科學、合理的數(shù)值，容易造成控制要求嚴格、監(jiān)測點各類警情大量出現(xiàn)的現(xiàn)象，為工程安全風險管理帶來了許多問題。目前，工程監(jiān)測多以第三方監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)進行相關(guān)的預警工作?；庸こ痰牡谌奖O(jiān)測項目主要包括周邊環(huán)境變形、地表沉降、樁墻頂豎向位移、水平位移和樁墻體水平位移等。這些監(jiān)測項目控制值的合理確定可以很好地保證儀器監(jiān)測預警工作的開展。為合理確定監(jiān)測項目的控制值，現(xiàn)廣泛收集了北京、上海、廣州等14個城市、25條線路、87個工點的變形監(jiān)測資料，通過實測資料的統(tǒng)計分析，可以為監(jiān)測控制值的確定提供很好的依據(jù)和建議。這些監(jiān)測結(jié)果均為第三方監(jiān)測資料，具有很好的真實性和代表性。地質(zhì)條件是影響基坑工程變形的重要因素，參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB5001l一2010的工程場地土類型劃分標準，將所收集各地工點的地層條件分為堅硬～中硬土和中軟～軟弱土兩大類，分別進行統(tǒng)計和分析。其中，堅硬～中硬土是指稍密～密實的碎石土，密實、中密的礫、粗中砂，正。(地基承載力特征值)>150kPa的黏性土和粉土、堅硬黃土等，800m／s≥y。(巖土剪切波速)>250m／s；中軟～軟弱土是指稍密的礫、粗中砂，松散的砂，六?！?50kPa或新近沉積的黏性土和粉土、填土、可塑新黃土、流塑黃土、淤泥和淤泥質(zhì)土，y?！?50m／s。1)樁墻頂豎向位移29個基坑的樁墻頂豎向位移實測結(jié)果如圖1所示，圖中統(tǒng)計了每個工點監(jiān)測點變形的最大值、最小值、平均值和設(shè)計控制值。這些工點大部分位于中軟～軟弱土地區(qū)，監(jiān)測設(shè)計給出了沉降和隆起兩個方向的控制值。實測結(jié)果表明樁墻頂沉降多在一30mm以內(nèi)，隆起多在30mm以內(nèi)。樁墻頂豎向位移最大變化速率多在一2～2mm／d。2)樁墻頂水平位移中軟～軟弱土地區(qū)24個基坑的樁墻頂水平位萬方數(shù)據(jù)吳鋒波等：城市軌道交通基坑工程監(jiān)測預警標準研究 105圖l樁增頂豎向位移Fig．1 Vertical displacement Of piIe&amp;amp;diaphragm waIl top移實測結(jié)果如圖2a所示，這些基坑的樁墻頂水平位移變形較小，多在設(shè)計控制值(30—40mm)以內(nèi)。部分工點出現(xiàn)了向基坑外的樁墻頂水平位移，有3個工點給出了相應的控制值。堅硬～中硬土地區(qū)49個工點基坑的樁墻頂水平位移實測結(jié)果如圖2b所示，樁墻頂向基坑內(nèi)的水平位移多在設(shè)計控制值30mm以內(nèi)，向基坑外的水平位移多在20mm以內(nèi)。6 8 10】2 14 16 1 8 20 2224 26 28 30基坑深度，ma中軟一軟弱土地區(qū)基坑深度／n1b堅硬～中硬土地區(qū)圖2樁墻頂水平位移Fig．2 Horizontal dispIacement of piIe&amp;amp;diaphragm waU top根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果建議基坑工程樁墻頂應給出向基坑內(nèi)外兩個方向的水平位移監(jiān)測控制值。實測結(jié)果表明，各地樁墻頂水平位移的最大變化速率一般在一2～2mm／d?