路 曉 鳳

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

城市軌道交通施工涉及到城市地下工程施工，施工在地層內(nèi)部進(jìn)行，無論其埋深大小，導(dǎo)致地層出現(xiàn)不可避免的擾動，特別是在城市中心地面建筑物高大密集、交通繁忙地段、地下管線十分豐富的環(huán)境施工，施工中引起的地層變形甚至?xí)?dǎo)致地面沉降或坍塌，致使道路損壞、地下既有管線破損以及附近高大建筑物變形或塌陷，出現(xiàn)類似問題會對人民生命財(cái)產(chǎn)安全及工程的建設(shè)造成不可估量的傷害，問題嚴(yán)重者直接造成重大經(jīng)濟(jì)損失和社會負(fù)面影響[1].所以在繁華的城市中心地下進(jìn)行施工時，監(jiān)控量測不但充當(dāng)著工程施工的眼睛，時刻了解施工土體動態(tài)，而且對于施工組織管理和施工安全也具有重要意義[2].

1 工程概況

長春市解放大路站為地鐵1號線和2號線換乘車站，位于人民大街與解放大路十字路口交匯處，為地鐵1號線和2號線“十”字換乘暗挖車站.2號線解放大路站沿東西向跨路口設(shè)置，2號線車站主體為側(cè)式站臺，有效站臺寬6.8 m，為標(biāo)準(zhǔn)雙層、雙跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)，采用6導(dǎo)洞PBA工法施工，暗挖車站主體總長206.7 m，凈寬21.6 m，車站覆土7.5～9.5 m，底板埋深25.94～27.94 m.

2 監(jiān)控量測的目的

監(jiān)控量測是施工的重要組成部分，通過監(jiān)測掌握圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)、地表及周圍文物建筑的動態(tài)，及時了解施工對土質(zhì)的影響，積極預(yù)測和反饋，用監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)，用于指導(dǎo)施工，在最大限度減少對周圍環(huán)境的影響的同時，盡可能的降低工程造價，并為以后的工程施工做技術(shù)儲備[3].

1)保證施工完全.在地鐵暗挖車站中，監(jiān)控量測可直觀反映出開挖工程在地層中的應(yīng)力擾動而形成的影響，控制地下工程施工對環(huán)境的影響程度，為了確保施工中車站在地下開挖造成對周邊環(huán)境的潛在危險，及時通過在施工過程中的現(xiàn)場量測勘探的結(jié)果，更好的為設(shè)計(jì)和施工提供重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)并及時通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、效驗(yàn)、分析、判斷及時預(yù)測地層的變化的發(fā)生及發(fā)展，更好反饋到施工中，為工程項(xiàng)目和周邊環(huán)境安全提供可靠的依據(jù)；

2)優(yōu)化施工.施工方法的不同引起的地層擾動程度也不同，為保障周圍建筑物與結(jié)構(gòu)本身的安全，及時將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值相比較，調(diào)整設(shè)計(jì)、施工參數(shù)，完善并修正設(shè)計(jì)方案，確定合理的施工工藝和施工工序，優(yōu)化施工；

3)預(yù)測事故的發(fā)生.掌握被監(jiān)測物的變形情況，根據(jù)變形的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，確定是否需要采取安全保護(hù)措施，以確保施工的正常運(yùn)營.

4)提供時間依據(jù).驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)型式、支護(hù)參數(shù)在工程中的合理性，及時的對支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法的合理性及其安全性做出評價及建議，為確定二次支護(hù)的時間提供合理依據(jù).

5)總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn).對研究圍巖性質(zhì)、地下水條件、施工工藝與地表沉降和地質(zhì)變形的關(guān)系提供可靠數(shù)據(jù)，為今后的類似在建項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供類比依據(jù).

3 監(jiān)控量測項(xiàng)目及要求

監(jiān)控量測項(xiàng)目嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，依據(jù)項(xiàng)目周圍環(huán)境、工程中施工的方式方法及重要性等選擇測試項(xiàng)目.根據(jù)實(shí)際施工情況，監(jiān)測項(xiàng)目主要方式選定位移監(jiān)測，在應(yīng)力監(jiān)測為輔的同時，添加其他監(jiān)測數(shù)據(jù)相互對應(yīng)，使監(jiān)測結(jié)果方便可行[4].

