邻近地铁的深基坑智能化安全监测系统研究及应用

随着城市快速发展，高层建筑与地铁同步发展，且基坑越来越靠近地铁，基坑开挖是否会对地铁形成安全隐患，需对邻近地铁的深基坑进行安全监测。 基坑支护结构的变形监测在开挖过程中有重要的作用。

根据杭州某邻近地铁的深基坑开挖过程中的变形监测需求，设计智能化安全监测系统，实现了实时在线采集、数据实时呈现和自动报警等功能，并对此类项目的智能化监测进行了研究与应用。

1??基坑工程概况

杭州市萧山区钱江世纪城由塔楼及裙房建筑组成，塔楼53层，高247?m，裙楼地上约10层，高约49?m。地下室3层，局部4层。

本基坑开挖对地铁区间的影响范围为杭州地铁 2号线盈丰路站至飞虹路站K13+596.784，该区段隧道顶埋置深度为9?m。本项目基坑围护边线距盾构隧道最小水平距离约38.5?m（图1）。

图1??盾构隧道平面位置

本基坑开挖对于地铁车站主体的影响范围为杭州地铁2号线盈丰路站K13+696.213~K13+839.055，该车站主体结构顶部埋置深度约3.5?m，底部埋置深度约16?m。本项目基坑围护边线距车站主体最小水平距离约35.9?m（图2）。

图2??车站主体平面位置

本基坑开挖对附属结构的影响范围为D出入口，基坑围护边线与D出入口的最小水平距离为12.8?m，与A出入口的最小水平距离约33.5?m（图3）。

图3??附属结构平面位置

经综合分析场地地理位置、地质条件、基坑开挖深度及周围环境等多种因素，在“安全可靠、技术先进、经济合理、方便施工”的原则下，围护设计确定为：南侧近地铁设施范围支护结构采用800?mm厚地下连续墙；东侧和西侧支护结构采用大直径钻孔灌注桩；北侧支护结构采用TRD内插H型钢。

2??邻近地铁深基坑监测内容和预警指标

根据《杭州市地铁建设管理暂行办法》（市政府令234号），地铁建设规划控制区范围为：

（1）地下车站和隧道两侧各50?m内；

（2）地面车站和高架车站以及线路轨道外边线外侧各30?m内；

（3）出入口、通风亭、变电所等建筑物、构筑物外边线外侧各10?m范围内。

本工程基坑最大开挖深度约7?m且基坑较长，属深大基坑，施工风险较大。基坑与地铁2号线隧道距离较近，因此对地铁的保护要求较高。

根据工程实际情况，对基坑围护结构和土体的沉降、基坑围护结构的深层水平位移和型钢内支撑的轴力进行实时监控。结合本工程安全评估报告、围护设计文件、相关监测规范及工程经验，相关基坑监测报警值见表1。

表1??基坑监测预警值

3??智能化安全监测的必要性

采用智能化安全监测系统分析现场采集的信息并实时反馈，设置临界报警值，以及时调整设计、改进基坑施工方法，制订险情应对措施，保证基坑开挖顺利和结构安全。

通过智能化安全监测系统可实时查看基坑围护结构内力的变化情况和土体变形，对比分析监测数据与基坑设计预估值并进行安全评估，通过大数据分析优化下一步施工步骤和参数，通过在线监测基坑和支护结构，验证基坑施工方法和环境保护方案，及时分析现场问题的原因。

4??智能化安全监测系统设计

根据工程实际情况，对基坑围护结构和土体的深层水平位移、地表沉降和地下水位进行实时监控。

4.1??深层水平位移监测

常规的深层水平位移采用单点测斜仪的人工测读方式随机误差大，人工提放测试数据线工作量大，遇台风等恶劣天气无法进行现场实时测量。针对上述缺陷，为能实时获取基坑施工过程中围护结构或周围土体的深层水平位移，尤其时恶劣天气的条件下，采用固定测斜仪（间距2?m）实时在线监控基坑工程深层水平位移（图4）。

图4??安装固定测斜仪

4.2??竖向位移监测

为避免人工测读带来的随机误差，减少现场监测人员的投入，同时，能够实时获取基坑施工过程中围护结构或周围土体的沉降情况，采用高精度静力水准仪进行实时在线监控（图5）。

图5 ??静力水准仪

4.3??地下水位监测

采用自动化采集的水位计进行测点水位的实时在线监测。

4.4??监测系统

智慧云平台系统是基坑智慧监测的核心所在，应能无线接收现场采集仪发送的数据包，并进行现场采集仪的管理（如设置采集频率、物联网卡充值、电量管理和重新启动等），能对现场采集数据进行处理、分析、展示和预警等。因此，首先应建立智慧云凭条系统的基本架构，各类参数采集均设计为独立的模块，可随时对系统中的采集模块进行增减；各个采集模块内的测点数据为并行模式，相互独立；建立各监测参数与规范预警值之间的对应关系，实现实时预警。此外，智慧云平台系统还应具有主要数据展示页面，包括各类采集参数的最大值等，实时反馈基坑的安全 状态。

基于物联网技术，研发邻近地铁深基坑智能化安全监测系统，实现各个参数的集中采集和展示。邻近地铁深基坑智能化安全监测系统构成如图6所示。

图6??邻近地铁深基坑智能化安全监测系统架构（计算机截图）

5??监测系统的应用

5.1??深基坑土体深层水平位移监测结果

本基坑开挖过程中，邻近地铁的基坑边出现较大深层水平位移，最大值达25.67?mm，超过监测系统设置一级预警值25?mm，监测系统及时发生预警并通知各参建单位组织相关会议，会议决定及时浇筑底板，减缓了地下室施工完成后临近基坑深层水平位移的增长速度，使位移值未达到设定预警值。

5.2??地面沉降监测数据

在基坑邻近地铁侧边布置地表沉降观测点5个，开挖过程中最大沉降为15.89?mm，对此发生及时预警并组织会议研究加快地下室底板浇筑的措施，实施后地下室施工完成时最大沉降为17.28?mm，小于预警值（20?mm），保证了基坑的顺利完工。

5.3??地下水位监测数据

在基坑施工全过程中，对地下水位进行实时监测，结果显示最大水位变化为683?mm，小于预警值（2?000?mm）。

6??结束语

杭州钱江世纪城临近地铁的深基坑施工中，应用智能化安全监测系统有效反映了基坑状态，实时显示了基坑深层水平位移、基坑地表沉降和地下水位变化，对施工过程中基坑的变化及时进行预警，为基坑施工提供信息化指导，保证了地下室顺利完成。