；庸こ虡秹斬Q向位移和水平位移實測變形相對較小，不同基坑深度之間樁墻頂變形沒有明顯的差別，這與各地根據(jù)工程實際采用合適的圍(支)護結(jié)構(gòu)形式有很大的關(guān)系，例如上海等中軟～軟弱土地區(qū)首道支撐多采用混凝土支撐，北京等堅硬～中硬土地區(qū)首道支撐多采用鋼支撐等，對圍護樁墻頂部變形有很好的控制。3)樁墻體水平位移中軟～軟弱土地區(qū)29個基坑的樁墻體水平位移實測結(jié)果如圖3a所示，這些基坑的樁墻體水平位移變形較大，多超過了設(shè)計控制值(30～40mm)。向基坑外位移的測點數(shù)量很少，且數(shù)值多在10mm以內(nèi)。實測最大變化速率多在5mm／d以內(nèi)。堅硬一中硬土地區(qū)47個基坑的樁墻體水平位移實測結(jié)果如圖3b所示，大部分基坑變形在設(shè)計控制值(30～40mm)以內(nèi)，部分工點有監(jiān)測點超過控制值。堅硬一中硬土地區(qū)樁墻體水平位移的最大變化速率多在2—3mm／d。基坑深度／ma中軟～軟弱土地區(qū)基坑深度／mb堅硬～中硬土地區(qū)圖3樁墻體水平位移Fig．3 HorizontaI displac咖ent of pne&amp;amp;diaphragm waU堅硬～中硬土地區(qū)基坑圍護結(jié)構(gòu)多采用灌注樁，在支撐作用下基坑側(cè)壁土體可通過樁間裂縫擠出，致使樁體出現(xiàn)向基坑外側(cè)的變形；而中軟～軟弱土地區(qū)基坑圍護結(jié)構(gòu)多采用地下連續(xù)墻，在支撐作用下基坑側(cè)壁土體難以出現(xiàn)擠出的現(xiàn)象，因此其墻體變形主要為向基坑內(nèi)的水平位移。4)地表沉降中軟一軟弱土地區(qū)31個基坑的地表沉降實測結(jié)果如圖4a所示，受地質(zhì)條件影響，這些基坑的地表沉降大部分超過了30mm的設(shè)計控制值，部分工點實測值較大，最大沉降量達到224．2mm。開挖深∞如m∞加∞如mm踟加鯽∞∞如如mom加如∞如∞如∞如如m0m如如∞如萬方數(shù)據(jù)施工技術(shù) 第42卷度14．0～22．0m的基坑周邊地表有一定上浮，但上浮量較小。基坑深度／ma中軟～軟弱土地區(qū)基坑深度，lnh堅硬～中硬土地區(qū)圖4周邊地表沉降Fig．4 SurrOⅡnding ground se砌ement堅硬～中硬土地區(qū)36個基坑的地表沉降實測結(jié)果如圖4b所示，除4個基坑的地表沉降較大外(最大值94．5mm)，大部分基坑的地表沉降在30mm的設(shè)計控制值以內(nèi)。開挖深度14．0～22．0m的基坑周邊地表上浮量較大，最大達到19．8mm。整體實測結(jié)果表明，地表沉降的最大變化速率多在2—3mm／d。根據(jù)城市軌道交通基坑工程的特點，按照破壞后果、深度、環(huán)境條件等劃分基坑工程風險等級：①一級 圍(支)護結(jié)構(gòu)過大變形或破壞、巖土體失穩(wěn)等后果很嚴重；基坑設(shè)計深度日≥20m；工程臨近城市軌道交通既有線、重要建筑、橋梁等。②二級圍(支)護結(jié)構(gòu)過大變形或破壞、巖土體失穩(wěn)等后果嚴重；基坑設(shè)計深度10m≤日<20m；工程臨近一般建筑、橋梁、重要管線、道路等。③圍(支)護結(jié)構(gòu)過大變形或破壞、巖土體失穩(wěn)等后果不嚴重；基坑設(shè)計深度日<10m；工程l臨近一般管線、道路、綠地等。綜合相關(guān)研究、技術(shù)規(guī)范和實測結(jié)果分析，不同基坑風險等級的監(jiān)測控制指標建議如表1所示。3．2現(xiàn)場巡查預警標準現(xiàn)場巡查應能夠掌握工程建設(shè)整體性狀的變化，全面監(jiān)測工程自身和周邊環(huán)境的安全狀態(tài)，是工程安全監(jiān)測及預警的重要手段?