周小莉，俞 葒

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測(cè)繪工程系，四川 崇州 611231；2.河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院， 河南 焦作 454000)

(1.Dept.of Surveying and Mapping Engineering, Sichuan Water Conservancy Vocational College, Chongzhou 611231， China; 2.School of Surveying and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000， China)

信息化測(cè)繪條件下的地鐵施工監(jiān)測(cè)方法探討

周小莉1，俞 葒2

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測(cè)繪工程系，四川 崇州 611231；2.河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院， 河南 焦作 454000)

地鐵施工監(jiān)測(cè)是保障地鐵安全施工的重要手段，同時(shí)也為由地鐵施工引起的地表環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。文中在現(xiàn)代地鐵施工技術(shù)背景下，以信息化測(cè)繪技術(shù)為支撐，對(duì)地鐵施工監(jiān)測(cè)的新內(nèi)涵進(jìn)行探討，對(duì)地鐵施工監(jiān)測(cè)過程中的信息管理與反饋機(jī)制、主要方法進(jìn)行系統(tǒng)論述與總結(jié)，并以某地鐵站施工監(jiān)測(cè)為例，對(duì)相關(guān)技術(shù)與方法進(jìn)行檢驗(yàn)，證明技術(shù)與方法的可行性和實(shí)用性。

信息化測(cè)繪；地鐵；施工監(jiān)測(cè)；方法

隨著城市化進(jìn)程的加快，人口與車輛的增多帶來(lái)嚴(yán)重的交通問題，修建地鐵成為緩解路面交通擁擠、改善城市交通狀況、促進(jìn)城市交通建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。然而在人口密集、建筑設(shè)施密布的城市中進(jìn)行地鐵施工，不可避免會(huì)對(duì)巖土體產(chǎn)生擾動(dòng)，引起周圍地表發(fā)生位移和變形，甚至危及周邊建筑物、道路和地下管線的安全。監(jiān)測(cè)地鐵施工引起的各種變形，對(duì)建筑物保護(hù)、保證施工進(jìn)度和人身安全都具有十分重要的意義，已經(jīng)成為地鐵工程的一個(gè)重要組成部分[1]。1969年，Peck提出地層損失的概念和估算隧道開挖地表下沉的實(shí)用方法[2]。Verruijt&Booker提出隧道變形機(jī)理主要是隧道表面土體的對(duì)稱徑向位移和隧道的橢圓化變形[3]。朱忠隆等研究了上海地鐵二號(hào)線土壓平衡式盾構(gòu)隧道施工引起的縱向地表沉降規(guī)律[4]。施成華等將地表下沉和地表隆起視為一隨機(jī)過程，分析了盾構(gòu)隧道施工引起的縱向地表沉降[5]。廖少明等提出盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時(shí)要進(jìn)行信息化施工，且要通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整控制盾構(gòu)施工參數(shù)[6]。張勇等提出顧及工作基點(diǎn)沉降影響的測(cè)點(diǎn)沉降修正方法，表明采用合理的方法對(duì)測(cè)點(diǎn)的沉降進(jìn)行修正，將使測(cè)點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)成果更加真實(shí)可靠[7]。上述成果多是從施工引起的變形機(jī)理方面進(jìn)行研究。

隨著地鐵施工技術(shù)的改進(jìn)與提高以及信息化測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，地鐵監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵也在發(fā)生著變化，本文對(duì)信息化條件下地鐵施工監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行探討，并運(yùn)用信息化管理與反饋機(jī)制對(duì)監(jiān)測(cè)過程進(jìn)行管理，以期為同類工程提供參考。

1 地鐵監(jiān)測(cè)的信息管理與反饋

建立地鐵施工監(jiān)測(cè)、信息管理與反饋機(jī)制，是保證地鐵施工安全的重要保障。筆者提出如圖1所示監(jiān)測(cè)信息管理與反饋機(jī)制，在工程實(shí)施過程中對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行管理。首先根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警值、警戒值和控制值，并將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入信息管理系統(tǒng)中，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型，完成各監(jiān)測(cè)項(xiàng)的變形量計(jì)算、變形量時(shí)程曲線圖繪制等工作，并根據(jù)需要自動(dòng)生成監(jiān)測(cè)成果次報(bào)和階段性報(bào)告，以便對(duì)施工情況處置提供科學(xué)的依據(jù)。

