舒 波， 吳泰楨， 趙仕淞， 任 建

(成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，四川成都 610000)

隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展，軌道交通以高速度、低能耗、高容納率、低污染等優(yōu)點(diǎn)成為公共交通系統(tǒng)的重要組成部分[1]。同時(shí)越來(lái)越多的項(xiàng)目沿地鐵線路開(kāi)發(fā)，在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中可能會(huì)影響運(yùn)營(yíng)線路地鐵結(jié)構(gòu)的安全。因此監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)營(yíng)線路地鐵結(jié)構(gòu)的安全性及施工項(xiàng)目自身安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文就以某地下通道頂管工程為例進(jìn)行分析，為以后地鐵保護(hù)區(qū)近距離地下通道施工提供參考依據(jù)。

1 工程概況

該地下通道頂管工程下穿市政主干道，上跨地鐵運(yùn)營(yíng)一號(hào)線。通道頂板上部覆土厚度約4.5 m，依次為地面道路路面結(jié)構(gòu)層、雜填土、粉質(zhì)黏土、砂層、松散卵石，其中頂管穿越地層為松散卵石和稍密卵石，局部為砂層，地下水位處于地下14 m。該通道與地鐵1號(hào)線十字交叉，與地鐵隧道左右線垂直凈距約為3 m(圖1)。相交位置的地鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，隧道埋深約12 m。根據(jù)CJJ/T 202-2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，判定該頂管工程對(duì)地鐵隧道作業(yè)影響等級(jí)為特級(jí)[2]。為確保地鐵運(yùn)營(yíng)線路與頂管施工安全，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)是非常有必要的。

圖1 地下人行通道與地鐵1號(hào)線位置關(guān)系

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1 地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道監(jiān)測(cè)方案

2.1.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

由于地鐵運(yùn)營(yíng)的限制，人工監(jiān)測(cè)只能在列車(chē)停運(yùn)后進(jìn)行，時(shí)效性不能滿足要求，因此對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)隧道的監(jiān)測(cè)采用全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含GeoMoS軟件、徠卡TM50監(jiān)測(cè)機(jī)器人、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠?圖2)。

圖2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)流程

GeoMoS軟件是由徠卡測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制和配置，可以按照既定的程序設(shè)置開(kāi)展監(jiān)測(cè)作業(yè)，并實(shí)時(shí)反映當(dāng)前監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。GeoMoS主要分為監(jiān)測(cè)器(Monitor)和分析器(Analyzer)，都連接于SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。徠卡TM50實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)焦距、正倒鏡監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、辨別目標(biāo)、對(duì)準(zhǔn)作用等自動(dòng)化功能，自動(dòng)照準(zhǔn)(ATR自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別)角度精度達(dá)到0.5″，距離達(dá)3 000 m，監(jiān)測(cè)精度滿足監(jiān)測(cè)要求。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸主要使用3G、4G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)終端(DTU)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)

地鐵運(yùn)營(yíng)隧道的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為豎向位移監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)收斂監(jiān)測(cè)、道床差異沉降四類(lèi)?？刂浦笜?biāo)應(yīng)根據(jù)城市軌道交通的結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)要求及現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50157《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》、CJJ/T 202-2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》確定，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值見(jiàn)表1。

隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)位主要包含固定設(shè)站點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)。固定設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)選取在頂管工程對(duì)隧道的影響范圍之外，且在基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)之間相對(duì)穩(wěn)定的位置進(jìn)行布置?；鶞?zhǔn)點(diǎn)包含2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組，選取在地下通道施工影響范圍外地鐵1號(hào)線上下行線洞身處各布置基準(zhǔn)點(diǎn)4個(gè)，并牢固的安置觀測(cè)棱鏡。監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置在隧道洞身斷面上，平面垂直交叉區(qū)3 m一個(gè)斷面，交叉區(qū)以外每隔10 m布置一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)5個(gè)棱鏡，分別為隧道道床2個(gè)、拱腰2個(gè)以及靠近地下通道側(cè)拱部位置1個(gè)，沿隧道洞身環(huán)向布置(圖3～圖5)。

表1 運(yùn)營(yíng)地鐵1號(hào)線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值

備注：監(jiān)測(cè)過(guò)程中，及時(shí)與洞外(地下通道)監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析。道床縱向差異沉降控制值為0.04%Li，Li為沿隧道軸向兩測(cè)點(diǎn)間距。

