摘要：上海地鐵隧道的變形及形變的因素有很多，包括地質(zhì)條件、地下水狀況、地表沉降、安保區(qū)違規(guī)施工等因素，均會(huì)對(duì)在建地鐵、運(yùn)營地鐵產(chǎn)生一定影響。如果不能對(duì)地鐵隧道重點(diǎn)區(qū)間進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，造成的后果難以估量。工程經(jīng)驗(yàn)表明地鐵隧道一旦發(fā)生險(xiǎn)情，將會(huì)造成巨大的災(zāi)難和損失，民眾也會(huì)恐慌心理，對(duì)社會(huì)安定產(chǎn)生不良影響。該研究借助某工程施工監(jiān)測(cè)狀況進(jìn)行了分析，對(duì)緊鄰基坑施工擾動(dòng)影響的隧道變形進(jìn)行了全面合理的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要使用設(shè)備為全站儀，可實(shí)現(xiàn)24 h無人值守連續(xù)監(jiān)測(cè)，每次監(jiān)測(cè)均可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)完成要求。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)可為后期施工提供一定的理論參考依據(jù)，為工程應(yīng)用的順利實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；變形監(jiān)測(cè)；基坑施工；安全控制

中圖分類號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（c）-0083-02

近年來上海地鐵的運(yùn)營里程的不斷增加，數(shù)以千萬的日客流量已成為常態(tài)化，軌道交通大動(dòng)脈的貫通，為城市高速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為上海這座金融中心的提供了強(qiáng)大發(fā)展動(dòng)力。隨著網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的發(fā)展，地鐵沿線周圍深基坑開挖作業(yè)不斷增多，部分基坑與地鐵隧道間距越來越小。加強(qiáng)運(yùn)營期地鐵隧道的維保工作，減小緊鄰地鐵隧道基坑開挖、建筑施工等作業(yè)產(chǎn)生的負(fù)面影響，是當(dāng)下地鐵運(yùn)營期需主要考慮的任務(wù)。

信息化施工在當(dāng)前在建地鐵，運(yùn)營線路施工中貫穿始終，信息化作業(yè)可有效指導(dǎo)施工過程。施工中主要采用時(shí)空效應(yīng)法、逆作法及注漿法等保護(hù)臨近隧道，避免隧道變形等狀況的發(fā)生。但上述一切要求需建立在對(duì)地鐵隧道變形的嚴(yán)密監(jiān)控基礎(chǔ)上。常規(guī)地鐵變形監(jiān)測(cè)方法主要有：連通管法、巴塞特等手段，對(duì)運(yùn)營地鐵速調(diào)的監(jiān)測(cè)難度較高。原因在于地鐵一般運(yùn)行時(shí)間短，運(yùn)行期間相關(guān)操作人員嚴(yán)禁入內(nèi)。當(dāng)前也有采用電水平、三維激光等監(jiān)測(cè)技術(shù)，考慮到高精度的需要，本文介紹無人看護(hù)、全自動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，可在短期時(shí)間內(nèi)完成隧道的變形監(jiān)測(cè)，并及時(shí)提交數(shù)據(jù)成果，為臨近基坑施工及運(yùn)營地鐵監(jiān)護(hù)可提供更加可靠的參考依據(jù)。

1 隧道監(jiān)測(cè)原則、要求分析

1.1隧道監(jiān)測(cè)原則

隧道監(jiān)測(cè)需要遵循以下原則：①可靠性原則，作為監(jiān)測(cè)中最為關(guān)鍵的原則，需要格外的注意，為了有效的提升監(jiān)測(cè)的可靠性，可以采用高精度儀器，并注重對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的保護(hù)；②多層次原則，在檢測(cè)對(duì)象的選擇上，要注意對(duì)位移和隧道內(nèi)力的考慮并兼顧其他監(jiān)測(cè)目的，主要采用儀器監(jiān)測(cè)及巡檢的方法；③重點(diǎn)區(qū)間監(jiān)測(cè)原則，需要根據(jù)工程對(duì)象的不同合理的設(shè)置施工步驟，不切有針對(duì)性的對(duì)重點(diǎn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注建筑物及地下管線的安全問題.

