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摘要：地铁系统在缓解城市交通拥挤问题方面起着关键作用。由于地铁施工过程中固有的复杂性和不确定性，增加了施工的难度，也危及到了城市的公共安全。地铁建设过程中深基坑挖掘以及邻近建筑的稳定性也就备受人们的关注。保证施工安全性的直观方法就是制定一个在高级传感器和信号处理技术辅助下的实时监控策略。本文设计完成了对地铁深基坑挖掘过程的长期监控和安全性评估系统。开发了一个基于动态建筑反向分析概念下的分析处理监控数据的软件平台。该平台包括数据库系统、动态建设反馈系统和变形预测系统，可以呈现各种类型的深基坑挖掘过程中的现场监控结果。
关键词：地铁施工；安全性评估；变形预测
1 引言
生命周期结构安全监控在传感网络技术、数据传输、信号处理等技术的综合应用下取得飞速发展，但是对于地下建设来说，施工期间的监控系统在实践中暂未得到有效应用。由于地质状况的复杂性、苛刻的建设条件以及不成熟的计算方法，地铁系统的建设经常受到大量不确定因素的影响。为确保周边建筑结构的安全性，对地铁深基坑挖掘过程进行监控必不可少。
2 地铁施工概况
研究中的地铁站是一个岛式站台，主要建筑是通过露天挖掘顺序操作方法完成的。如图1，基坑总长443.9m，宽44.5m，地铁站共有8个通道和一个火灾疏散口，进出口通道是单层盒状结构，每一边都是盾构通道。邻近建筑与地铁站之间的最小距离比基坑的深度大。基坑区内没有市政管道。
该站的土层构成从顶部到底部主要是由粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土和粉砂构成。地下水存在于较上层填充、淤泥和沙土中。在浅水区，地下水位的变化是从0.5m~3.4m。深承压含水层主要分布在中砾石的基部。基坑主要支撑系统是一道800mm厚的隔水墙。从顶部到底部由四排钢管组成，每管直径600mm，厚度为16mm。钢管之间垂直距离为3m。
基坑检测平面，采用加速型传感器监控隔水墙及周围地表土壤的水平位移。墙顶及周围土壤沉降的垂直位移检测采用液面传感器和经纬仪。基坑基底下位采用沉降仪进行测量。钢管的轴向力和隔水墙顶部的位移分别由轴向力传感器和感应线压力计读取所得。水平管安装在坑道周围用来测量地下水位。
3.2报警指数的设置
基坑监控中设置合理的报警指数至关重要[2]。报警值应根据实际现场情况分析确定。报警指数由累积变化量和累积变化率决定，累积变化量不应超过设定值。
3.3综合监控及评估系统
数据分析在地质结构监控中必不可少。由于地质工程的复杂性和特殊性，对监控结果进行评估和预测并非易事[3]。如何从庞大的数据中提取有用的信息尤为重要。为保证建设安全性，也为减少对周围环境的影响，在地铁站基坑挖掘过程中应用信息技术追踪监控整个建设过程[4]。为达到及时有效地分析监控数据的目的，设计了一个由数据库系统、动态建设反馈系统和形变预测系统组成的综合构架。
4监控结果与分析
4.1隔水墙水平位移分析
监控结果表明隔水墙的水平位移随着基坑深度的增加而增加。在基坑挖掘过程中，最大位移的位置都会下移[5]。根据斜度计显示，基坑周围隔水墙的最大位移的变化范围是24mm~82 mm。隔水墙南墙面明显向后发生了更大的形变。Clough提议的隔水墙水平位移的极限值为：
（1）
上式中最大是隔水墙的最大水平位移，是基坑深度。实际测量中的最大为85 mm。测得的最大位移接近极限值。
随着基坑挖掘深度的增加，不同深度下隔水墙都会有一个相应的最大水平位移值。斜度计监控结果表明，当基坑深度与隔水墙高度的比值小于0.5时，最大水平位移就会低于坑基表面；而如果等于0.5，最大水平位移通常会刚好在坑基表面[6]。
4.2钢管轴向力分析
钢管的轴向力由轴向力传感器测量所得。数据分析显示钢管的轴向力随着基坑深度的变化而变化。在基坑挖掘过程中，侧面支撑的钢管从第一排移到了更低的一排，第一排钢管的轴向力几乎降到了零，而其他的钢管仍然有支撑作用[7]。
4.3地表土沉降情况的分析
监控结果表明最大沉降发生在基坑以外4 m处。在基坑挖掘过程中，地表的沉降会逐渐增加。沉降的状况可以简化成抛物线。这一现象与Clough和Schmidt的发现一致。
5结语
通过设计完成一个由数据库系统、动态建设反馈系统和形变预测系统组成的地铁基坑挖掘过程的实时监控和安全性评估系统。监控结果表明，随着基坑深度的增加，隔水墙的形变和地表土的沉降也在增加。最大水平位移点下移到坑基表面以下。基坑挖掘的过程中，钢管的轴向力从第一排转移到了其他地方。监控结果表明，基坑是安全稳定的。
参考文献
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[7]李俊,张小平.某基坑位移、沉降和内力实测结果及预警值讨论 [J].岩土力学，2008,29(4):1045-1052.
论文作者:蒋雪萍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/16
标签：基坑论文; 位移论文; 钢管论文; 水平论文; 地铁论文; 系统论文; 深度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;