張立偉

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100000)

一、引 言

隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷深入，特大型、大型城市涌現(xiàn)較多，這也帶來(lái)了交通擁堵等一系列“城市病”。目前國(guó)內(nèi)城市解決這個(gè)問(wèn)題都是多種手段并用，最為廣泛的就是大力建設(shè)地鐵線路，逐步將地面交通人流轉(zhuǎn)移至地下，這也符合節(jié)能減排、綠色出行的理念。目前北京、上海、廣州等10余座城市建設(shè)了超過(guò)1000 km的地鐵線路，除上述大型城市外，鄭州、合肥、南寧、西安等20余座城市也逐步展開(kāi)了地鐵建設(shè)。在全國(guó)大中型城市建設(shè)地鐵的熱潮中，地鐵線路穿越沉降區(qū)域成了多數(shù)城市面臨的地鐵建設(shè)難點(diǎn)，也給未來(lái)的地鐵安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)隱患。

二、區(qū)域沉降影響的分析

華北地區(qū)地勢(shì)平坦，地表水資源較為匱乏，水資源利用主要來(lái)源于地下水開(kāi)采。隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)水資源的需求也日益加大，華北平原地區(qū)已成為世界上超采地下水最嚴(yán)重的地區(qū)，也是地面沉降漏斗最大、沉降覆蓋面積最大的地區(qū)，而且地面沉降呈加劇的趨勢(shì)，北京大郊亭沉降中心就是華北地區(qū)區(qū)域沉降的一個(gè)具體體現(xiàn)。北京地鐵7號(hào)線工程?hào)|段有8座車站、約13 km地下線路位于大郊亭沉降中心影響區(qū)域。地面高程控制網(wǎng)于2009年12月布設(shè)、施測(cè)完成，在2010年10月、2011年10月完成了水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè)工作。

北京地鐵7號(hào)線工程地面高程控制網(wǎng)選用了玉淵潭原點(diǎn)、四惠橋基巖點(diǎn)2個(gè)基巖水準(zhǔn)控制點(diǎn)作為地面高程控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，I京西4新、Ⅱ蘇舊1、Ⅱ呼十4、Ⅱ呼十2共計(jì)4個(gè)北京市一、二等水準(zhǔn)點(diǎn)作為地面高程控制網(wǎng)的附和驗(yàn)算點(diǎn)。全網(wǎng)共布設(shè)65個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，由附合和閉合水準(zhǔn)線路構(gòu)成，線路總長(zhǎng)76．1 km，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，布設(shè)了3個(gè)深樁水準(zhǔn)點(diǎn)(埋深約－20 m)，在各車站施工變形區(qū)外均設(shè)置了3個(gè)墻上水準(zhǔn)點(diǎn)。建筑物上水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石按《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50308—2008)的規(guī)格進(jìn)行埋設(shè)(如圖1所示)。在進(jìn)行軌道交通一等水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量時(shí)將地面精密導(dǎo)線點(diǎn)納入到一等水準(zhǔn)網(wǎng)中一同進(jìn)行了觀測(cè)，精密導(dǎo)線點(diǎn)沿線路布設(shè)在施工變形區(qū)外的城市道路上，精密導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)石按《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50308—2008)的要求規(guī)格進(jìn)行埋設(shè)(如圖2所示)。

圖1 墻上水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)示意圖(單位:mm)

圖2 加密導(dǎo)線標(biāo)石埋設(shè)示意圖

經(jīng)過(guò)兩年的復(fù)測(cè)工作，對(duì)比分析復(fù)測(cè)與原測(cè)結(jié)果顯示，一等水準(zhǔn)點(diǎn)BM［7］1—BM［7］21共23點(diǎn)，各點(diǎn)高程沉降量在1～4 mm;一等水準(zhǔn)點(diǎn)BM［7］22—BM［7］36共14點(diǎn)，各點(diǎn)高程沉降量在5～9 mm;一等水準(zhǔn)點(diǎn)BM［7］38—BM［7］64共21點(diǎn)，各點(diǎn)高程沉降量在10～46 mm。另精密導(dǎo)線點(diǎn)高程變化值與一等水準(zhǔn)點(diǎn)變化規(guī)律相同，東四環(huán)以西區(qū)段精密導(dǎo)線點(diǎn)比較穩(wěn)定，東四環(huán)以東從導(dǎo)線點(diǎn)DT［7］81開(kāi)始變化，高程變化值自西向東逐漸增大(沉降趨勢(shì)如圖3所示)。對(duì)比原測(cè)和復(fù)測(cè)成果后，發(fā)現(xiàn)地鐵某線東四環(huán)(大郊亭橋)以西區(qū)段地面高程控制點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定，原測(cè)和復(fù)測(cè)結(jié)果無(wú)明顯變化;東四環(huán)以東地面高程控制點(diǎn)有明顯的區(qū)域性沉降變化，自西向東沉降逐漸變大，水準(zhǔn)點(diǎn)高程原測(cè)和復(fù)測(cè)結(jié)果相差較大。

