1.1 信息反饋的目的
在基坑工程施工過程中，為保證基坑工程施工及周邊環(huán)境安全，需要建立一套嚴(yán)密、科學(xué)的監(jiān)測體系，在施工過程中對地下工程及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，分析、判斷、預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的情況，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，將施工對周圍環(huán)境的影響降低到最小程度，即通常所說的信息化設(shè)計(jì)與施工。其核心內(nèi)容是監(jiān)測與信息反饋，主要目的如下：
（1）將監(jiān)測所得到的周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀況及時(shí)提供給設(shè)計(jì)與施工單位，以便采取有效措施確保地下工程施工安全。
（2）根據(jù)監(jiān)測所得到的施工對周邊建(構(gòu))筑物、地下管線影響程度，制定合理的保護(hù)措施。
（3）為設(shè)計(jì)與施工、監(jiān)理單位提供溝通渠道，以確保信息化設(shè)計(jì)與施工的效果。
（4）為信息化設(shè)計(jì)與施工累計(jì)資料，提高地下工程的設(shè)計(jì)和施工水平。
圖 1 信息化施工監(jiān)測流程圖
1.2 信息反饋的內(nèi)容
基坑工程施工期間通過監(jiān)測取得的大量周邊環(huán)境與支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、周邊建筑物變形等信息及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)與施工單位，進(jìn)行信息化設(shè)計(jì)與施工非常重要，有很大的工程應(yīng)用價(jià)值。在地下工程施工中，需要進(jìn)行反饋分析的內(nèi)容很廣，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)工程具體要求有選擇地進(jìn)行反饋分析工作。
（1）對設(shè)計(jì)的反饋內(nèi)容
a.通過對監(jiān)測資料的反分析，修正設(shè)計(jì)用圍巖物理力學(xué)參數(shù)。
b.通過對監(jiān)測資料的反分析，修正設(shè)計(jì)用地應(yīng)力、滲水壓力、圍巖壓力等基本荷載。
c.通過對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變、地表及周邊建筑物位移等監(jiān)測，修正設(shè)計(jì)用變形控制基準(zhǔn)、安全監(jiān)測方法和監(jiān)控判據(jù)指標(biāo)。
d.在上述修正基礎(chǔ)上調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，即進(jìn)行信息化設(shè)計(jì)。
（2）對施工的反饋內(nèi)容
在施工過程中，通過對監(jiān)測結(jié)果的分析判斷，及時(shí)調(diào)整施工方案，必要時(shí)增加輔助施工措施以確保施工安全性和經(jīng)濟(jì)性。 明挖基坑工程施工。通過對監(jiān)測結(jié)果的分析判斷，及時(shí)調(diào)整施工方案，在圍巖及支護(hù)（圍護(hù)）結(jié)構(gòu)位移、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力、周邊建筑物變形等數(shù)值較小時(shí)，可簡化施工方案以減少施工程序，加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)；在圍巖及支護(hù)（圍護(hù)）結(jié)構(gòu)位移、支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力、周邊建筑物變形等數(shù)值較大時(shí)，應(yīng)調(diào)整施工方案直至增加輔助施工，以確保工程及周邊環(huán)境的安全。
1.3 監(jiān)測反饋的程序
監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工是指在地下工程施工過程中，根據(jù)施工信息，對施工前預(yù)設(shè)計(jì)所確定的結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)參數(shù)、施工方法、施工工藝以及各工序施作的時(shí)間等的檢驗(yàn)和修正，貫穿于整個(gè)施工全過程。經(jīng)過多年實(shí)踐總結(jié)，檢測反饋程序已趨于完善，施工信息反饋工作流程見圖：
圖 2 信息反饋程序圖
二、安全監(jiān)測分析
2.1 安全監(jiān)測報(bào)警