圖1 監(jiān)測(cè)信息反饋流程

2 地鐵監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法

地鐵施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，為保障其安全施工，需要監(jiān)測(cè)多項(xiàng)指標(biāo)，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)才能對(duì)地鐵安全和周邊的安全狀況做出客觀、全面的判斷。地鐵施工監(jiān)測(cè)主要包括：周邊及沿線的主要建(構(gòu))筑物的沉降、道路及地表沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂部水平位移、土體側(cè)向變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力、錨桿拉力、支撐立柱沉降、地下水位等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)。其中，建(構(gòu))筑物、道路及地表沉降監(jiān)測(cè)及基坑水平位移監(jiān)測(cè)是地鐵監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容，其變形數(shù)據(jù)對(duì)研究變形體的空間狀態(tài)與時(shí)間特性，并對(duì)變形的原因做出科學(xué)解釋具有重要意義。本文以這三項(xiàng)監(jiān)測(cè)為主要內(nèi)容對(duì)相關(guān)技術(shù)與方法進(jìn)行探討。

2.1 建(構(gòu))筑沉降監(jiān)測(cè)

建(構(gòu))筑沉降監(jiān)測(cè)是以垂直位移為主的變形觀測(cè)，基本方法是按建(構(gòu))筑場(chǎng)地地形、地質(zhì)條件以及對(duì)垂直位移變形觀測(cè)的精度要求，合理布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)工作要求在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上和建筑物體結(jié)構(gòu)上埋設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)變形觀測(cè)點(diǎn)得到觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算和整理后反饋到勘察設(shè)計(jì)施工部門。

2.1.1 沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)

沉降監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)包括基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的選設(shè)必須保證點(diǎn)位地基堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定、通視條件好、利于標(biāo)石長(zhǎng)期保存與觀測(cè)等條件。工作基點(diǎn)選設(shè)在靠近觀測(cè)目標(biāo)且便于聯(lián)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定或相對(duì)穩(wěn)定位置?？刂凭W(wǎng)應(yīng)與城市軌道交通工程高程系統(tǒng)一致；布設(shè)成閉合、附合或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)；高程控制點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)，且應(yīng)定期檢測(cè)。沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)滿足變形監(jiān)測(cè)的“三定”要求(測(cè)站固定、儀器固定、人員固定)，在布設(shè)的同時(shí)量測(cè)出每次儀器的安置位置，并用紅油漆在地面做出標(biāo)記。

2.1.2 建(構(gòu))筑沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則與方法

建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)監(jiān)控對(duì)象為基坑邊緣以外3倍開挖深度范圍內(nèi)需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物。建(構(gòu))筑物的豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)通常布置在：建(構(gòu))筑物四角的柱基上；不同地基或基礎(chǔ)的分界處；建(構(gòu))筑物不同結(jié)構(gòu)的分界處；變形縫、抗震縫或嚴(yán)重開裂處的兩側(cè)；新、舊建筑物或高、低建筑物交接處的兩側(cè)；煙囪、水塔和大型儲(chǔ)倉(cāng)罐等高聳構(gòu)筑物基礎(chǔ)軸線的對(duì)稱部位，每一構(gòu)筑物不得少于4點(diǎn)。沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)還要考慮不影響建筑物的外觀，不影響車輛或行人的交通，避開有礙設(shè)標(biāo)與觀測(cè)的障礙物等。

2.1.3 構(gòu)(建)筑物沉降觀測(cè)方法

根據(jù)水準(zhǔn)控制線路測(cè)出的各控制點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，采用閉合線路或附合線路觀測(cè)周圍的各建筑(構(gòu))物沉降點(diǎn)，也可采用支點(diǎn)觀測(cè)，但支點(diǎn)站數(shù)不得超過兩站，且支點(diǎn)觀測(cè)必須進(jìn)行兩次觀測(cè)。每次觀測(cè)由固定測(cè)量人員、固定儀器按相同的觀測(cè)路線進(jìn)行，觀測(cè)記錄至0.01 mm，計(jì)算及結(jié)果至0.1 mm。

