姜留濤

引言

鑒于地鐵施工周期長(zhǎng)、投資大、施工技術(shù)復(fù)雜、不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素多等原因，城市地鐵的施工監(jiān)控量測(cè)一直是地鐵工程中的一個(gè)重要的組成部分。同時(shí)，在地下管網(wǎng)稠密和建(構(gòu))筑物林立的城市環(huán)境中，隨著降水、基坑、隧道開(kāi)挖等施工工序的進(jìn)行，由于考慮到破壞施工影響區(qū)域內(nèi)土體的力學(xué)平衡，對(duì)建（構(gòu)）筑物、道路、管線等周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響甚至破壞，如產(chǎn)生裂縫、傾斜、錯(cuò)位、沉陷和坍塌等，尤其是重要建筑文物的監(jiān)測(cè)，其安全和穩(wěn)定需要進(jìn)行特別監(jiān)測(cè)和保護(hù)的。

在地鐵運(yùn)營(yíng)初期，也應(yīng)對(duì)地面建筑文物進(jìn)行持續(xù)的變形監(jiān)測(cè)。常規(guī)建筑文物的變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、傾斜測(cè)量、準(zhǔn)直測(cè)量、水平位移測(cè)量、裂縫測(cè)量、撓度觀測(cè)等。其主要觀測(cè)方法有：幾何水準(zhǔn)法、液體靜力水準(zhǔn)法、微水準(zhǔn)法、視準(zhǔn)線法、光電導(dǎo)線法、前后方交會(huì)法、測(cè)量機(jī)器人法、三維激光掃描法、激光跟蹤法、近景數(shù)字?jǐn)z影法、GPS法、自動(dòng)遙控監(jiān)測(cè)法等。

下面對(duì)西安地鐵二號(hào)線運(yùn)營(yíng)初期，國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)文物鐘樓的保護(hù)措施、監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行闡述分析。

案例簡(jiǎn)介與保護(hù)措施

鐘樓始建于明代洪武十七年（公元1384年），因樓上懸掛一口鐵鐘而得名。它是我國(guó)古代遺留下來(lái)許多鐘樓中形制最大、保存最完整的一座。鐘樓無(wú)論從建筑規(guī)模、歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值各方面衡量，都居全國(guó)同類建筑之冠，屬國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)文物。

西安地鐵二號(hào)線地下隧道設(shè)計(jì)為左右線分別從鐘樓東西兩側(cè)繞行，在設(shè)計(jì)施工時(shí)即考慮了鐘樓的保護(hù)方案，比如，在施工方法工藝措施上，采用對(duì)鐘樓地基土影響相對(duì)較小的盾構(gòu)法施工，并對(duì)掘進(jìn)速度采取限制措施；地基加固措施：結(jié)合隧道埋深、鐘樓文物地基基礎(chǔ)特點(diǎn)，為使地鐵隧道開(kāi)挖及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)地基影響降低至最小程度，對(duì)鐘樓地基采取灌注樁加固，即在距鐘樓基座外8m，四周布設(shè)樁徑1000mm，樁長(zhǎng)29.5m，樁間距1.4m，共139根鉆孔灌注樁，并對(duì)樁底采取了二次注漿措施。這些措施的目的是在隧道施工整個(gè)過(guò)程中，要求累計(jì)沉降量控制值≤5.0mm。

鐘樓場(chǎng)地地貌單元屬于黃土梁間洼地，地基土由分層夯實(shí)的素填土、新黃土、黃土、古土壤組成?；A(chǔ)為分層夯實(shí)素土，基座高8.6m，均由分層夯實(shí)的素填土組成，四周外砌青磚。基座下為分層夯實(shí)，土厚6.2m-7.4m，基座外分層夯實(shí)，土厚5.8m-6.3m。

因鐘樓基礎(chǔ)為夯實(shí)素土，且具有濕陷性，局部夯實(shí)土夯實(shí)不均勻，發(fā)現(xiàn)有地基下沉、基座墻體開(kāi)裂和中心偏移現(xiàn)象。1982年對(duì)鐘樓進(jìn)行立面攝影測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)鐘樓寶頂相對(duì)底層拱門(mén)中心有1.10m偏移。1983年5月煤炭航測(cè)大隊(duì)對(duì)鐘樓傾斜測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)鐘樓寶頂中心相對(duì)底層的總偏移量（西南方向）為48mm，寶頂傾斜角5'。隨后對(duì)鐘樓進(jìn)行了勘察，鐘樓主體進(jìn)行長(zhǎng)期變形監(jiān)測(cè)，并對(duì)鐘樓地基采取了滲水防護(hù)措施等，使鐘樓變形在安全控制范圍。

鐘樓沉降監(jiān)測(cè)