，F(xiàn)場巡查也可以分為藍色、黃色、橙色和紅色4個警級，由于現(xiàn)場巡查工作是由監(jiān)測對象外部現(xiàn)象推及內(nèi)部安全狀表1基坑工程監(jiān)測控制指標Table 1 The monitOring contr0IIed Value 0ffbundation excavation engineering監(jiān)測項目 巖土類型累計值／mm 變化速率／一級 二級 三級(mm．d一1)樁墻頂豎向位移 一 10—25 20一30 20～30 3～4樁墻頂水平位移 一 15—25 20一30 20～40 3～4樁墻體水平位移中軟一軟弱土30—50 40一60 50～70 3～6堅硬一中硬土20—30 30一40 30～40 3～5地表沉降 中軟一軟弱土20一40 30一50 40一60 3—6堅硬一中硬土20一30 25—35 30一40 2—4態(tài)的變化，需要豐富的工程經(jīng)驗積累才能正確判斷工程自身結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全與否。各個預警等級標準的確定需進行系統(tǒng)研究，可由各地根據(jù)工程經(jīng)驗進行確定。對于一般技術(shù)人員來說，現(xiàn)場巡查應與儀器監(jiān)測工作密切配合，主要注重較為嚴重的異?，F(xiàn)象(危險警兆)的發(fā)生、發(fā)展，及時發(fā)現(xiàn)、上報紅色巡查預警。工程出現(xiàn)下列危險警兆時應進行紅色巡查預警：①基坑、隧道支護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大變形、較大裂縫、斷裂、較嚴重滲漏水、隧道底鼓，支撐出現(xiàn)明顯變位或脫落、錨桿(索)出現(xiàn)松弛或拔出等；②基坑、隧道周圍巖土體出現(xiàn)涌砂、涌土、管涌，較嚴重滲漏水、突水，滑移、坍塌，基底較大隆起等；③周邊地表出現(xiàn)突然明顯沉降或較嚴重的突發(fā)裂縫、坍塌；④建(構(gòu))筑物、橋梁等周邊環(huán)境出現(xiàn)危害正常使用功能、結(jié)構(gòu)安全的過大沉降、傾斜、裂縫等；⑤周邊地下管線變形突然明顯增長或出現(xiàn)裂縫、泄漏等；⑥根據(jù)當?shù)毓こ探?jīng)驗判斷，出現(xiàn)其他必須進行警情報送的情況。3．3監(jiān)測綜合預警標準工程監(jiān)測綜合預警是指通過儀器監(jiān)測預警和現(xiàn)場巡查預警結(jié)果的綜合分析，對不同監(jiān)測對象以及整個工程項目的安全狀態(tài)進行判定，以確定工程整體的預警等級。綜合預警等級對應也可分為藍色、黃色、橙色和紅色4個警級。所收集實測資料中部分工點的監(jiān)測項目有超過控制值的情況，超值監(jiān)測點與該監(jiān)測項目監(jiān)測點總數(shù)的比值分布情況如圖5所示。由圖5a可知，中軟一軟弱土地區(qū)16m深度以上基坑樁墻體水平位移、地表沉降監(jiān)測點超過控制值的情況較多，部分基坑樁墻體水平位移全部監(jiān)測點均超過控制值。由圖5b可知，堅硬～中硬土地區(qū)樁墻體水平位移超過控制值的監(jiān)測點數(shù)量多在60％以內(nèi)。根據(jù)不同監(jiān)測項目的監(jiān)測點超過控制值的情況，定義監(jiān)測項目警情易發(fā)系數(shù)矽．和警情危險系數(shù)職：玻緇0m靼川般削職w∞礬W萬方數(shù)據(jù)吳鋒波等：城市軌道交通基坑工程監(jiān)測預警標準研究 107鋈1鬈t《基籟《囂趔疆鋈籟蘧《霹雜《察靼輟基坑深度／ma中軟～軟弱土地區(qū)14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34基坑深度，mb堅硬～中硬土地區(qū)圖5超過控制值監(jiān)測點的比例Fig．