2.1.4 建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

在建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)的控制標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判中，判定內(nèi)容分為最大沉降值和沉降速率兩類，樁基礎(chǔ)建筑物的最大沉降控制標(biāo)準(zhǔn)值10 mm，天然地基建筑物的最大沉降控制標(biāo)準(zhǔn)值為30 mm，最大沉降速率為2 mm/d，在工程的監(jiān)測(cè)過程中，沉降值與沉降速率達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)值的80%時(shí)，則發(fā)出警報(bào)。

2.2 道路及地表沉降監(jiān)測(cè)

道路及地表沉降監(jiān)測(cè)用來(lái)測(cè)定道路及地面高程隨時(shí)間變化的情況。盾構(gòu)法、礦山法、頂管法隧道監(jiān)測(cè)通常包含重要道路及地表沉降的監(jiān)測(cè)，其控制測(cè)量網(wǎng)布設(shè)及沉降點(diǎn)觀測(cè)方法與建筑物沉降部分基本相同。

2.2.1 道路及地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)原則與方法

道路及地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)對(duì)于不同的主體采用不同的方法。對(duì)于區(qū)間隧道，沿隧道左、右線的中線縱向各布置一行沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間距根據(jù)隧道埋深以及地表、地層的實(shí)際情況確定，在始發(fā)和到達(dá)井100 m范圍內(nèi)加密布設(shè)。選擇區(qū)間的特殊地段和典型地層處布設(shè)橫斷面，每個(gè)橫斷面上依據(jù)近密遠(yuǎn)疏的原則布置7相應(yīng)測(cè)點(diǎn)，其最外點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)外沿不小于1倍埋深處；對(duì)于車站，主體基坑沿基坑邊以15 m排距布設(shè)測(cè)點(diǎn)，每排布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，并且每個(gè)車站布設(shè)3～5個(gè)主斷面，每個(gè)主斷面依據(jù)近密遠(yuǎn)疏的原則布置測(cè)點(diǎn)。在特殊地質(zhì)地段和周圍存在重要建(構(gòu))筑物或重要管線時(shí)，監(jiān)測(cè)斷面間距適當(dāng)加密。

2.2.2 沉降監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

在道路及地表沉降監(jiān)測(cè)的控制標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判中，判定內(nèi)容分為最大沉降量、最大隆起量以及變形速率3類，其最大變形控制值和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 道路及地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂部水平位移監(jiān)測(cè)

水平位移監(jiān)測(cè)總體上遵循基準(zhǔn)點(diǎn)—監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)(工作基點(diǎn))—水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)原則。在基坑邊相對(duì)穩(wěn)定處布設(shè)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，作為水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)，同時(shí)在基坑施工影響范圍外穩(wěn)定的區(qū)域布設(shè)或利用4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)或基準(zhǔn)方向，用以檢核工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。觀測(cè)時(shí)，首先利用基準(zhǔn)點(diǎn)檢核工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性，再在工作基點(diǎn)上設(shè)站，進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)。

2.3.1 工作基點(diǎn)的布設(shè)及穩(wěn)定性檢查

為確保按照《建筑物變形測(cè)量規(guī)程》的二級(jí)精度進(jìn)行水平位移觀測(cè)，視線長(zhǎng)度≤300 m，在車站基坑周邊布設(shè)工作基點(diǎn)，在基坑外穩(wěn)定區(qū)域、通視情況好的位置布設(shè)導(dǎo)線基準(zhǔn)點(diǎn)，組成本基坑水平位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，控制測(cè)量以全站儀導(dǎo)線測(cè)量等形式開展。根據(jù)施工場(chǎng)地及周邊環(huán)境的實(shí)際情況，可選擇后方交會(huì)法結(jié)合導(dǎo)線測(cè)量法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性檢查。

2.3.2 水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的冠頂梁上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可采用埋設(shè)觀測(cè)墩的形式，在支護(hù)樁冠頂梁上鉆孔，在孔內(nèi)埋設(shè)Φ25鋼筋，并澆筑混凝土觀測(cè)墩，墩頂部埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中螺栓和棱鏡整平鋼板。實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，可采用反射棱鏡作為監(jiān)測(cè)目標(biāo)，定制對(duì)中螺栓代替普通的棱鏡對(duì)中螺栓，以便將棱鏡直接安裝在監(jiān)測(cè)位置。