1.2地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)的要求

首先，監(jiān)測(cè)目的。運(yùn)營地鐵隧道監(jiān)測(cè)主要考慮隧道變形規(guī)律、形變特性，在保證地鐵運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行基坑開挖作業(yè)，為基坑開發(fā)提供合理的監(jiān)測(cè)依據(jù)。

其次，監(jiān)測(cè)要求。基坑施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)、連續(xù)工程，地鐵隧道受施工影響，其實(shí)際施工位置也是變化的，為此需要加強(qiáng)隧道變形的連續(xù)監(jiān)測(cè)。運(yùn)營地鐵隧道中，一般大部分時(shí)間是全封閉狀態(tài)，不允許人員進(jìn)入。為此，需要在隧道內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，借助先進(jìn)儀器設(shè)備替代傳統(tǒng)人工操作，提高隧道水平、垂直方向監(jiān)測(cè)的精確性。并且，需要考慮地鐵運(yùn)行時(shí)間狀況，一般地鐵運(yùn)行時(shí)間較短，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)受影響區(qū)域的隧道變形狀況。某項(xiàng)目中，結(jié)合綜合樓的設(shè)計(jì)圖紙及上海市地鐵保護(hù)相關(guān)文件要求，確定監(jiān)測(cè)對(duì)象為地鐵區(qū)間隧道基坑沿線60 m及兩端延伸30 m位置，共計(jì)120 m。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括基坑影響區(qū)域范圍內(nèi)的隧道水平、垂直位移。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

一套完整的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一般無需外接干預(yù)，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)、報(bào)表編制等功能。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)重要組成部分，那就是硬件和軟件，具體包括以下內(nèi)容：Leica TS30全站儀、計(jì)算機(jī)、相關(guān)軟件、供電及通信電纜等。

Leica TS30全站儀可以自動(dòng)進(jìn)行棱鏡的識(shí)別，可以發(fā)揮獨(dú)特的跟蹤功能還需要具有自校準(zhǔn)、自動(dòng)跟蹤的能力；合理同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行操作，具有重復(fù)測(cè)量的功能，可以隨時(shí)變化監(jiān)測(cè)方式，進(jìn)行正倒鏡測(cè)量等操作。考慮到全站儀是通過三維坐標(biāo)來完成測(cè)量過程的，只需要進(jìn)行一次就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直和水平方面的測(cè)量，具體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果的探討

3.1 監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)的布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況、監(jiān)測(cè)方案，某工程地鐵隧道區(qū)間布置了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)斷面13個(gè)，每個(gè)斷面布置了5～7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一共86個(gè)監(jiān)測(cè)棱鏡，斷面間距為5 m。借助Leica TS30全站儀進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。人工監(jiān)測(cè)17個(gè)、2個(gè)為收斂斷面、13個(gè)軌距與差異沉降斷面，還有兩個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)斷面，夜間停車后一般需要借助人工監(jiān)測(cè)完成作業(yè)。

3.2 監(jiān)測(cè)方案

首先，監(jiān)測(cè)組織，現(xiàn)場(chǎng)一般會(huì)成立一個(gè)盾構(gòu)下穿監(jiān)測(cè)組，該小組需要及時(shí)與業(yè)主、施工方的密切配合，并對(duì)盾構(gòu)下穿過程進(jìn)行全程跟蹤，實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)監(jiān)測(cè)，借助自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和指導(dǎo)作業(yè)的目的。監(jiān)測(cè)施工中，監(jiān)測(cè)組、盾構(gòu)機(jī)操控室電話相連接，一般間隔0.5 h便會(huì)進(jìn)行一次位移觀測(cè)，間隔1 h會(huì)形成一份完整的報(bào)告，每拼裝一環(huán)管片后，匯報(bào)一次掘進(jìn)參數(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主要包括：行進(jìn)速度、刀盤扭矩、注漿量及出土量等。監(jiān)測(cè)工作具有準(zhǔn)確、及時(shí)、高效的特點(diǎn)，可做到三方聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，保證施工人員、專家可結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)整，控制土倉壓力、千斤頂推力、注漿壓力等滿足施工要求。并可再次對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，做到隧道信息的全面科學(xué)管理，加強(qiáng)信息化施工建設(shè)水平的大幅提升。