本次鐘樓沉降觀測(cè)利用了施工監(jiān)測(cè)期間的基準(zhǔn)點(diǎn)3個(gè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)36個(gè)，編號(hào)為1—30、A1—A6。根據(jù)相關(guān)要求，鐘樓的沉降觀測(cè)精度按二級(jí)變形要求施測(cè)，其精度要求每測(cè)站高差中誤差≤0.5mm，附合或環(huán)線閉合差≤1.0mm。其沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)網(wǎng)按國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量要求施測(cè)，其測(cè)量精度要求相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)高差中誤差≤0.3mm，每測(cè)站高差中誤差≤0.07mm，往返較差、附合或環(huán)線閉合差≤0.15mm。具體布設(shè)點(diǎn)位布設(shè)如圖1所示。

圖1 西安鐘樓沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖

經(jīng)過(guò)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累積沉降量均介于1.33mm（A5號(hào)點(diǎn)）—–2.61mm（21號(hào)點(diǎn)）之間，平均累積沉降量為：-0.92mm，未超過(guò)設(shè)計(jì)允許值（下沉量≤5mm），且在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間沉降量變化值較小，說(shuō)明地鐵二號(hào)線在運(yùn)營(yíng)初期對(duì)鐘樓其主體產(chǎn)生的沉降影響較小，在預(yù)先設(shè)定的控制值范圍內(nèi)。監(jiān)測(cè)時(shí)間—沉降量曲線如圖2所示。

圖2 西安鐘樓時(shí)間沉降量曲線

鐘樓傾斜監(jiān)測(cè)

鐘樓水平位移采用二級(jí)變形測(cè)量，觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差應(yīng)小于3mm，按照傾斜觀測(cè)進(jìn)行，具體方法采用前方交會(huì)法，即：在鐘樓較遠(yuǎn)處的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)立兩個(gè)可以通視的基準(zhǔn)點(diǎn)K1、K2，鐘樓西側(cè)一層大臺(tái)兩轉(zhuǎn)角點(diǎn)方向作為坐標(biāo)系南北方向軸線，該線垂直方向?yàn)樽鴺?biāo)系東西方向。

首次觀測(cè)，全站儀對(duì)向精密測(cè)量K1、K2點(diǎn)之間距離，并以該值作為各期觀測(cè)的基準(zhǔn)計(jì)算數(shù)據(jù)。后各期觀測(cè)時(shí)，對(duì)水平角α、β觀測(cè)2個(gè)測(cè)回，鐘樓傾斜共觀測(cè)15次。觀測(cè)示意圖見(jiàn)圖3。

利用前方交會(huì)，計(jì)算鐘樓寶頂固定點(diǎn)P坐標(biāo)，公式如下：

圖3 西安鐘樓傾斜觀測(cè)示意圖

觀測(cè)中，觀測(cè)精度計(jì)算公式如下：

其中：m為測(cè)角中誤差，DK1K2為 K1、K2點(diǎn)間距離，ρ=206265″，α、β、γ為K1、K2、P的交會(huì)角。每期觀測(cè)結(jié)束后，按上式計(jì)算鐘樓頂P點(diǎn)坐標(biāo)，并與首次觀測(cè)坐標(biāo)（施工監(jiān)測(cè)首次值）比對(duì)，計(jì)算出P點(diǎn)的傾斜量、變化量、傾斜方向等。結(jié)果顯示交會(huì)點(diǎn)每次測(cè)量的點(diǎn)位中誤差最大為2.8mm、最小為1.3mm。具體觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表。

西安鐘樓傾斜觀測(cè)結(jié)果

結(jié)論

1.由觀測(cè)結(jié)果可知，鐘樓在整個(gè)觀測(cè)期間，傾斜變化不大，鐘樓未出現(xiàn)異常情況。

2.建筑文物鐘樓在西安地鐵二號(hào)線運(yùn)營(yíng)初期，雖有一定的沉降量、水平位移量，但絕對(duì)值較小，在可控范圍之內(nèi)，對(duì)構(gòu)筑物的影響甚微，鐘樓處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。

3.鐘樓的沉降監(jiān)測(cè)與傾斜監(jiān)測(cè)成果分析，在地鐵修建之初對(duì)該文物采取的保護(hù)措施較為有效，在地鐵運(yùn)行期間，對(duì)文物的影響甚微，符合設(shè)計(jì)之初的構(gòu)想，達(dá)到了監(jiān)測(cè)目的。

[1]雷永生.西安地鐵二號(hào)線下穿城墻及鐘樓保護(hù)措施研究[J].巖土力學(xué),2010（1）:223-236.

[2]包歡.大型建筑物實(shí)時(shí)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)理論及應(yīng)用研究[D].解放軍信息工程大學(xué),2009，4.

[3]鐘樓監(jiān)測(cè)技術(shù)報(bào)告[R].機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，2012,9.