王 博 郭子華

(大連理工大學土木建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧大連 116023)

0 引言

隨著地鐵的快速發(fā)展，施工監(jiān)控越來越被人們重視，因為地鐵施工監(jiān)控不力而造成的各種問題和隱患都是致命的。如法國雷爾地鐵事故，2008年杭州地鐵塌方事故，2011年大連地鐵塌方事故等，給人民生命財產(chǎn)帶來了重大損失，并造成了不良的社會影響[1，2]。這些事故的發(fā)生除了施工方面的原因之外，另一個非常重要的原因是施工現(xiàn)場監(jiān)控量測工沒有發(fā)揮其預警作用。地鐵施工監(jiān)控就是對施工過程中圍巖和支護系統(tǒng)的受力情況以及它們之間的力學關(guān)系進行量測，并對地面穩(wěn)定性與施工方法做出評價，以確保施工的絕對安全和工程經(jīng)濟合理[3]。施工監(jiān)測可以用現(xiàn)場實測的結(jié)果來彌補理論分析的不足，并可以積累區(qū)域性監(jiān)控量測資料，提高地鐵的設(shè)計和施工水平[4]。

1 拱頂下沉測量意義

拱頂下沉的監(jiān)控量測方法，即在地鐵施工過程中，通過監(jiān)控量測布設(shè)于拱頂部位的固定測點在不同時間相對標高，求出兩次監(jiān)控量測的差值，即為該測點的沉降變化值。

不少城市地鐵施工過程中，為了最大限度的減小對地面交通的影響，往往采用暗挖等施工方法，在工程地質(zhì)條件復雜的線路，往往存在塌方等重大隱患，做好施工過程中的監(jiān)測工作對預防塌方有著極為重要的作用，必須加以重視。并在實際增加超前監(jiān)測點增加了密度和觀測頻率，隨時掌握隧道內(nèi)部和洞外地表沉降的變化，通過監(jiān)控量測提供安全保障，并指導施工。

2 測點布置

拱頂下沉測量關(guān)鍵是確定不動點作為參考點(基點)(見圖1)，通常采用以下兩種方法:1)在洞口附近，可采用洞外基準點，每次測量時從洞外引入;2)在開挖面一定距離的拱頂處設(shè)置參考點，并假定其為不動點(下沉量微小，可以忽略不計)進行監(jiān)控量測。其中第一種方法精確度高但工作量大，后一種方法操作簡單但誤差較大。在選好的觀測點位置上將監(jiān)測基準點焊在鋼格柵骨架上，外露長度為2 cm。

圖1 拱頂下沉測量

3 拱頂下沉測量方法

防止塌方是隧道地鐵施工的重中之重。拱頂下沉監(jiān)測在隧道或地鐵施工監(jiān)測中對于預防塌方和保證施工安全具有非常重要的作用，拱頂下沉的測量方法有多種，每種方法都有各自的優(yōu)點和不足。本文對幾種常用的拱頂下沉測量方法做一探討。

3.1 精密水準測量

首先要確定監(jiān)測基準點?；鶞庶c要由3個相距不太遠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不動點組成，并設(shè)置鋼筋混凝土墩式標志，3個基準點要做閉合路線。其中1個為主基準點，另外2個為輔助基準點，3個基準點要定期做閉合測量。洞內(nèi)根據(jù)需要加設(shè)測量基準點，每次測量時均要做二等水準閉合測量以保證測量精度。

測量時，為了測量拱頂高程，拱頂掛尺時要采用倒尺法。從洞外基準點用二等水準測量方法引到洞內(nèi)隧道地面標高h1，用精密電子水準儀讀出后視讀數(shù)b和前視讀數(shù)a，則拱頂高程h2為:

每次測量的h2的差值就是拱頂下沉量。每次測量的累計沉降量和變化速率都要滿足規(guī)范要求。

這種測量方法優(yōu)點為:精度高，測量準確。

其缺點為:受測量環(huán)境影響較大，二等測量工作任務(wù)重。需另外找光源，需專門軟件處理數(shù)據(jù)，操作較復雜。

具體操作方法見圖2。

圖2 精密水準測量示意圖

3.2 普通水準測量

采用普通水準儀進行拱頂下沉測量時，所用的儀器設(shè)備主要有普通光學水準儀和普通塔尺等。因塔尺在觀測過程中不方便，也可采用固定鋼尺的做法，即平時將鋼尺斜掛在洞壁上，監(jiān)控量測時放開，尺端掛一小錘保證鋼尺豎直。塔尺頂部要加工個小環(huán)以方便掛尺，注意小環(huán)一定要有足夠的剛度以保證測量的精度。測量原理同上述的精密水準測量方法。

該方法優(yōu)點為:受測量環(huán)境影響較小，人工讀數(shù)方便測量速度快，省時省力。

缺點為:精度較低。具體操作方法見圖3。

3.3 激光測距儀

充分利用已經(jīng)布設(shè)的收斂點，利用等腰三角形和勾股定理，間接計算得到拱頂下沉值，所用的儀器設(shè)備主要為激光測距儀。此方法對于所布的監(jiān)測點要求較高，要確保收斂點與拱頂監(jiān)測點在同一斷面上，而且要把拱頂監(jiān)測點布于同一截面正上方。測量時用激光測距儀測出BC和AC的距離lBC和lAC，則拱頂A的高度為:

每次測量計算出的h值就是拱頂?shù)南鄬Ω叱?，兩次相對高程之差就是拱頂沉降值?/p>

這種測量方法優(yōu)點是:測量方便快捷。

其缺點為:對于測量點的布置要求較高，精度較低，而且拱角B和C若標高變化則會使測量結(jié)果產(chǎn)生錯誤。

具體操作方法見圖4。

圖3 普通水準測量示意圖

圖4 激光測距儀測量示意圖

3.4 全站儀免棱鏡測量方法

隨著全站儀在工程中的應(yīng)用越來越廣泛，拱頂下沉測量也可用全站儀來完成。通過測量拱頂測點的空間坐標變化，計算出拱頂測點的下沉數(shù)值。由于場地空間的局限性，只能用免棱鏡的全站儀測量方法。利用儀器中的存貯設(shè)備，避免了洞內(nèi)計算和參數(shù)設(shè)置等工作，使測量工作大為減少。

優(yōu)點:不架設(shè)棱鏡，操作方便快捷;

缺點:棱鏡貼片的精度對最終的測量精度影響較大，并且沒有考慮后視點精度影響。

4 結(jié)語

通過以上對比分析，可以得出以下結(jié)論:

1)精密電子水準儀二等水準測量拱頂下沉結(jié)果最為精確，而激光測距儀測量最為簡便。幾種測量拱頂下沉的方法各有利弊，應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇所采用測量方法;

2)特殊復雜情況下，為保證測量結(jié)果的準確性，同時為設(shè)計提供更有價值的數(shù)據(jù)，更重要的是防止塌方、保證施工安全順利進行，可采用多種測量方法同時測量、復核。比如大連地鐵某標段地表沉降嚴重，地表沉降累計達到將近80 mm，已經(jīng)遠超出允許值30 mm，但拱頂下沉幾種方法測得均只有10 mm左右，分析原因是市政管道施工完畢回填不密實，排除了塌方隱患，保證了施工順利進行。

[1]于學馥，鄭 穎.地下工程圍巖穩(wěn)定分析[M].北京:人民交通出版社，2008:77-78.

[2]梁 禹.廣州地鐵一號線越江隧道運營期結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008，24(3):15.

[3]徐少平.成都砂卵地層大型地鐵基坑施工穩(wěn)定性監(jiān)測[J].鐵道建筑，2010，21(11):44-45.

[4]毛新虎，王啟耀.電廠水下網(wǎng)格盾構(gòu)隧道推進監(jiān)控量測探討[J].鐵道建筑，2009，28(8):33.