其次，監(jiān)測(cè)結(jié)果分析。從圖2中分析可以得出下述幾點(diǎn)結(jié)論：第一、5.9-5.10日、6.1-6.3之間，隧道發(fā)生較為明顯的沉降趨勢(shì)，表明盾構(gòu)施工在進(jìn)入下方邊緣時(shí)，發(fā)生了快速沉降，原因在于隧道結(jié)構(gòu)較為敏感，一般需要借助盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行土倉壓力的控制，避免隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)一步沉降；第二，從5.16-6.2日的沉降狀況分析可得出，沉降趨勢(shì)變化較為穩(wěn)定，說明施工中，盾構(gòu)機(jī)脫離4號(hào)線行進(jìn)至穩(wěn)定區(qū)域后，盾構(gòu)參數(shù)仍較為穩(wěn)定，可及時(shí)進(jìn)行背后注漿、二次注漿管理。雖然后續(xù)仍有工后沉降，但是沉降量仍較小，無法對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生過多負(fù)面影響。該項(xiàng)目中左線穿越完成后，最大累計(jì)沉降為7.0～7.1 mm，在變形控制規(guī)定范圍之內(nèi)；第三，右線穿越后，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生的故障問題，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)間延長(zhǎng)，在地鐵其他線軌區(qū)內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)，引起了隧道結(jié)構(gòu)的過渡沉降，危害極大，這一沉降呈現(xiàn)出明顯波動(dòng)的趨勢(shì)；第四、6.2-6.9期間內(nèi)沉降趨勢(shì)又有顯著變化，呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，沉降速率也有一定提高，表明右線穿越時(shí)，地鐵結(jié)構(gòu)的重疊影響極為嚴(yán)重，反應(yīng)靈敏度增加，但是其他盾構(gòu)參數(shù)仍維持在較為穩(wěn)定的區(qū)間，屬于勻速快速運(yùn)行。6.9日之后，發(fā)生了少量沉降作用，累計(jì)數(shù)據(jù)為（9.0±0.2）mm之內(nèi)；左右累計(jì)沉降為（16.0±0.2）mm，均在變形控制范圍之內(nèi)；第五、穿越完成后，需要加強(qiáng)后續(xù)監(jiān)測(cè)，提高隧道結(jié)構(gòu)變形、沉降變形的管理和預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，隧道穿越初期具有一定規(guī)律性，如初期沉降量較大，原因在于該類穿越是始發(fā)穿越，相關(guān)設(shè)備，尤其是盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)不滿足最佳狀態(tài)，需要根據(jù)工程特點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的調(diào)節(jié)，保證盾構(gòu)機(jī)可及時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，提高參數(shù)設(shè)置的合理性，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定、均勻的狀態(tài)。endprint

4 隧道變形影響因素分析

4.1 施工期的影響

地鐵施工變形的主要原因在于：盾構(gòu)機(jī)推動(dòng)周邊土壤、灌漿施工等引起的負(fù)面現(xiàn)象。隧道施工一般是盾構(gòu)推進(jìn)半年后開工，隧道變形、土體變形等一般是作業(yè)期間便會(huì)形成；鋪設(shè)隧道前，需要及時(shí)將接縫螺栓擰緊，并考慮二次預(yù)緊的作用。再者，土壓平衡盾構(gòu)、施工工藝等將會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生負(fù)面影響，隧道施工變形一般是均勻的，在量值區(qū)間內(nèi)，對(duì)縱向變形的負(fù)面影響相對(duì)較少。

4.2 隧道上方載荷

地表上方一般不是空曠區(qū)域，可能有建筑體、設(shè)備、工廠等，容易產(chǎn)生地表加載作用，進(jìn)而會(huì)引起地鐵隧道縱向不均勻性。如果地鐵隧道是飽和黏土，考慮到隧道下側(cè)土體反作用力影響，下土層壓縮模量會(huì)與未修建隧道前偏小，同時(shí)受擾動(dòng)土層的長(zhǎng)時(shí)間下沉固結(jié)的地鐵隧道在地層表面加載時(shí)候仍在緩緩持續(xù)，因此加載施工時(shí)，土層壓縮厚度比正常狀況下更大，地表加載量可能會(huì)更小，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生較為輕微的隧道下土層下沉問題。

4.3 周邊基坑施工

地鐵隧道在四周開挖基坑作業(yè)中，可能會(huì)引發(fā)隧道變形，主要表現(xiàn)：基坑隆起、基坑斜向變形。

施工中，如果基坑向下開挖，一般會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生垂直方向的作用力，引起基坑底部土體的反彈問題等不容忽視。此外，還需要考慮周圍土體對(duì)基坑的擠壓作用力，避免基坑底部土體水平作用力的負(fù)面影響，該狀況會(huì)導(dǎo)致基坑底部土體向上隆起問題嚴(yán)重。再者，基坑開挖深度增加，基坑內(nèi)外高度差會(huì)逐漸加大，這種高差所引起的加載力也會(huì)增加，會(huì)推動(dòng)基坑四周土體向內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生明顯的隆起問題。

5 結(jié)語

該研究針對(duì)地鐵隧道中的隧道變形問題、監(jiān)測(cè)方法等進(jìn)行了探討，主要探討了無人看守、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)管理的方法。工程研究表明，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可充分滿足系統(tǒng)工程的要求，具有監(jiān)測(cè)速度快、精度高、負(fù)面影響小及自動(dòng)化程度極高的優(yōu)勢(shì)，可在地鐵運(yùn)行時(shí)間內(nèi)完成所需的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。借助監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)結(jié)果可為后期基坑施工打下良好基礎(chǔ)，提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。

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