圖3 北京地鐵某線工程?hào)|段(東四環(huán)以東—終點(diǎn)區(qū)段)近年累計(jì)沉降量圖

在此期間，對(duì)地鐵線路沿線地表沉降資料向有關(guān)部門進(jìn)行了收集。從收集到的資料顯示，地鐵某線線路橫穿的北京大郊亭沉降中心現(xiàn)階段為沉降的一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，其中從2005—2010年5年間此沉降中心累計(jì)沉降量為182．23 mm，年平均沉降量為36．4 mm。

另外，北京市2005—2009年沉降等值線圖與控制點(diǎn)沉降分析結(jié)果相比較，等值線圖反映的情況與沿線地表沉降情況基本上一致，如圖4所示。線路橫穿的北京市大郊亭沉降中心在2008—2009年中最大沉降量為45 mm，沿東四環(huán)以東沉降量逐漸增大。

圖4 等值線沉降圖

通過(guò)對(duì)以上資料綜合分析，基本判斷出地鐵某線東段(東四環(huán)以東)處于北京市一個(gè)區(qū)域沉降中心——大郊亭沉降中心，目前該沉降中心沉降趨勢(shì)仍在繼續(xù)。由于區(qū)域沉降造成東段(東四環(huán)以東)水準(zhǔn)控制點(diǎn)普遍發(fā)生了沉降，區(qū)域沉降對(duì)地鐵工程高程控制測(cè)量、地鐵施工測(cè)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

三、區(qū)域沉降對(duì)地鐵施工測(cè)量的影響

地鐵為線性工程，為確保線路圓順，施工中各環(huán)節(jié)工藝間施工容許偏差要求嚴(yán)，相鄰點(diǎn)相對(duì)精度要求高，地鐵施工測(cè)量除按照傳統(tǒng)精密測(cè)量工程測(cè)量技術(shù)進(jìn)行高精度施工測(cè)量外，還結(jié)合工程特點(diǎn)引進(jìn)現(xiàn)代工程測(cè)量高新技術(shù)，并注重相關(guān)學(xué)科技術(shù)在施工測(cè)量中的滲透與融合。

1．地鐵施工測(cè)量的內(nèi)容

地鐵施工階段分為土建結(jié)構(gòu)施工階段、軌道和設(shè)備安裝階段、竣工階段。土建結(jié)構(gòu)施工階段的施工測(cè)量?jī)?nèi)容有加密施工控制測(cè)量、定線測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量、施工放線測(cè)量、限界測(cè)量等;軌道和設(shè)備安裝階段的施工測(cè)量?jī)?nèi)容有鋪軌基標(biāo)測(cè)量、線路標(biāo)志測(cè)量等;竣工階段的施工測(cè)量?jī)?nèi)容有全線線路軌道竣工測(cè)量、區(qū)間、車站和附屬建筑結(jié)構(gòu)竣工測(cè)量、線路沿線設(shè)備竣工測(cè)量、地下管線竣工測(cè)量等。