基坑工程監(jiān)測預(yù)警判斷分析原則如下： ①將階段變形速率及累計(jì)變形量與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，如階段變形速率或累計(jì)變形值小于預(yù)警值，則為正常狀態(tài)，如階段變形速率或累計(jì)變形值大于預(yù)警值而小于報(bào)警值則為預(yù)警狀態(tài)，如階段變形速率或累計(jì)變形值大于報(bào)警值而小于控制值則為報(bào)警狀態(tài)，如階段變形速率或累計(jì)變形值大于控制值則為控制狀態(tài)，需進(jìn)行搶險(xiǎn)工作。 ②如數(shù)據(jù)顯示達(dá)到警戒標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合巡視信息，綜合分析施工進(jìn)度、施工措施情況、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、周邊環(huán)境穩(wěn)定性狀態(tài)，進(jìn)行綜合判斷； ③分析確認(rèn)有異常情況時(shí)，應(yīng)立即通知有關(guān)各方。
現(xiàn)場遇有險(xiǎn)情時(shí)統(tǒng)一由監(jiān)測管理人向工程參建各方發(fā)布。安全監(jiān)測報(bào)警的分三級。
一級報(bào)警：一個(gè)建筑物中，有多個(gè)效應(yīng)量控制著基坑安全，如基坑變形、鋼支撐應(yīng)力等，當(dāng)一個(gè)效應(yīng)量變化異常，其測值大于 3 倍均方差控制門限時(shí)，做為
一級報(bào)警，向業(yè)主、設(shè)計(jì)監(jiān)理部門報(bào)告，并分析其異常原因，注意其發(fā)展趨勢。
二級報(bào)警：當(dāng)多個(gè)效應(yīng)量變化異常，其測值均大于 3 倍均方差門限時(shí)，做為
二級報(bào)警，立即向業(yè)主、設(shè)計(jì)監(jiān)理等部門報(bào)告，并分析其原因，建議采取措施以保證工程安全。
三級報(bào)警：當(dāng)多個(gè)效應(yīng)量變化異常，并超過 3 倍均方差控制門限，且其變化速率在加快，出現(xiàn)這種情況，做為三級報(bào)警，同時(shí)還表明事故發(fā)生不可避免。立即通知業(yè)主、設(shè)計(jì)監(jiān)理等部門做出處理應(yīng)急措施。
2.2 明挖法施工地層與圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定措施
（1）一般措施
明挖基坑對周圍環(huán)境的影響及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式、基坑寬度、開挖深度、地層條件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度、支撐設(shè)置、施工速度、施工技術(shù)措施有關(guān)。因此，為減小明挖基坑對周圍環(huán)境的影響及確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定采取的一般措施主要如下：
a.及時(shí)支撐（或拉錨）與預(yù)加軸力。日本東京某基坑工程對支撐的及時(shí)性效果做了試驗(yàn)。未及時(shí)做第一道支撐的墻體最大水平變形為 3cm，而及時(shí)支撐的墻體最大水平變形只有 1cm。另外， 支撐設(shè)置以后，必須及時(shí)施加軸力，這不但能保證支撐頂緊墻體，減少墻體變形量，而且也改善了墻體受力條件。
b.支撐預(yù)加軸力的大小取決于地質(zhì)和施工條件，原則上應(yīng)加到最大限度。日本曾規(guī)定施加的軸力應(yīng)相當(dāng)于靜止土壓力，因?yàn)檫@樣能使墻體變形最小�；谖�國的實(shí)際情況，應(yīng)加到支撐軸力的 70%左右。同時(shí)，為了盡量減少各種變形，第一道支撐位置應(yīng)盡量偏高，底撐位置應(yīng)盡量放低。
c.分段分層開挖及開槽架設(shè)支撐。基坑開挖充分考慮基坑開挖時(shí)的“時(shí)空效應(yīng)”,針對基坑工程開挖遵循“分層、分段、對稱、平衡、適時(shí)”的原則，嚴(yán)禁超挖，盡量縮短工期，減少暴露時(shí)間。當(dāng)基坑的長度較長時(shí)，不要采取大面積的長條形開挖，而是應(yīng)當(dāng)采取分段開挖、分段支撐的辦法，以利用基坑的空間效應(yīng)達(dá)到減少變形提高基坑穩(wěn)定性的目的。分段長度視具體情況而定，一般為 20~30m 為好。在控制地表沉降有嚴(yán)格要求的情況下，應(yīng)采取開槽設(shè)支撐的辦法，即在未挖到該層支撐水平面時(shí)，先挖安裝支撐的溝槽，在安裝好支撐并施加軸力后，再將溝槽旁的土層挖去，然后再繼續(xù)往下挖。