圖3 點(diǎn)位平面布置示意

圖5 區(qū)間隧道斷面測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

2.1.3 計(jì)算方法的選取

地鐵區(qū)間隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，限制了許多監(jiān)測(cè)方法的使用，本項(xiàng)目主要選用極坐標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算。該方法是利用數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)原理，以兩個(gè)已知點(diǎn)為坐標(biāo)軸，以其中一個(gè)點(diǎn)為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)到極點(diǎn)的距離，以及觀測(cè)點(diǎn)與極點(diǎn)連線和兩個(gè)已知點(diǎn)連線的夾角從而來(lái)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的方法。其特點(diǎn)為方便靈活，能較好地避開(kāi)各種遮擋，且工作效率高，適合于各種條件的監(jiān)測(cè)。

2.2 地表隆沉監(jiān)測(cè)

為監(jiān)控地下通道周?chē)馏w的位移，了解土體穩(wěn)定性，對(duì)下穿通道與運(yùn)營(yíng)隧道的安全狀況間接判斷，應(yīng)進(jìn)行地表監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制指標(biāo)參考頂管施工相關(guān)技術(shù)規(guī)范、設(shè)計(jì)要求和相關(guān)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合地區(qū)地層特性和項(xiàng)目特點(diǎn)確定(表2)。測(cè)點(diǎn)埋設(shè)主要采用窖井測(cè)點(diǎn)形式，利用人工開(kāi)挖或鉆具成孔的方式進(jìn)行埋設(shè)，要求穿透路面結(jié)構(gòu)層(圖6、圖7)。計(jì)算方法采用高程差計(jì)算，即利用測(cè)得的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的高差計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)隆沉情況。

表2 地下通道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值

(a) 測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

(b) 鉆孔

(c) 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)圖6 地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)示意

圖7 地表沉降斷面監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)(單位:mm)

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

該工程于6月18日始發(fā)，8月1日進(jìn)入地鐵左線范圍，8月6日穿出地鐵左線外緣，8月10日進(jìn)入地鐵右線范圍，8月13日穿出地鐵右線，順利完工。本文主要選取地鐵隧道結(jié)構(gòu)豎向與水平位移、地表沉降進(jìn)行分析。

根據(jù)地鐵隧道區(qū)間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：在頂管施工過(guò)程中對(duì)地鐵隧道的影響非常小，豎向位移最大隆起值0.54 mm(控制值：5 mm)；水平位移最大值為-0.79 mm(規(guī)范控制值：10 mm)；在施工過(guò)程中數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象(圖8、圖9)。

(a) 頂管機(jī)穿越右線隧道

(b) 頂管機(jī)穿越左線隧道圖8 地鐵隧道結(jié)構(gòu)豎向位移曲線

根據(jù)地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：在頂管施工過(guò)程中對(duì)地表沉降的影響較大，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位超過(guò)控制值，達(dá)到35 mm。具體數(shù)據(jù)分析如下：(1)盾構(gòu)頂管機(jī)穿越地鐵隧道左線過(guò)程中地表沉降遠(yuǎn)小于右線上方沉降值，主要原因?yàn)槁访嬷匦落佋O(shè)鋼板造成原有測(cè)點(diǎn)壓占、破壞，后期重新布設(shè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致穿越過(guò)程中左線上方地表部分沉降值損失(刀盤(pán)擾動(dòng)造成的沉降)。左線上方沉降值僅占右線上方沉降值的5 %～15 %，故說(shuō)明施工造成沉降的主要原因?yàn)榈侗P(pán)擾動(dòng)造成的地層塌陷。(2)地表沉降值在-10 mm～-35 mm之間，遠(yuǎn)超出施工前評(píng)估值最大值-5 mm，且部分測(cè)點(diǎn)有沉浮現(xiàn)象，在實(shí)際施工過(guò)程中出現(xiàn)了塌陷及補(bǔ)注漿引起該現(xiàn)象(圖10)。

(a) 頂管機(jī)穿越右線隧道

(b) 頂管機(jī)穿越左線隧道圖9 地鐵隧道結(jié)構(gòu)水平位移曲線

圖10 地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)線路中線點(diǎn)累計(jì)沉降曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)地下通道頂管施工過(guò)程中，地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)變化量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于控制值，無(wú)明顯異常，地鐵運(yùn)營(yíng)正常。

(2)施工期間由于刀盤(pán)擾動(dòng)明顯甚至引起地表塌陷，地表沉降累計(jì)值超過(guò)控制值，應(yīng)在施工前對(duì)地層進(jìn)行加固，施工完成后應(yīng)對(duì)地層進(jìn)行補(bǔ)償注漿確保道路路面安全。

(3)結(jié)合地鐵隧道與地表監(jiān)測(cè)累計(jì)值分析，小面積塌陷不會(huì)影響地鐵隧道監(jiān)測(cè)值的突變。

(4)該工程地鐵保護(hù)措施有效，為以后類(lèi)似的工程積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。