吳 瓊

(中鐵十四局集團大盾構(gòu)工程有限公司, 江蘇南京 211800)

如今越來越多的高鐵隧道經(jīng)過城市，勢必會遇到高鐵下穿或者近接地鐵的問題。針對此類問題，為保證施工的安全以及不影響鄰近已完成的工程建筑，施工期間的監(jiān)控量測就發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。眾多專家和學(xué)者對盾構(gòu)掘進過程中周邊建(構(gòu))筑物的監(jiān)控量測進行了研究。馮夯[1]在地鐵施工中，應(yīng)用隧道監(jiān)控量測技術(shù)，使施工進入動態(tài)化管理，及時保證了地鐵施工的安全。司立虎[2]介紹了地鐵施工中常用的監(jiān)控量測對象、測試方法和對測試結(jié)果進行的數(shù)據(jù)處理。朱青[3]介紹了當用明挖法修建地鐵車站時，在進行地下連續(xù)墻圍護工程施工的對地下連續(xù)墻的監(jiān)測技術(shù)。劉志春[4]以南京地鐵區(qū)間為背景，該區(qū)間采用小導(dǎo)管超前預(yù)注漿加掌子面注漿的超前支護方法，在施工中進行監(jiān)控量測。王書偉[5]以深圳地鐵1號線為依托，介紹了地鐵單洞雙層隧道施工中的監(jiān)控量測技術(shù)。楊翼[6]以深圳地鐵科學(xué)館地鐵車站為依托，該車站以蓋挖順作法施工，對該車站進行監(jiān)控量測。陳曉婷[7]以成都富水砂卵石地層采用淺埋暗挖法施工為背景，對淺埋暗挖法下修建的車站進行監(jiān)控量測。同樣路戈[8]結(jié)合北京地鐵10號線某采用淺埋暗挖法的車站也進行了監(jiān)控量測。賀文濤[9]在北京地鐵10號線施工期間，對結(jié)構(gòu)的沉變形和周邊地表、建筑物的沉降等項目進行監(jiān)控量測，確保了北京地鐵10號線在施工期間的安全。陳立[10]在多學(xué)科交叉的基礎(chǔ)之上，采用前沿的信息化監(jiān)測技術(shù)，針對武漢地鐵施工過程中的監(jiān)測技術(shù)、數(shù)據(jù)處理及信息反饋三個方面進行了研究。

以上的專家和學(xué)者對隧道近接施工及監(jiān)控量測的研究已經(jīng)取得許多成果，但在大直徑盾構(gòu)隧道近接既有工程方面的研究不多，同時隨著施工信息化、全壽命周期等新概念的提出，監(jiān)控量測越來越往全自動、全方位、全覆蓋的方向發(fā)展。本文以新建北京至張家口鐵路清華園大直徑盾構(gòu)隧道為工程依托，提出了隧道工作井及配套基坑近接高架橋的監(jiān)控量測方案，并介紹了全自動監(jiān)測技術(shù)在本工程項目中的應(yīng)用。本項目采用的監(jiān)測方案及全自動監(jiān)測技術(shù)可以保證工程施工時不對原來的既有工程產(chǎn)生干擾，同時可以為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 新建工程概況

新建北京至張家口鐵路清華園隧道3號工作井(盾構(gòu)始發(fā)井)及明挖盾構(gòu)后配套基坑段，位于海淀區(qū)雙清路北側(cè)。地下水位位于地表下約9 m。明挖盾構(gòu)后配套基坑段全長97 m，其中DK18+229～DK18+271段基坑開挖深度18.42 m，DK18+271～DK18+326段基坑開挖深度約為16.40 m。3號井及后配套段西側(cè)10～16 m并行城鐵13號線橋樁段6處。

1.2 既有地鐵概況

既有地鐵13號線五道口—上地區(qū)間為高架區(qū)間，橋墩承臺距地表0.7 m，承臺高1.5 m。3號施工基坑影響段為13號線五道口站—上地站部分區(qū)間線路。下部結(jié)構(gòu)墩柱采用雙柱式矩形墩+橫梁，墩截面尺寸為1.4 m×1.0 m，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.0 m，樁長25 m。每個墩頂設(shè)1個板式橡膠支座。圖1和圖2為13號線橋梁結(jié)構(gòu)剖面和墩柱結(jié)構(gòu)概況。

