王 成，黃 騰，沈月千，歐 樂

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098；2.92292部隊，山東 青島 266400）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的大型建筑物緊鄰地鐵運行區(qū)間開工建設(shè)，由于大型建筑物基坑的開挖會引起坑內(nèi)土體的回彈［1］，破壞了鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體的平衡性，從而引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)的沉降變形，而高速運行的地鐵車輛對于軌道的平順度要求非常高，這對地鐵的安全運行產(chǎn)生了一定的影響。如何保護運營期地鐵隧道不受鄰近隧道的基坑開挖影響成為當前的研究熱點［2］。本文結(jié)合南京地鐵一號線新模范馬路車站附近大型基坑施工過程中的地鐵隧道變形監(jiān)測實例，對整個基坑施工期間地鐵隧道的沉降進行監(jiān)測，分析大型基坑開挖對地鐵隧道的影響。

1 工程實例

1.1 基坑工程概況

基坑施工場地位于南京市中央北路和新模范馬路交匯處，場地東側(cè)為運營中的地鐵一號線玄武門站至新模范馬路站（含）區(qū)間西側(cè)，其邊線對應(yīng)地鐵里程大概為K12＋368～K12＋448，長度約為80m。車站主體距基坑外邊線約8.9～13.6m；區(qū)間距基坑外邊線約11.6～12.4m。工程由塔樓、裙樓及地下室組成，地下室3層，靠地鐵側(cè)兩層。基坑規(guī)模：基坑面積約13 763.1m2，周長約489.3m；基坑開挖深度：本工程場地自然地面平均標高－0.8～－0.4m，基坑底標高分別為－12.20～－18.35m，基坑開挖深度為11.70～17.95m?；优c地鐵結(jié)構(gòu)平面位置關(guān)系見圖1。

圖1 基坑與地鐵結(jié)構(gòu)平面位置關(guān)系

1.2 監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)

監(jiān)測控制網(wǎng)是隧道沉降監(jiān)測的參考系，根據(jù)相關(guān)規(guī)范［3］（以下簡稱規(guī)范），監(jiān)測控制網(wǎng)按Ⅱ等垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)的技術(shù)要求進行布設(shè)，沿著地鐵隧道的方向布設(shè)成閉合水準路線進行觀測。為了盡量減輕基坑施工對工作基點的影響，將其布設(shè)在遠離變形區(qū)80～120m外。在地鐵隧道上下行線中共布設(shè)8個工作基點（見圖2），其中JX1、JX2、JX3、JX4為下行線的工作基點，JS1、JS2、JS3、JS4為上行線的工作基點。采用獨立高程系統(tǒng)，JS1點高程為起算點。

圖2 控制網(wǎng)布設(shè)示意圖

1.3 沉降監(jiān)測點的布設(shè)

沉降監(jiān)測點執(zhí)行Ⅱ等垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的技術(shù)要求，布設(shè)成附和水準路線進行觀測。沉降監(jiān)測點布設(shè)在地鐵軌道中間，靠近基坑施工區(qū)域每隔10m布設(shè)一個監(jiān)測點，遠離基坑施工區(qū)域每隔20m布設(shè)一個監(jiān)測點，在隧道與地鐵車站交接縫兩側(cè)約1m處的道床上布設(shè)一對差異沉降監(jiān)測點。監(jiān)測范圍為項目建設(shè)基坑邊線對應(yīng)的地鐵線路里程區(qū)域及沿線路方向前后外放60m，即監(jiān)測范圍為K12＋308～K12＋508，長度約200m，上下行線共布設(shè)32個監(jiān)測點。X1～X15為下行線水準監(jiān)測點；S1～S15為上行線水準監(jiān)測點；S7－1和X7－1分別為上下行的差異沉降點。監(jiān)測點的布設(shè)示意圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測點布設(shè)示意圖

1.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測頻率和技術(shù)指標

由于基坑施工是一個連續(xù)的過程，地鐵隧道受其施工影響發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化也是連續(xù)的，所以必須對隧道變形進行連續(xù)監(jiān)測［2］。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》［4］的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合工程實際和設(shè)計要求，地鐵沉降監(jiān)測的頻率應(yīng)根據(jù)基坑施工動態(tài)作出合理的調(diào)整，實時掌握地鐵在基坑施工過程中隧道的沉降變形情況，保證地鐵的安全運行。沉降監(jiān)測分為4個頻率：臨近地鐵側(cè)的連墻施工期，監(jiān)測頻率為1次/4d；降水土方開至底板完成施工期，1次/d；地下室主體施工期，1次/d；跟蹤期6個月，1次/10d。水準網(wǎng)的觀測儀器采用天寶電子水準儀Trimble DINI03，數(shù)據(jù)處理采用COSA系統(tǒng)進行解算。沉降監(jiān)測及控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標如表1、表2所示，表中n為測站數(shù)。

表1 沉降監(jiān)測的主要技術(shù)指標

表2 沉降監(jiān)測控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求 mm

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 監(jiān)測基準點的穩(wěn)定性分析

監(jiān)測點的沉降變形是相對于監(jiān)測基準點的，如果基準點不穩(wěn)定，所求的垂直位移就是失真的［5］，因此，工作基點的穩(wěn)定性非常重要，應(yīng)根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況定期檢驗基準點的穩(wěn)定性?；鶞庶c的穩(wěn)定性分析通常采用平均間隙法［6］，其基本原理如下：

假設(shè)對監(jiān)測基準網(wǎng)第j期和第1期作檢驗，首先，將這2期觀測數(shù)據(jù)按同一基準分別平差后，求得兩期監(jiān)測點位移d及其協(xié)因數(shù)陣Qd，由垂直位移及協(xié)因數(shù)陣有