5 oVer cOntroUed value monitOring point ratio∑ri·日i ／．’i —i形，=旦÷一 (1)y日i 簀‘1形z 2畝 (2)式中：r。為超過控制值監(jiān)測點數(shù)量與該監(jiān)測項目監(jiān)測點總數(shù)的比值；日；為某一基坑的開挖深度(m)；i為基坑數(shù)量，江1一凡。根據(jù)實測結(jié)果統(tǒng)計分析，計算不同監(jiān)測項目的警情危險系數(shù)耽，并對其進行歸一化處理，得出工程監(jiān)測綜合預警模型。1)中軟～軟弱土地區(qū)形：=a1·a2·理3(0．14肘1+0．10肘2+0．35肘，+0．41肘。) (3)式中：緲：為監(jiān)測綜合預警值；a。，a：，a，分別為工程自身風險等級、周邊環(huán)境監(jiān)測預警結(jié)果、現(xiàn)場巡查預警結(jié)果修正系數(shù)；肘，，肘：，鳩，肘。分別為地表沉降、樁墻體水平位移、樁墻頂水平位移和樁墻頂豎向位移實測結(jié)果的危險性綜合評價值，取值為0～1．0，危險性越大取值越大。2)堅硬～中硬土地區(qū)形。2 al·d2·a3·a4(0．58肘I+0．24肘2+0．18肘3) (4)式中：a。為樁墻頂豎向位移預警結(jié)果修正系數(shù)，其他同上。a。，a：，a，，口。的數(shù)值由工程實際綜合判斷選取，取值均為0．8一1．0，風險越大取值越大。監(jiān)測綜合預警等級需綜合各類影響因素進行判定，工程實際應建立一套系統(tǒng)的專家隊伍進行相關(guān)分析工作，有效調(diào)配現(xiàn)有專家資源，以提高預警等級確定的科學性，合理評判工程的安全狀態(tài)，給予工程整體適宜的關(guān)注度。4結(jié)論和建議1)根據(jù)城市軌道交通基坑工程監(jiān)測特點和預警管理要求，可將監(jiān)測預警分為儀器監(jiān)測預警、現(xiàn)場巡查預警和監(jiān)測綜合預警3大類，每類預警又可分為藍色、黃色、橙色和紅色4個警級，紅色為最高警級。2)通過我國87個城市軌道交通基坑工程的實測資料分析，結(jié)合相關(guān)研究成果和技術(shù)規(guī)范要求，給出了不同監(jiān)測項目控制值的建議數(shù)值。3)現(xiàn)場巡查預警標準需由各地根據(jù)工程經(jīng)驗進行綜合確定，給出了需進行紅色巡查預警的情況。4)工程監(jiān)測綜合預警是對儀器監(jiān)測預警和現(xiàn)場巡查預警的系統(tǒng)分析，對工程整體安全狀態(tài)的綜合判斷。根據(jù)監(jiān)測點數(shù)值超過監(jiān)測控制值的情況，定義了監(jiān)測項目警情易發(fā)系數(shù)和警情危險系數(shù)，并給出了中軟～軟弱土地區(qū)和堅硬一中硬土地區(qū)的監(jiān)測綜合預警模型。5)工程監(jiān)測綜合預警等級判定需全面考慮各類因素的影響，工程實際注重預警專家隊伍的建設(shè)和預警模型的深入研究，以更為有效、合理地評判工程的安全狀態(tài)。參考文獻：[1]Long M． Database for他taining wall and gmund movements dueto deep excavations [J]． Joumal of Geotechnieal andGeoenVimnmental Engineering， ASCE， 200l， 127 (33)：203．224．[2] MoomaⅡn 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