1.3 新建工程與既有橋梁位置關(guān)系

地鐵13號線臨近清華園隧道3號工作井及明挖盾構(gòu)后配套段為高架段，并行長度共130 m，13號線橋樁長度約為25 m。

3號工作井中心里程為DK18+214.5，圍護樁內(nèi)緣與地鐵橋樁承臺的水平凈距11.3 m。

明挖盾構(gòu)后配套基坑段全長97 m，其中DK18+229～DK18+271段長42 m，圍護樁內(nèi)緣和地鐵橋樁承臺的水平距離大概為15.0 m。圖3、圖4為新建工作井和新建后配套基坑與既有地鐵的位置關(guān)系。

圖1 地鐵13號線橋梁結(jié)構(gòu)剖面(單位：cm)

圖2 地鐵13號線橋梁墩柱結(jié)構(gòu)概況

圖3 清華園隧道3#工作井與既有橋梁位置關(guān)系(單位：cm)

圖4 清華園隧道后配套與既有橋梁位置關(guān)系(單位：cm)

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測對象

本工程自動化監(jiān)測的對象、項目、儀器及精度見表1，需要人工監(jiān)測的項目如表2所示。

2.2 監(jiān)測點布設(shè)及監(jiān)測方法

2.2.1 橋墩結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測

影響范圍內(nèi)的橋墩結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測點布設(shè)于各橋墩的墩柱上，每個墩柱上布設(shè)1個測點，共布設(shè)20個橋墩結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測點。

表1 自動化監(jiān)測的對象、項目、儀器及精度

表2 人工監(jiān)測的對象、項目、儀器及精度

影響范圍內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測點布設(shè)于各承臺上方對應(yīng)位置橋梁翼緣位置，有變形縫的位置，在變形縫兩側(cè)橋梁結(jié)構(gòu)上各布設(shè)一個斷面，每個斷面2個測點，共布設(shè)12個斷面，24個橋梁結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測點。

測點標志采用φ8 mm膨脹螺栓，按設(shè)計位置鉆孔埋入。測點埋設(shè)不得影響地鐵設(shè)施，保證埋設(shè)穩(wěn)固，并做好清晰標記，方便保存。埋設(shè)形式如圖5所示。

圖5 橋墩結(jié)構(gòu)測點埋設(shè)形式

監(jiān)測點埋設(shè)時先在橋梁結(jié)構(gòu)上用沖擊鉆鉆出深約10 cm的孔，再把強制歸心監(jiān)測標志放入孔內(nèi)，縫隙用錨固劑填充。監(jiān)測點布置實景圖如圖6所示。

圖6 監(jiān)測點布置實景

2.2.2 橋墩結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)橫向變形監(jiān)測

影響范圍內(nèi)的橋墩柱結(jié)構(gòu)橫向變形監(jiān)測點布設(shè)于臨近基坑側(cè)橋墩的墩柱上，每個墩柱布設(shè)1個測點，共布設(shè)10個橋墩結(jié)構(gòu)橫向監(jiān)測點。

影響范圍內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)橫向變形監(jiān)測點布設(shè)于各承臺上方臨近基坑側(cè)對應(yīng)位置橋梁翼緣位置，有變形縫的位置，在變形縫兩側(cè)橋梁結(jié)構(gòu)上各布設(shè)一個斷面，共布設(shè)12個橋梁結(jié)構(gòu)橫向監(jiān)測點。

2.2.3 軌道結(jié)構(gòu)豎向變形及結(jié)構(gòu)縫變形監(jiān)測

在左、右線軌道兩側(cè)布設(shè)結(jié)構(gòu)豎向變形測點，布設(shè)原則：沿地鐵線路方向在影響范圍內(nèi)橋墩上方軌道各布設(shè)一個斷面，在有橋梁縫的位置加密一組測點，每個斷面左右線分別布設(shè)一個測點，共布設(shè)24個軌道結(jié)構(gòu)豎向變形測點。

采用φ8 mm膨脹螺栓作為測點標志，在測點位置鉆孔后將其埋入。需要注意的是，為了保證地鐵設(shè)施的安全有效運作，測點埋設(shè)需確保埋設(shè)穩(wěn)固。測點埋設(shè)形式與隧道結(jié)構(gòu)豎向變形測點的埋設(shè)形式相同，埋設(shè)形式如圖7所示。