2．區(qū)域沉降對(duì)高程控制點(diǎn)的影響

地面高程控制網(wǎng)共復(fù)測(cè)一等水準(zhǔn)點(diǎn)58個(gè)，精密導(dǎo)線點(diǎn)120個(gè)。根據(jù)高程控制點(diǎn)復(fù)測(cè)結(jié)果，受區(qū)域沉降影響的一等水準(zhǔn)點(diǎn)共21個(gè)，影響范圍包括大郊亭站、大郊亭以東各站及焦化廠車輛段，沉降最小為BM［7］39號(hào)點(diǎn)，沉降量10．6 mm，位于百子灣站附近;最大為BM［7］62號(hào)點(diǎn)，沉降量45．8 mm，位于焦化廠站附近。精密導(dǎo)線點(diǎn)共43個(gè)，影響范圍從大郊亭至百子灣區(qū)間開(kāi)始向東至車輛段，沉降最小為DT［7］82號(hào)點(diǎn)，沉降量10．3 mm，位于百子灣站附近;最大為DT［7］122號(hào)點(diǎn)，沉降量58．8 mm，位于焦化廠站附近。另外，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)各車站之間的差異沉降進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各車站沉降情況統(tǒng)計(jì)表 mm

3．高程控制點(diǎn)沉降對(duì)施工測(cè)量的影響

高程控制點(diǎn)發(fā)生沉降后必然會(huì)出現(xiàn)差異沉降現(xiàn)象，對(duì)于地鐵這種線路工程影響很大，因不同車站、區(qū)間采用同控制網(wǎng)內(nèi)不同的控制點(diǎn)進(jìn)行施工，差異沉降就在以下3個(gè)方面體現(xiàn)出對(duì)于地鐵施工測(cè)量的影響。

1)由于各車站、區(qū)間一般使用分段招標(biāo)、獨(dú)立施工方式開(kāi)展，各施工單位采用地面高程控制網(wǎng)內(nèi)不同的水準(zhǔn)控制點(diǎn)，這些水準(zhǔn)點(diǎn)之間的差異沉降將造成相鄰施工區(qū)段之間的土建結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)及設(shè)備的銜接出現(xiàn)偏差，如果差異沉降較大，銜接偏差有可能超出設(shè)計(jì)允許的范圍。

2)在同一施工標(biāo)段內(nèi)，車站主體施工與隧道施工一般不會(huì)同時(shí)開(kāi)展，存在開(kāi)工日期相差較遠(yuǎn)的情況，也會(huì)導(dǎo)致隧道與車站主體銜接產(chǎn)生偏差，影響線路平滑度、車輛限界、貫通等。

3)在單體工程(主要指車站、車輛段、停車場(chǎng)站等)施工時(shí)，由于場(chǎng)地因素等客觀條件影響同一單體工程不同位置土建施工開(kāi)工日期的差異性，所依據(jù)的水準(zhǔn)點(diǎn)高程處于變化之中，如果水準(zhǔn)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)本身發(fā)生差異沉降，有可能造成不同時(shí)期施工的土建結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

四、沉降區(qū)域地鐵施工測(cè)量的應(yīng)對(duì)措施

1．車站施工測(cè)量采取的措施

北京地鐵7號(hào)線工程?hào)|部8座車站施工工法主要以明挖法施工為主。在第一塊底板混凝土澆筑前即在主體結(jié)構(gòu)鋼筋上綁定并焊接地下高程控制點(diǎn)。在車站第一塊結(jié)構(gòu)底板施工完成時(shí)，即通過(guò)高程聯(lián)系測(cè)量將地面高程傳遞至地下埋設(shè)于結(jié)構(gòu)體的水準(zhǔn)點(diǎn)上，在以后整個(gè)車站結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中始終以地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高程指導(dǎo)施工。由于地下水準(zhǔn)點(diǎn)將隨結(jié)構(gòu)體本身一起變化，這樣單體工程施工將有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的、統(tǒng)一的高程放樣依據(jù)，可以保證車站結(jié)構(gòu)不同部位之間的銜接。但應(yīng)在相鄰施工區(qū)段貫通之前，及時(shí)將本施工區(qū)段的地面加密高程控制點(diǎn)、地下高程控制點(diǎn)與相鄰的存在貫通面的施工區(qū)段之間的高程控制點(diǎn)進(jìn)行連測(cè)，并對(duì)需要與其他施工區(qū)段進(jìn)行銜接的已完成結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位高程進(jìn)行復(fù)核，這里的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位是指車站底板、中板、頂板、出入口等預(yù)留結(jié)構(gòu)開(kāi)口位置、盾構(gòu)洞門圈、馬頭門等部位。一旦發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵部位由于沉降影響而使原有結(jié)構(gòu)高程與設(shè)計(jì)值偏差過(guò)大，可能造成相鄰施工區(qū)段的結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)不能順利對(duì)接時(shí)，應(yīng)與設(shè)計(jì)單位協(xié)商進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