1)車站監(jiān)控量測布設(shè)，見圖1.

2)車站主體雙層地段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)見表1.

圖1 車站監(jiān)控量測布設(shè)圖

表1 解放大路站施工監(jiān)控量測表

據(jù)解放大路車站實(shí)例，目前涉及到的監(jiān)測項(xiàng)目包括地表沉降監(jiān)測、地下管線監(jiān)測、拱頂沉降監(jiān)測、圍巖收斂監(jiān)測、建筑物沉降監(jiān)測五項(xiàng).

4 測點(diǎn)布置及監(jiān)測方法

首先建立水平位移和垂直位移監(jiān)測控制要點(diǎn).針對監(jiān)測對象的關(guān)鍵位置，采用地平面測點(diǎn)做主控點(diǎn)建立水平位移監(jiān)測網(wǎng)，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為軸線形；利用某一部位高程控制網(wǎng)作為重要控制點(diǎn)，建立垂直位移監(jiān)控網(wǎng)，與地表沉降監(jiān)測地點(diǎn)形成地面高程位移監(jiān)控網(wǎng)，同時將主控點(diǎn)高程通過臨時施工豎井引測至井底，在豎井底部埋設(shè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，設(shè)置定期復(fù)測點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確.監(jiān)測點(diǎn)要堅(jiān)固、穩(wěn)定，主控點(diǎn)埋設(shè)堅(jiān)固、穩(wěn)定，安全可靠，定期進(jìn)行聯(lián)測[5].

4.1 建筑物地表沉降監(jiān)測

4.1.1 測點(diǎn)布置及埋設(shè)

為了確保保護(hù)測點(diǎn)不遭到破壞，采用人工開挖或鑿鉆成孔的方式埋設(shè)，要求必須透過硬質(zhì)地面，而且交通要道及地表沉降的測點(diǎn)標(biāo)志都是選用窖井測點(diǎn)(地面觀測沉降點(diǎn)埋設(shè)，見圖2).測點(diǎn)增加保護(hù)蓋措施，孔徑為150 mm.地表沉降監(jiān)測測點(diǎn)應(yīng)于地面保持平整，防止凹凸不平影響市民通行，同時，測點(diǎn)埋設(shè)準(zhǔn)確定點(diǎn)，明確標(biāo)示，方便保存[6].路面地表監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)照片見圖3、4.

圖2 地面觀測沉降點(diǎn)埋設(shè)

4.1.2 地表平面位移觀測

根據(jù)現(xiàn)場平面及既有導(dǎo)線控制點(diǎn)分布情況，在地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)兩側(cè)30 m范圍內(nèi)且不小于1.5H(H為基坑深度)的既有地表四周及容易產(chǎn)生沉降的承重部位(變形特征點(diǎn))埋設(shè)測點(diǎn)[7].地表平面位移觀測采用全站儀按照監(jiān)測頻率直接測定位移觀測點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)多次采集的坐標(biāo)發(fā)生的變化測定位移；并根據(jù)變形體沿水平方向的位移值，提供變形趨勢及穩(wěn)定預(yù)報(bào)[8].

圖3 路面地表點(diǎn)埋設(shè)(Ⅰ)

圖4 路面地表點(diǎn)埋設(shè)(Ⅱ)

在測點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)的中間位置通過水準(zhǔn)儀加以測量，直接取測點(diǎn)形成的高度差，在閉合差允許范圍內(nèi)計(jì)算地表沉降點(diǎn)的高程，通過地表測點(diǎn)高程的變化量來反映其沉降量.例如由基點(diǎn)通過水準(zhǔn)測量測出建筑物沉降觀測點(diǎn)的初始高程為H0；在施工過程測出的高程為H1，則高差ΔH=H1-H0即為地表的沉降值[9].