2.3.3 水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)方法

根據(jù)基坑施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，水平位移監(jiān)測(cè)可采用全站儀極坐標(biāo)法或前方交會(huì)等方法進(jìn)行。在變形監(jiān)測(cè)中，基坑位移關(guān)注的是垂直于基坑邊方向的變化量。設(shè)基坑長(zhǎng)邊為x軸，垂直基坑長(zhǎng)邊為y軸，則矩形基坑變化量主要關(guān)心y方向或x方向的變化量。

3 實(shí)例分析

3.1 監(jiān)測(cè)區(qū)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況

本研究選取某市某地鐵站為監(jiān)測(cè)區(qū)，該站是兩條地鐵線路的換乘站，兩條地鐵線之間采用“L”型島-島節(jié)點(diǎn)換乘方式，并預(yù)留站廳換乘。該站位于城市西區(qū)，集中了大量的住宅小區(qū)、飯店，客流相對(duì)集中，受施工場(chǎng)地和交通疏解要求的限制，采取圍護(hù)樁加鋼支撐的支護(hù)形式，采用蓋挖法施工，盾構(gòu)過站。實(shí)驗(yàn)區(qū)布設(shè)了22個(gè)建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，7個(gè)道路及地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，6個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見圖2。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本次監(jiān)測(cè)選取以鄰近建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)與樁頂水平位移監(jiān)測(cè)為主要研究對(duì)象。在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，圖表具有較好的視覺效果，可方便用戶查看數(shù)據(jù)的差異、圖案和預(yù)測(cè)趨勢(shì)。本文選取實(shí)驗(yàn)區(qū)主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形曲線進(jìn)行示例性說明，見圖3～圖5。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖3 周邊建筑物沉降變形曲線圖

圖4 地表沉降變形曲線圖

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本次沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，累計(jì)變形最大點(diǎn)為J3-4(3.34 mm)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形相對(duì)較小均未超報(bào)警值；地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，累計(jì)變形最大點(diǎn)為D3(5.5 mm)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形相對(duì)較小均未超報(bào)警值；水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，累計(jì)變形最大點(diǎn)為S3(-4.29 mm)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形相對(duì)較小均未超報(bào)警值?？偟膩?lái)說，在整個(gè)施工周期內(nèi)，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常、穩(wěn)定，變形(化)平緩，沒有發(fā)生報(bào)警情況；基坑在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)處安全可控狀態(tài)。

圖5 基坑水平位移曲線

4 結(jié) 論

本文對(duì)信息化測(cè)繪技術(shù)條件下，地鐵監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)與方法進(jìn)行探討，通過這些關(guān)鍵技術(shù)與方法的應(yīng)用，能掌握地鐵周邊環(huán)境在地鐵隧道施工過程中的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)地進(jìn)行預(yù)測(cè)，建立順暢、高效的信息反饋渠道及完善的信息反饋流程，提高工作效率，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，用監(jiān)測(cè)成果調(diào)整設(shè)計(jì)并指導(dǎo)施工，達(dá)到信息化施工的目的，使重大建筑工程保質(zhì)、保量、安全地順利實(shí)施。

[1]李建廷,李東輝.廣州地鐵沉降監(jiān)測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理[J].地理空間信息,2011,9(4),122-124.

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[責(zé)任編輯：張德福]

Research and application of monitoring methods to subway construction under information-based surveying and mapping

ZHOU Xiao-li1，YU Hong2

Rapid hair subway construction presents new challenges to the safety of subway construction project.Construction monitoring of metro subway is an important mean to monitor the construction process,accident warning and guarantee the safety, but also provides important data support for environmental impact assessment of surface on the grounds caused by subway construction.Based on the background of modern subway construction technology, using information technology to support mapping of new content to explore the subway construction monitoring, process monitoring for subway construction information management and feedback mechanism, the key technologies and methods of the system are discussed and summarized.A subway station is taken as an example, the technologies and methods are tested in order to prove the feasibility and practicality.

information-based surveying and mapping; subway; monitoring for construction; methods

2014-04-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41001226);河南省高等學(xué)校骨干教師資助計(jì)劃(2012GGJS-055);河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2010B170006); 礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(KLM201202);數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(GCWD201002); 河南理工大學(xué)博士基金(B2010-9)

周小莉(1982-)，女，講師，碩士研究生.

TU196

：A

：1006-7949(2014)09-0036-04

(1.Dept.of Surveying and Mapping Engineering, Sichuan Water Conservancy Vocational College, Chongzhou 611231， China; 2.School of Surveying and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000， China)