在實(shí)施過(guò)程中，埋設(shè)于地下結(jié)構(gòu)體的水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)在4個(gè)以上，且定期對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差進(jìn)行復(fù)測(cè)。注意保護(hù)埋設(shè)于結(jié)構(gòu)體上的地下水準(zhǔn)控制點(diǎn)，避免發(fā)生同時(shí)破壞所有地下水準(zhǔn)控制點(diǎn)的情況，以便于個(gè)別控制點(diǎn)破壞時(shí)能夠及時(shí)利用其他地下水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)。

2．附屬結(jié)構(gòu)施工測(cè)量采取的措施

車站附屬結(jié)構(gòu)的施工，一般是在車站主體結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行。在進(jìn)行附屬結(jié)構(gòu)施工時(shí)，首先將原車站地下高程控制點(diǎn)高程引測(cè)至附屬結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)，附屬結(jié)構(gòu)施工時(shí)以引測(cè)的高程數(shù)據(jù)為準(zhǔn)進(jìn)行放樣，實(shí)現(xiàn)主體與附屬結(jié)構(gòu)銜接部位的高程的對(duì)接。在與已建成建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)相接的施工作業(yè)前，應(yīng)將原車站地下高程控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)至已建成建筑的銜接部位，并對(duì)該區(qū)域的主體結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，與原竣工測(cè)繪成果進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果協(xié)助設(shè)計(jì)單位修正施工圖。

3．區(qū)間施工測(cè)量采取的措施

區(qū)間土建施工開(kāi)始之前，通過(guò)高程聯(lián)系測(cè)量將高程從地面?zhèn)鬟f至位于豎井或車站結(jié)構(gòu)上的地下穩(wěn)固水準(zhǔn)點(diǎn)上，并以上述地下水準(zhǔn)點(diǎn)指導(dǎo)施工掘進(jìn)，每次在隧道內(nèi)增設(shè)新的水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)均從位于豎井或車站的地下穩(wěn)固水準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始起算，地下穩(wěn)固水準(zhǔn)點(diǎn)成果不隨地面高程控制點(diǎn)的更新而更新，在距貫通面一定距離(盾構(gòu)為200～300 m，暗挖100～150 m)時(shí)或在預(yù)計(jì)貫通時(shí)間之前約一個(gè)月左右時(shí)，對(duì)存在貫通面的相鄰施工區(qū)段之間的地下水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行連測(cè)，統(tǒng)一兩個(gè)施工區(qū)段之間的高程系統(tǒng)，然后利用統(tǒng)一后的高程數(shù)據(jù)測(cè)量開(kāi)挖面及貫通面預(yù)留結(jié)構(gòu)(盾構(gòu)洞門圈或暗挖隧道已完成襯砌)實(shí)際高程，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果調(diào)整開(kāi)挖高程。采用盾構(gòu)方式開(kāi)挖的隧道根據(jù)連測(cè)結(jié)果對(duì)盾構(gòu)接收環(huán)的中心高程進(jìn)行測(cè)量，對(duì)隧道內(nèi)指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的高程控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和成果更新，及時(shí)調(diào)整自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，減小由于施工誤差及結(jié)構(gòu)體本身沉降所帶來(lái)的貫通誤差以實(shí)現(xiàn)順利貫通。

五、結(jié)束語(yǔ)

地鐵工程參建單位多，工序復(fù)雜，測(cè)量工作頭緒繁多且環(huán)環(huán)相扣，尤其受區(qū)域沉降影響的各施工區(qū)段高程控制點(diǎn)資料更新頻率較高，而且控制點(diǎn)和結(jié)構(gòu)本身均處于不斷的沉降變化之中，需要面對(duì)更加復(fù)雜的情況。地鐵工程相關(guān)設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位除采取相應(yīng)技術(shù)措施之外，需加強(qiáng)溝通、配合，及時(shí)了解沉降造成的施工影響，采用施工調(diào)整、設(shè)計(jì)變更等多種方法保證地鐵工程的順利完成。

［1］ 秦長(zhǎng)利．城市軌道交通工程測(cè)量［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

［2］ 秦長(zhǎng)利，于來(lái)法．GB 50308—2008城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．