張 銳

（中鐵十六局集團有限公司地鐵工程公司，北京 100023）

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，城市地下空間逐步拓展呈網(wǎng)絡狀，占據(jù)城市地下管線的大部分空間，因此管線損害事故時有發(fā)生，管線事故現(xiàn)在已被認定為一級事故，受到施工單位高度重視。特別城市地質(zhì)多為軟土，軟土具有不穩(wěn)定的工程特點，修建地下工程所用的礦山法、暗挖法、盾構法不可避免會產(chǎn)生土層變形位移和過大的地表差異沉降，對地下管線的影響十分明顯。盡管目前關于地鐵施工對鄰近管線的影響研究有了很大進展，但就實際情況而言仍存在許多不足。

1）對于雨、污、熱力管線的劣化度評估和剩余變形能力的研究很少，無法進行評估和判斷其承載能力及制定控制標準。

2）施工過程中預測管線變形的方法缺少時效性，全面考慮影響因素時間過長，來不及判斷下一步管線的沉降原因。

因此尋找快速評估管線損害的方法，并迅速定位沉降部位具有重要意義。北京地鐵16 號線15 標段項目作為北京市重點工程項目，地處城市中心與交通發(fā)達地區(qū)，地下管線多且復雜，給施工帶來較大困難。本文圍繞地鐵施工不能及時預測沉降進行研究，采取智能化監(jiān)測，實時反映管線變形情況，有效避免了施工引起的管線破壞。

1 工程概況

北京地鐵16 號線15 標項目為一站一區(qū)間。二里溝站是單層暗挖分離三柱四跨側式站臺車站，車站中部上跨6 號線車站段采用單層雙跨暗挖結構，16 號線與既有地鐵6 號線呈“十”字交叉換乘，交角為95°。國家圖書館站至二里溝站區(qū)間線路從國家圖書館站東端出發(fā)后向東，后轉向西南下穿南長河、動物園，之后沿三里河路向南至二里溝站北端。

2 地下管線智能化監(jiān)測

地下管線是指埋設于地下（或水下）各種管（溝、巷）道和電纜的總稱。地下管線作為城市重要的組成部分，是人們獲得各種物質(zhì)和生活需要的途徑，擔負著傳輸信息和輸送物質(zhì)（能源、上下水等）等工作。

2.1 監(jiān)測布點原則

二里溝站地處交通密集地區(qū)，緊靠西直門外大街，道路周邊行人很多，不可破土開挖，監(jiān)測布點采用間接測點形式，對于柔性接頭管線應在接頭處布點，測點常設在管線軸線相對應的地面上，測試儀器主要采用液壓式沉降儀，通過測量數(shù)據(jù)的變化確定管線沉降，決定下一步施工方案。在最大變形處或最大內(nèi)力處布點是為驗證設計數(shù)據(jù)而設的測點，可根據(jù)變形情況調(diào)整設計參數(shù)。施工中的測點布置選擇在最先施工部位進行監(jiān)測，信息反饋更加及時準確，方便指導施工。

2.2 管線沉降監(jiān)控方法

本工程采用智能監(jiān)測設備——液壓式沉降儀（見圖1）。當液壓式沉降儀和儲液罐之間的高差產(chǎn)生變化時，液壓式沉降儀感應膜上的液體壓力也產(chǎn)生變化，壓力使感應膜的全橋硅片發(fā)生形變，形變轉化的電信號經(jīng)電纜傳輸至采集裝置，即可得出觀測點的沉降變化量。

圖1 智能化沉降監(jiān)測系統(tǒng)

為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和精確性，監(jiān)測數(shù)據(jù)采用液壓式沉降儀實時測量相關管線沉降，運用計算機進行各項數(shù)據(jù)整理，在監(jiān)控量測信息平臺公開共享數(shù)據(jù)，附上測點位移時間曲線圖，生成即時監(jiān)測日報，在平臺與施工管理之間信息實現(xiàn)共享，以便于及時調(diào)整各項設計參數(shù)。