4.1.4 觀測方法

水平位移采用交會法，采用萊卡ts1201全站儀，首先在工作基點(diǎn)上架設(shè)全站儀，觀測兩個基準(zhǔn)點(diǎn)的方位角和距離值，求得測點(diǎn)的坐標(biāo)值.然后變換工作基點(diǎn)重復(fù)上述操作，求得每一工作基點(diǎn)的坐標(biāo)值.每期觀測數(shù)據(jù)與第一期數(shù)據(jù)做對比，以及相鄰兩期數(shù)據(jù)對比，求得數(shù)據(jù)差發(fā)現(xiàn)變化大點(diǎn)位，及時處理所在地區(qū)[10].

地表沉降采用水準(zhǔn)線路法，用美國天寶DINI03數(shù)字水準(zhǔn)儀，首先在基準(zhǔn)點(diǎn)上立尺，讀取數(shù)據(jù)，然后在每個每個工作點(diǎn)上立尺做好記錄.在觀測時要多次測量剔除錯誤度數(shù)取平均值法作為最終數(shù)據(jù).后期按照規(guī)范要求定期觀測數(shù)據(jù)，求取每次度數(shù)之間的量差，以及每期觀測與初始數(shù)據(jù)的量差，發(fā)現(xiàn)變化超出規(guī)范要求的需要停止施工，對地層做相應(yīng)加固處理[11].

4.2 地下管線變位監(jiān)測

4.2.1 測點(diǎn)布置及埋設(shè)

測點(diǎn)的布置應(yīng)選在管線接頭端，或是對位移變化比較敏感的位置；順著管線伸長方向間隔為5～20 m距離增設(shè)一個測點(diǎn)[12].布點(diǎn)沿用在管線頂面直接打入測桿到管頂，并在測桿頂端加置窯井蓋(圖5所示)或抱箍式埋設(shè)測桿(圖6所示).當(dāng)采用抱箍式時，把扁鐵做成抱箍緊固在管身，為了保護(hù)測點(diǎn)在抱箍上端焊一測桿，使測桿位于地面下方(見圖7)，并布置窖井加蓋，便于車輛通行.

華西醫(yī)院的暑期干部培訓(xùn)旨在提高干部素質(zhì)，提升管理水平，聚焦醫(yī)院事業(yè)發(fā)展。為了打造科學(xué)的培訓(xùn)體系，醫(yī)院從以下幾個方面著力開展暑期干部培訓(xùn)項(xiàng)目。

圖5 測桿端加窯井蓋

4.2.2觀測方法

地下管線監(jiān)測也采用美國天寶DINI03數(shù)字水準(zhǔn)儀施測，沉降觀測作業(yè)前半個月應(yīng)埋好標(biāo)志，穩(wěn)定后方可開始觀測；按國家二等水準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行[13].在作業(yè)過程中采用相同的觀測路線和觀測方法，使用同一儀器，并盡量長期固定司鏡人員.

沉降計(jì)算方法如下：本次沉降=本次高程-上次高程

圖6 抱箍式埋設(shè)測桿

圖7 測桿焊于抱箍上端示意圖

累積沉降=上次累積沉降+本次沉降

初測規(guī)定為兩次，即觀測兩個往返，成果取平均值使用，以保證初測成果的可靠性.

按照《建筑變形測量規(guī)程》規(guī)定，觀測點(diǎn)測站高差中誤差二級≤0.5 mm.沉降量是否進(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時間關(guān)系曲線判定[14].

4.3 拱頂沉降監(jiān)測

4.3.1 測點(diǎn)布置及埋設(shè)

拱頂下沉測點(diǎn)安放位于拱頂中心線上，與周圍的位移監(jiān)測點(diǎn)在同一水平斷面上，先進(jìn)行格柵拱架安裝，完畢后，再將預(yù)埋件依次焊于拱頂部位，緊接著噴射混凝土，待完全凝固后，為了更準(zhǔn)確的讀取初始值量測必須將雜物清掃干凈；凈空收斂測點(diǎn)，先行格柵拱架的安裝，再把預(yù)埋件焊于拱腰位置，兩預(yù)埋件在近可能放在一條軸線位置上.等待該部位混凝土凝固后收拾干凈方可量測.