d.增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度。增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度無疑能減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形、基底隆起、地表沉降，從而減少對周圍環(huán)境的影響。
e.加快施工速度。加快施工速度，減少基坑暴露時(shí)間，能有效減小地層移動(dòng)，盡可能減小意外因素對基坑的影響，同時(shí)可以減小因地層蠕變、流變性等引起的地表沉降。因此，在基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)立即敷設(shè)墊層。綁扎鋼筋澆筑地板混凝土。如果施工速度過慢，軟土層的流變性將使地層移動(dòng)明顯增加，引起過大地表沉降。根據(jù)某軟土地區(qū)基坑實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，如果支撐架設(shè)時(shí)間超過 8h，在架設(shè)第二道支撐時(shí)地表沉降增加 2.3mm/d；再如日本現(xiàn)場實(shí)測資料，基坑開挖后不到 10d 的時(shí)間，基坑隆起量增加約 50%。
（2）輔助施工措施
a.基底加固�；准庸痰姆椒ê芏�，如井點(diǎn)降水、壓密注漿、攪拌樁、旋噴樁、石灰樁、樹根樁、地下墻等。無論采用哪種方法都需要在基坑開挖兩周以前進(jìn)行，以避免因擾動(dòng)地層而增加變形。地基加固可在基坑外或基坑內(nèi)進(jìn)行�；�外加固可以減少對擋墻的主動(dòng)土壓力，但因工程造價(jià)關(guān)系，一般只是當(dāng)基坑鄰近有建筑物或地下管線時(shí)才進(jìn)行。在基坑內(nèi)加固，特別對基底以下的地層進(jìn)行加固，能達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又有效的目的。據(jù) B.B.Broms 的計(jì)算，對基底進(jìn)行了 3m 厚的壓漿加固（基底為軟黏土），能使墻體的水平位移及地表沉降減少約 50%，支撐內(nèi)力減少約 40%，基底隆起減少約 35%。他還做了 6m 加固的比較發(fā)現(xiàn)加固 6m 厚的各項(xiàng)指標(biāo)僅比加固 3m 的減少 10%~20%，因而他得出結(jié)論，認(rèn)為加固 3m 厚是經(jīng)濟(jì)合適的。但是根據(jù)上海工程實(shí)踐的情況，延安東路越江隧道 106 號地下連續(xù)墻工程與地鐵區(qū)間隧道 109 號地下墻工程相比，墻外都有建筑物，109 號工程基底只加固了 3m，它的地表沉降值與深度之比為 0.54%，而 106 號工程的基底加固9~10m，它的沉降值大為減少，僅有 0.1%~0.2%。由此可見，對于上海那樣的軟弱土層，特別是地下連續(xù)墻底以下的土體很軟弱時(shí)，地層加固厚度的增加，其效果是明顯的。沿基坑寬度方向，間隔地在各幅地下墻接頭處，在基底標(biāo)高以下，筑深度略超過地下墻底的支撐地下墻，對減少墻體變形、基底隆起、地表沉降是很有效的。
b.基坑內(nèi)降水。在基坑內(nèi)部降水有利于施工操作，更因降水固結(jié)提高了基底下土體的強(qiáng)度，因此能減少基坑隆起和墻體變形，提高基坑穩(wěn)定性。但是應(yīng)注意，坑內(nèi)的降水漏斗不要超過墻底，以免造成墻外地層的固結(jié)沉降。按以往工程經(jīng)驗(yàn)，井點(diǎn)濾管底至少高于地下墻底面 1.5~2m。對于可能會產(chǎn)生較大隆起或突涌的基坑，還應(yīng)降低承壓水頭。
c.帷幕注漿。為保護(hù)墻外的地下管線、構(gòu)筑物和地表建筑物，可在墻外筑一道帷幕。帷幕可采用灌注樁、旋噴樁、樹根樁、壓力灌漿、凍結(jié)法等辦法。在需要進(jìn)行墻外降水的情況時(shí)，可在帷幕內(nèi)降水帷幕外回灌水，以減少地層移動(dòng)范圍。
三、火車北站監(jiān)測信息反饋及安全分析案例
3.1 2011 年 2 月 23 日火車北站 A 區(qū)基坑測斜監(jiān)測報(bào)警
2011 年 2 月 23 日，施工監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，A-CX10 監(jiān)測孔近 5 日監(jiān)測數(shù)據(jù)最大變化達(dá) 10.78mm，近 5 日變化速率最大達(dá) 2.16mm/d （9.5m 深處），超過報(bào)警值 2mm/d的變化速率，監(jiān)測方立即發(fā)出了報(bào)警，并通知各方。該處 2 月 23 日開挖深度約8.5m，已經(jīng)安裝了第二層鋼支撐
圖 3 CX10 監(jiān)測點(diǎn)位置示意圖