智能化監(jiān)測規(guī)避了過去手寫記錄不真實的可能，用計算機技術管理數(shù)據(jù)，不會失去真實性，傳統(tǒng)的測量方法想獲得監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，基本上以天為單位，平臺從現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到成果分析卻以分鐘為單位，數(shù)據(jù)采集上傳到信息管理平臺后，業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理單位均可在第一時間內(nèi)瀏覽所有數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)采集過程如圖2 所示。施工方通過監(jiān)控量測信息平臺的數(shù)據(jù)進行下步施工，分析預測最終位移值及管線安全性，及時反饋指導施工。在監(jiān)測數(shù)值與預測值比較時運用反分析法思路，使設計參數(shù)更符合實際施工。監(jiān)控量測信息化管理平臺充分利用既有設備和公共通信系統(tǒng)等社會資源，達到微投入、降低成本、提高效率、性價比高、處理管線事故效率更高的目標。

圖2 智能化監(jiān)測云平臺

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與支護措施

3.1 監(jiān)測控制標準

目前我國還沒有統(tǒng)一規(guī)定的管線控制標準，在實際工程中常用的管線控制標準是基于工程和試驗基礎上制定出的標準。不同材質(zhì)、接頭類型、使用時間和地區(qū)的管線抗壓性不同，控制標準也不同。本工程在北京相關工程經(jīng)驗的基礎上制定監(jiān)測管線控制標準，根據(jù)現(xiàn)場實際情況設定管線沉降率，管理等級為I 級，Ⅱ級時每日加強監(jiān)測頻率和次數(shù)，保證管線安全。在信息化施工中，建立Ⅲ級管理標準（見表1），并及時對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，判斷其穩(wěn)定性，從而指導施工。

表1 監(jiān)測控制標準

3.2 監(jiān)測警報

根據(jù)建筑結構類型及對沉降的敏感程度制定變形警戒值，以監(jiān)測頻率及變形速率為主要報警值。預警按程度分為紅色、橙色、黃色預警。變形值達到有效控制并符合《北京城市快軌建設管理有限公司土建工程監(jiān)控量測管理辦法》的消警條件時，警報方可消除。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與支護措施

管線沉降隨著施工開挖時間的推進不斷發(fā)生變化，通過實時監(jiān)測找出沉降變化產(chǎn)生的原因，并采取相應加強措施，從而確保管線安全。從車站主體上水點沉降圖（見圖3）中可看出，管線未施工時處于無沉降狀態(tài)，在施工2 個月時間后，管線下降10mm，之后趨于平穩(wěn)呈直線狀，但在10 月28 日又出現(xiàn)大幅沉降，達33mm，施工單位迅速采取支護措施，沉降趨于穩(wěn)定，隨著開挖面距離管線的位置越來越近，管線沉降再次加大，呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，最后一次最大沉降量為34mm，經(jīng)過二次注漿支護，最終呈恒定的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 二里溝站主體上水點沉降

由圖4 可知，管線在施工初期沉降觀測數(shù)值為零，沒有任何變化，隨著開挖時間的移動，下沉速率緩慢，一直處于沉降狀態(tài)，其中WG1-21 管線沉降最明顯，在此過程中一直采取注漿支撐措施，以防沉降數(shù)值偏大，可見施工開挖對污水管線的影響很大，污水管線距離開挖面不遠，受開挖面影響明顯。與開挖面距離最近時，沉降量達到最大值，為40mm，隨著注漿量不斷增加，最終回歸穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 二里溝站污水管線沉降

由圖5 可看出，3 條雨水管線沉降大致相同，變化緩慢，最后恒定為44mm。開挖前2 個月和中間2 個月管線沉降速率最快，其余時間管線下沉隨施工時間變化受影響較小。3 條管線的位置是YG3-12 位于最下方，YG3-11 管線位于最上方，埋設深的管線距離開挖面最近，受到的影響也最大。相較其他2 條管線，YG3-12 管線沉降值超過10mm，剛開始的沉降是由于開挖后土體未加固支撐，管線受到土體的作用力而沉降，第2 次大幅沉降是由于開挖靠近管線，管線受到的影響較大，過了這個沉降點后，開挖面離管線越來越遠，管線的沉降速率再次減緩，直至不再沉降。

4 結語

圖5 雨水管線沉降

本項目施工中采用液壓式沉降儀對管線沉降進行監(jiān)測，相較傳統(tǒng)水準儀監(jiān)測方法，大大減少了人工成本，同時可實行全天候不間斷監(jiān)測，能實時查看整個開挖過程中管線沉降量，且相關數(shù)據(jù)采集后直接上傳到信息管理平臺后，業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理單位均可在第一時間瀏覽所有數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測力度。同時施工方可通過監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)有針對性地制定下一步施工方案，降低了施工風險，有效保證了管線安全，并可為類似施工提供一種新的監(jiān)測方法。