4.3.2 觀測方法

拱頂沉降監(jiān)測也采用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，拱頂下沉在支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后的12 h內(nèi)取得初始讀數(shù)，其余按照表1監(jiān)測頻率進(jìn)行定期監(jiān)測，在發(fā)生變形較大時應(yīng)加密監(jiān)測，并向施工單位提出預(yù)警.觀測完成后整理數(shù)據(jù)分析制作拱頂沉降測點(diǎn)布置圖、拱頂沉降位移變化與時間的曲線趨勢變化圖、位移-時間分析資料[15].

4.4 圍巖收斂監(jiān)測

4.4.1 測點(diǎn)布置及埋設(shè)

與拱頂下沉測點(diǎn)布置在同一斷面上，每斷面1條測線，埋設(shè)時保持水平.將Ф6圓鋼彎成邊長為20 cm的U形鉤，焊接到安裝好的格柵上，初噴后鉤子露出砼面3 cm左右，用油漆做好標(biāo)記，并掛設(shè)標(biāo)識牌，作為洞內(nèi)收斂的測點(diǎn)，見圖8.現(xiàn)場收斂點(diǎn)監(jiān)測照片見圖9、10.

圖8 洞內(nèi)收斂測點(diǎn)布設(shè)示意圖

圖9 監(jiān)測圖片

圖10 監(jiān)測圖片

4.4.2觀測方法

收斂監(jiān)測利用鋼尺式收斂儀，當(dāng)測量兩點(diǎn)間的距離時，先將兩掛鉤掛在待測兩點(diǎn)的鉤子上.將定位銷針插進(jìn)臨近測尺的定位孔中，調(diào)整調(diào)節(jié)螺母使游動線與指示線重合(使拉力彈簧保持在恒力狀態(tài))，便可讀取百分表數(shù)值，加上尺子測值，即可得出兩點(diǎn)間的距離.收斂計(jì)觀測窗面板上有一條直線稱為第一條直線，在觀測窗的中央.觀測窗內(nèi)還有一條直線稱為第二直線，收斂觀測時，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母使鋼尺收緊到觀測窗內(nèi)第二條直線與面板上的直線重合時讀取測值.測得斷面兩基點(diǎn)距離的相對變形和變形規(guī)律的量測，為了精準(zhǔn)度采取每次連續(xù)重復(fù)測量讀取至少三次數(shù)值，以三次的平均值作為本次測點(diǎn)讀數(shù).

4.5 建筑物沉降監(jiān)測

4.5.1 測點(diǎn)布置及埋設(shè)

建筑物沉降觀測點(diǎn)布設(shè)在建筑物四周及容易產(chǎn)生沉降的承重部位.在進(jìn)行埋設(shè)沉降測點(diǎn)時，采用沖擊電鉆在構(gòu)筑物基礎(chǔ)及墻面鉆孔的方式，再放入長200～300 mm，半徑10～15 mm的半圓頭呈彎曲型的鋼筋，用水泥砂漿將四周充實(shí)并穩(wěn)固.每個建(構(gòu))筑物不少于3個測點(diǎn).為了方便測點(diǎn)觀測埋設(shè)位置和高度應(yīng)選取合適地點(diǎn)，避免在施工過程中受到破壞.測點(diǎn)埋設(shè)如圖11所示.現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)照片見圖12.

圖11 建筑物測點(diǎn)布設(shè)示意圖

圖12 現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)照片

4.5.2監(jiān)測方法

建筑物沉降監(jiān)測采用幾何水準(zhǔn)測量方法，使用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，以既有基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)測定受測點(diǎn)的高度距離，根據(jù)反饋數(shù)值變化從而計(jì)算建筑物變形情況.例如由基點(diǎn)通過水準(zhǔn)測量測出建筑物沉降觀測點(diǎn)的初始高程為H0；在施工過程測出的高程為H1，則高差ΔH=H1-H0即為建筑物或地表的沉降值，測出沉降值后可進(jìn)行建筑物傾斜值計(jì)算；根據(jù)多次采集的坐標(biāo)發(fā)生的變化測定位移，并根據(jù)變形體沿水平方向的位移值，提供建筑物的變形趨勢及監(jiān)測預(yù)報(bào).