圖7 軌道結(jié)構(gòu)測點埋設(shè)形式

2.2.4 軌道靜態(tài)幾何尺寸檢查

本工程在影響范圍內(nèi)線軌道兩側(cè)布設(shè)測點，監(jiān)測點的布置與軌道結(jié)構(gòu)豎向變形位置對應(yīng)，具體平面布置如附圖。共設(shè)置軌距、水平測點24處。

對軌道靜態(tài)幾何形位(軌距、水平)檢查：包括軌距、水平檢查，軌距、水平測量使用專用軌道尺測量。各項目均測量三次取均值。布點位置及監(jiān)測實景圖見圖8和圖9。

圖8 軌道幾何形位測點埋設(shè)形式

圖9 軌道幾何形位監(jiān)測實景

2.2.5 無縫線路鋼軌位移

在施工影響范圍外測邊緣布設(shè)一組無縫線路位移觀測測點，每條軌上設(shè)1個無縫線路臨時位移觀測標尺，共布設(shè)8個測點，如圖10所示。

圖10 無縫線路鋼軌位移測點標志埋設(shè)形式

2.2.6 道床結(jié)構(gòu)裂縫檢查

使用游標卡尺、數(shù)字顯微鏡等工具，對道床結(jié)構(gòu)裂縫寬度變化情況進行檢查。根據(jù)檢測報告，重點檢測已有裂縫處及新增裂縫(圖11)。

圖11 裂縫監(jiān)測示意

3 全自動監(jiān)測技術(shù)

由于高架橋梁體結(jié)構(gòu)變形控制要求較為嚴格，因此對橋梁體結(jié)構(gòu)豎向變形和橫向變形采用自動監(jiān)測技術(shù)。

3.1 監(jiān)測目的

清華園隧道明挖基坑臨近并行地鐵13號線施工，屬一級重大風險源。為了保證施工過程中地鐵運營，加強了隔離防護，且對地鐵結(jié)構(gòu)及線路開展變形監(jiān)測。通過對基坑全自動四維監(jiān)控，24 h全天不間斷監(jiān)控，每15 min刷新一次，并且監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠自動生成累計形變曲線，根據(jù)控制值設(shè)定自動分析超限變形情況，提出預(yù)警。

3.2 創(chuàng)新功能

全自動監(jiān)測系統(tǒng)通過四大技術(shù)組合，分別是傳感器自動采集技術(shù)、GPRS無線分組傳輸技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、計算機技術(shù)等，來實現(xiàn)監(jiān)測信息的采集、處理及發(fā)布。圖12和圖13分別是全自動監(jiān)測系統(tǒng)示意和現(xiàn)場監(jiān)測示意。

圖12 全自動監(jiān)測系統(tǒng)

圖13 現(xiàn)場監(jiān)測示意

如果想要使數(shù)據(jù)可以完全采集，必須需要一個終端采集軟件。數(shù)據(jù)采集終端軟件是通用的管理各種各監(jiān)測設(shè)備的信息系統(tǒng)。以多種方式，全方位體現(xiàn)出地鐵沉降自動化監(jiān)測的實際運行參數(shù)情況，保證了在線監(jiān)測信息全面、及時、準確。圖14和圖15為終端采集系統(tǒng)現(xiàn)場布置和終端數(shù)據(jù)采集單元布置。圖16為自動化監(jiān)測平臺界面示意。監(jiān)測軟件主要包括四大功能：數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測管理、預(yù)報預(yù)警、系統(tǒng)管理。

圖14 終端采集系統(tǒng)現(xiàn)場布置

圖15 終端數(shù)據(jù)采集單元

圖16 自動化監(jiān)測平臺

3.3 自動化監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果

針對本項目工程特點，布置的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)每15 min對風險源變形絕對值的采集和變形趨勢預(yù)判(精度達到0.3 mm)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)在平臺發(fā)布。

4 結(jié)束語

本文對大直徑鐵路盾構(gòu)隧道工作井及配套基坑段近接高架橋梁施工時的監(jiān)測方案進行了詳細介紹，該方案可以為類似的工程提供參考和借鑒。

同時本文也介紹了全自動監(jiān)控技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用，可以有效控制沉降及變形值，將沉降及變形值控制在一定的范圍內(nèi)。

通過本文的監(jiān)測方案及全自動監(jiān)控技術(shù)實時監(jiān)控分析對施工的指導(dǎo)，可以有效保證新工程修建時既有工程運營的安全性，為今后的類似工程提供參考和借鑒。