經(jīng)過監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析及現(xiàn)場的施工情況，近日快速的開挖而支撐架設(shè)不及時(shí)，以及基坑兩側(cè)近距離的堆載是主要原因，從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，CX10、CX11在 2 月 19 日至 2 月 23 日變形持續(xù)增大，其中 CX10 近 5 天平均變化速率最大達(dá)2.16mm/d （施工方監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示最大 1.29mm/d）（圖 11-8）， CX11 近五天最大達(dá)1.12mm/d，NL06、NL07、NL08 監(jiān)測點(diǎn) 8.9m 深度的測點(diǎn)均在 2 月 19 日之后持續(xù)增大（圖 11-10），最大達(dá) 15.57kN，與 CX10 在同一斷面的 ZL5-1 及 ZL5-2 （施工方監(jiān)測測點(diǎn)）在 2 月 19 日之后也明顯增大（圖 11-9）。
因此，快速的開挖而未及時(shí)加撐，同時(shí)又有大量的土體堆積在僅靠基坑邊緣3m 的地方，造成超載，增大的圍護(hù)樁后的側(cè)向土壓力，使圍護(hù)樁發(fā)生了較大的變形。
圖 4 A-CX10 變化曲線
圖 5 支撐軸力監(jiān)測點(diǎn) ZL5-1 及 ZL5-2（施工方監(jiān)測）監(jiān)測曲線
圖 6 樁內(nèi)力監(jiān)測點(diǎn) A-NL06、NL07、NL08 變化曲線
在發(fā)出報(bào)警之后， 監(jiān)測方、 施工單位總工程師及專業(yè)監(jiān)理工程師一同在現(xiàn)場研究處置措施，施工單位總工程師當(dāng)場停止該處土體的開挖，盡快的調(diào)集裝載車清理基坑邊的堆土，在條件允許下，優(yōu)先安裝該處的第三層支撐。同時(shí)監(jiān)測方對該段進(jìn)行加密監(jiān)測，重點(diǎn)關(guān)注。
綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，A 區(qū)基坑中部變形、應(yīng)力應(yīng)變等普遍變化較大，建議施工單位第三層支撐的安裝從中部向兩端進(jìn)行。
3.2 2011 年 4 月 10 日火車北站 A 區(qū)測斜監(jiān)測報(bào)警
2011 年 4 月 10 日，監(jiān)測方發(fā)現(xiàn)，火車北站 A 區(qū)基礎(chǔ)測斜監(jiān)測點(diǎn) A-CX11、ACX04 相對于 4 月 9 日日變化量超過報(bào)警值 2mm/d，其中 A-CX11 日變化最大為 4.53mm，A-CX04 日變化最大為 2.54mm，監(jiān)測方發(fā)出了報(bào)警，并通知現(xiàn)場總監(jiān)理工程師、專業(yè)監(jiān)理工程師施工單位總工程師及地鐵公司安質(zhì)處監(jiān)控中心。
A-CX11 與 ACX04 位于 A 區(qū)基坑中部 A2-1 區(qū)段，該兩監(jiān)測孔屬同一斷面的監(jiān)測點(diǎn)，目前該段第四層土體開挖幾乎結(jié)束，第五層土體部分開挖，而支撐僅僅安裝至第三層（雙拼、鋼支撐），因此，支撐的安裝嚴(yán)重滯后是該段圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移變化增大的主要原因。
報(bào)警通知發(fā)出后監(jiān)測方建議施工單位立刻停止開挖，首先對第三層支撐預(yù)應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)加，然后盡快安裝第四道支撐。 監(jiān)測方進(jìn)行了加密監(jiān)測，平均監(jiān)測頻率為 1 次/2 小時(shí)，并及時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)以短信及書面形式報(bào)告各方。施工單位在當(dāng)天晚上進(jìn)行了第三層支撐預(yù)應(yīng)力的補(bǔ)加，效果較明顯， CX10 監(jiān)測孔停止了正向（向基坑內(nèi)側(cè)）的位移，并開始負(fù)向（基坑外側(cè)）位移，至 4 月 11 日凌晨負(fù)向位移最大為-2.87mm，施工單位當(dāng)晚還進(jìn)行了第四層鋼支撐的的安裝準(zhǔn)備工作，主要是鋼圍凜的安裝。 4 月 11 日全天施工單位進(jìn)行了超挖段第四層鋼支撐的安裝（34道至 42 道），至下午 17:00 完成了全部的鋼支撐安裝及預(yù)應(yīng)力的施加；A-CX11監(jiān)測數(shù)據(jù)整體變化趨勢為負(fù)向，并趨于穩(wěn)定，下午 11:30 至 18:30 平均變化速率為-0.22mm/h，數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。A-CX04 今日變化很小，平均變化量為 0.18mm,同樣趨于穩(wěn)定。
至 2011 年 4 月 11 日下午 17:00，A 區(qū)基坑在采取有效措施之后，并且各項(xiàng)措施達(dá)到的預(yù)期的效果，隨后基坑變形穩(wěn)定，報(bào)警解除。