式中，fd為獨立d的個數(shù)。

由兩期觀測的單位權(quán)方差估值可求得綜合方差估值為

式中：V為觀測值改正數(shù)列矩陣，P為觀測值改正數(shù)權(quán)矩陣，f為第1期和第j期多余觀測總數(shù)，構(gòu)成統(tǒng)計量

假定兩次觀測期間監(jiān)測點沒有發(fā)生沉降，則統(tǒng)計量F服從自由度為fd和f的F［7］分布，即

當統(tǒng)計量F＜F1－α（fd，f）則接受原假設(shè)，即認為監(jiān)測點是穩(wěn)定的，其高程變化是由觀測誤差引起的；反之，則拒絕原假設(shè)，即認為監(jiān)測點是不穩(wěn)定的。表3為各期高程變化量統(tǒng)計。

表3 各期高程變化量統(tǒng)計 mm

根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，工作基點的極限誤差為±1mm，各工作基點的高程變化量均在限差之內(nèi)，監(jiān)測控制網(wǎng)采用平均間隙法進行穩(wěn)定性評判，網(wǎng)形穩(wěn)定，可以作為保護區(qū)垂直位移監(jiān)測基準。

2.2 隧道沉降分析

根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)對地鐵運行做出險情預報是一個非常重要的技術(shù)指標，關(guān)系著地鐵的安全運行，應(yīng)根據(jù)沉降監(jiān)測的具體情況，綜合考慮各種實際因素，合理分析數(shù)據(jù)，在沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上及時作出判斷。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，地鐵隧道累計的沉降分為報警值和警戒值，報警值為±3.3mm，警戒值為±6.7mm；且沉降速率≤0.5mm/d。當隧道沉降超出警戒值后，及時書面或電話通知有關(guān)單位，以便及時采取措施，排除險情，并通過跟蹤監(jiān)測來檢驗處理后效果，確保地鐵結(jié)構(gòu)安全。為了形象直觀地表現(xiàn)地鐵隧道沉降的情況和沉降趨勢，在數(shù)據(jù)平差處理后，繪制各測點的沉降量曲線圖（以時間軸為橫軸，沉降量為縱軸）。在本文中，為了分析的方便，在上下行線中各取4個監(jiān)測點的沉降數(shù)據(jù)，畫出沉降量曲線。圖4為下行線的沉降量曲線，圖5為上行線的沉降量曲線。

圖4 下行線沉降量曲線

圖5 上行線沉降量曲線

通過分析圖4、圖5的沉降曲線可知：

1）在整個基坑開挖工程中，地鐵隧道的沉降整體比較穩(wěn)定，上下行線表現(xiàn)出類似的沉降規(guī)律，呈現(xiàn)下沉趨勢，最大的沉降量為3.1mm，小于地鐵沉降的報警值（±3.3mm），滿足地鐵安全運行的要求。

2）由于基坑開挖引起坑內(nèi)土體的回彈［1］，破壞了鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體的平衡性，從而導致地鐵隧道整體往下沉降。由圖2可知下行線更靠近項目基坑，導致上下行線沉降量的差異，上行線整體的沉降量略大于下行線。上行線平均沉降量為1.2mm，最大沉降量為3.1mm；下行線平均沉降量為0.8mm，最大沉降量為2.6mm。

3）地鐵隧道沉降整體呈現(xiàn)出兩頭沉降量小中間沉降量大的凹槽趨勢，沉降量較大出現(xiàn)在3～13號測點之間，由圖3可知3～13號測點正對應(yīng)著項目基坑，由此說明項目基坑對地鐵隧道沉降的影響與隧道離基坑的距離成正相關(guān)關(guān)系，離基坑越近，沉降量越大；離基坑越遠，沉降量越小。

3 結(jié) 論

1）經(jīng)過對上下行線32個水準點的沉降觀測可知，基坑施工雖然對地鐵隧道的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，引起地鐵隧道的沉降，但是引起的沉降量小于地鐵隧道沉降的報警值，滿足地鐵安全運行的要求。

2）繪制監(jiān)測點垂直位移變化圖，可直觀、全面地展示和分析地鐵隧道的整體沉降情況以及沉降趨勢，為項目施工部門和地鐵管理部門做出正確決策提供了依據(jù)。

3）在基坑施工期間，為了保證地鐵的安全運行，應(yīng)對地鐵的沉降變形進行全程監(jiān)測。通過對地鐵隧道的監(jiān)測，掌握基坑施工過程中對既有地鐵工程結(jié)構(gòu)引起的變化，為建設(shè)方及地鐵相關(guān)方提供及時、可靠的數(shù)據(jù)和信息，評定施工對既有地鐵工程結(jié)構(gòu)的影響，及時判斷既有地鐵工程的結(jié)構(gòu)安全，對可能發(fā)生的事故提供及時、準確的預報，避免惡性事故的發(fā)生。

［1］陳長江.基坑開挖引起下臥地鐵區(qū)間隧道上浮控制研究［J］.城市軌道交通研究，2009（9）：52－55.

［2］張其云，鄭宜楓.運營中地鐵隧道變形的動態(tài)監(jiān)測方法［J］.城市道橋與防洪，2005（4）：87－91.

［3］北京市規(guī)劃委員會.GB50308－2008城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］山東省建設(shè)廳.GB 50497－2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［5］黃騰，孫景領(lǐng)，陶建岳，等.地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測及分析［J］.東南大學學報：自然科學版，2006，36（2）：262－266.

［6］王成余，馬建良.沉降觀測監(jiān)測網(wǎng)的穩(wěn)定性分析［J］.測繪通報，2010（12）：51－53.

［7］李慶海，陶本藻.概率測量原理和在測量中的應(yīng)用［M］.北京：測繪出版社，1980：48－50.