5 地表沉降的控制

5.1 地表沉降機(jī)理分析

地鐵暗挖工程施工的巖層或土層在自然狀態(tài)下，處于平衡狀態(tài).在地下暗挖施工中，通過人工開鑿、機(jī)械開挖等方式進(jìn)行施工.施工過程中降低結(jié)構(gòu)的可靠性，引起周圍圍巖的松動，繼而導(dǎo)致周邊建筑物失穩(wěn)，這種狀態(tài)在較短時間或者長時間的質(zhì)變才能顯露出來，可能會出現(xiàn)出地表坍陷或建筑房屋變形等現(xiàn)象.

地表沉降即地表發(fā)生垂直位移.地表垂直位移不均勻從而引發(fā)地表塌陷、變形.

5.2 地表沉降原因分析

1)解放大路車站主體所在地質(zhì)情況比較復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性較差，在開挖過程中容易發(fā)生變形，引發(fā)地表沉降；

2)解放大路車站主體場地為富水地層，土層呈軟塑或硬塑狀態(tài)，失水后收縮性強(qiáng)，透水性差.持續(xù)施工容易引發(fā)變形，發(fā)生地面沉降；

3)施工過程中存在質(zhì)量差的問題，比如初支背后縫隙的空洞會造成上方巖土的位移，從而影響地表產(chǎn)生沉降；

4)解放大路站車站主體施工區(qū)間上層地表為交通繁忙的地段，車來車往，過多的車輛經(jīng)過，地表壓力過大從而引起地表沉降；

5)解放大路站車站施工土體受所在地區(qū)氣候影響，冬季氣候相對過低，地層中的水分凍結(jié)和冰體的增長引起土地膨賬、發(fā)生變形，地表不均勻隆起引發(fā)地表沉降.

5.3 地表沉降控制措施

1)針對地質(zhì)條件差、圍巖自穩(wěn)能力差的特點(diǎn)，在開挖和初期支護(hù)等工序中嚴(yán)格按照“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤測量”十八字方針實(shí)施施工.并采取適當(dāng)?shù)妮o助措施加固地層，如小導(dǎo)管超前支護(hù)注漿加固地層.

2)針對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于要求的問題，除了采用補(bǔ)強(qiáng)加固措施外，結(jié)合預(yù)測數(shù)據(jù)和實(shí)際測量的資料，同時采用輔助施工，如臺階法、增設(shè)鎖腳錨管、架設(shè)臨時仰拱直至采用CRD工法.

3)針對富水地層大量滲漏水導(dǎo)致過大地表沉降的情況，采取排堵結(jié)合，因地制宜的方式，對滲漏的水應(yīng)采取增設(shè)降水井等方式，選擇合適的排水體系，注重初支背后注漿的防水作用.

4)針對解放大路站上層地表車輛繁多的情況，在地面鋪設(shè)鋼板，有效分散車輛行駛過程中對地面產(chǎn)生的壓力，降低地表沉降.

6 結(jié) 語

監(jiān)控量測作為城市暗挖工程施工的重要內(nèi)容，在施工監(jiān)測過程中圍巖動態(tài)的信息，判定隧道圍巖的穩(wěn)定增長狀態(tài)，以及所定支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和施工的合理性，確保隧道施工順利進(jìn)行，及時了解圍巖和支護(hù)在施工中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度，更好的保護(hù)施工安全，為評價和修改初期支護(hù)參數(shù)、力學(xué)分析及二次襯砌施作時間提供重要信息依據(jù)，是保障地鐵建設(shè)成功必不可少的手段.目前地鐵監(jiān)控量測技術(shù)已有很大發(fā)展，但是還有許多地方值得我們不斷探索和改進(jìn).