何鳳奎HE Feng-kui

（沈陽地鐵集團(tuán)有限公司，沈陽 110011）

0 引言

地鐵作為大運(yùn)量城市交通，對(duì)城市發(fā)展和交通規(guī)劃有著化腐朽為神奇的能力[1]。地鐵車站深基坑工程、地鐵區(qū)間豎井和聯(lián)絡(luò)通道工程是地鐵工程重要的組成部分[2]。地鐵車站豎井施工鄰近建筑物，對(duì)建筑物造成沉降變形、甚至開裂倒塌的危害，豎井開挖施工將不可避免地?cái)_動(dòng)周邊環(huán)境，甚至對(duì)生命、經(jīng)濟(jì)造成損失[3]。因此，對(duì)地鐵車站豎井的施工監(jiān)測(cè)工作有著重要的意義，可以通過監(jiān)測(cè)工作及時(shí)掌握危險(xiǎn)信號(hào)，提前做好防范工作。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

皇姑屯地鐵車站位于沈陽市淮河街與景山路的交叉口處，與淮河街方向一致呈南北向布置。本車站起點(diǎn)里程DK2+720.7～DK2+898.0，車站的有效站臺(tái)中心里程DK2+824.1，全長(zhǎng)177.3m。因淮河街交通繁忙，車站采用暗挖法（洞樁法）施工，主體結(jié)構(gòu)采用的是二層單柱雙跨島式站臺(tái)，有效站臺(tái)寬11m，車站標(biāo)準(zhǔn)段的寬度為19.7m。車站底板的埋深大約為24.1m，車站頂板的覆土大約為8.2m。

車站設(shè)2座豎井，1號(hào)豎井設(shè)在已拆的沈陽機(jī)車車輛廠內(nèi)，里程為DK1+952.000，為臨時(shí)施工豎井，與未拆除樓房的凈距為1.99m；2號(hào)豎井設(shè)在華山路與淮河街路口東南角，里程為DK2+414.000，豎井為施工使用兼做聯(lián)絡(luò)通道及泵房，豎井樁的邊緣與高層住宅樓的凈距為4.2m。兩座豎井基坑挖基深度約24m，豎井平面布置如圖1所示。

圖1 豎井平面布置圖

1.2 水文地質(zhì)條件

皇姑屯地鐵車站所在地域地勢(shì)平坦，地貌類型屬于第四系渾河老扇。地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層以及第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層組成。地鐵車站所在位置的地層由雜填土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂、細(xì)砂、圓礫等組成。

沈陽市的地貌類型屬于渾河沖洪積扇類型，主要的含水層位于沖洪積扇上部，巖性主要是礫砂和圓礫。沖洪積扇首部顆粒較大，向西沉積顆粒慢慢變細(xì)，直到市區(qū)西部，含水層中的粘性土夾層數(shù)量慢慢增加，含水層由原來的單層結(jié)構(gòu)逐漸變成雙層、多層結(jié)構(gòu)?；使猛偷罔F車站的地下水以孔隙潛水為主，部分地段存在承壓水，局部存在上層滯水。在勘察期間，皇姑屯地鐵車站地下水位埋深11.2m～12.7m，大氣降水和地表徑流是主要的補(bǔ)給來源。水位的變化受季節(jié)影響，改變幅度為1.0～2.0m。

2 豎井監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)目的

為了在地鐵車站施工期間使豎井、橫通道及周邊建筑物的安全得到保證，所以要對(duì)豎井進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]。豎井監(jiān)測(cè)時(shí)要滿足安全性原則、系統(tǒng)性原則、可靠性原則、與設(shè)計(jì)相結(jié)合原則、突出重點(diǎn)兼顧全局原則、與施工相結(jié)合原則以及經(jīng)濟(jì)合理原則。當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象有危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，通過監(jiān)測(cè)可以盡早的發(fā)現(xiàn)變形的過程和發(fā)展走向，在排險(xiǎn)搶險(xiǎn)工作過程中通過監(jiān)測(cè)信息來驗(yàn)證所用方法是否有效，可以充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)的防險(xiǎn)作用[5]。具體有以下幾個(gè)方面：

①為施工開展提供及時(shí)準(zhǔn)確的反饋信息。通過監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)了解土層結(jié)構(gòu)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，以及臨近建筑的位移變形，將監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的估計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，用此判斷施工工藝以及施工參數(shù)是否滿足安全施工的要求，以此進(jìn)行優(yōu)化施工工藝，可以實(shí)現(xiàn)信息化施工，監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)將作為施工技術(shù)人員判斷工程是否安全的重要依據(jù)。

②為周圍環(huán)境進(jìn)行及時(shí)、有效的保護(hù)提供依據(jù)。通過對(duì)臨近建筑物的監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證開挖方案以及環(huán)境保護(hù)方案是否準(zhǔn)確，針對(duì)出現(xiàn)的問題，采取相應(yīng)的措施對(duì)周圍環(huán)境做好進(jìn)一步的保護(hù)工作。

③將監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用在反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)上，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供實(shí)際依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確判斷工程的設(shè)計(jì)方案中定量化預(yù)算是否準(zhǔn)確，此外，還可以判斷出施工現(xiàn)場(chǎng)不同的環(huán)境因素對(duì)工程設(shè)計(jì)的影響，進(jìn)一步的進(jìn)行修改完善。

④通過對(duì)比監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)與理論值，能夠檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論是否正確。

⑤在施工的整個(gè)過程之中，通過對(duì)既有建筑物變形、位移等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，控制結(jié)構(gòu)的變形、位移在允許限值范圍內(nèi)，保證既有建筑物的安全。

⑥積累監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)相似工程的設(shè)計(jì)、施工具有重要的參考價(jià)值。

2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

沈陽地鐵皇姑屯站豎井監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要有：地層及支護(hù)情況監(jiān)測(cè)、樁頂位移監(jiān)測(cè)、樁體變形監(jiān)測(cè)、沉降位移監(jiān)測(cè)、地下水位變化監(jiān)測(cè)、臨近建筑傾斜監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)，表1為豎井施工監(jiān)測(cè)表。

表1 豎井施工監(jiān)測(cè)表

2.3 監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)

在進(jìn)行監(jiān)測(cè)之前，第一步是布置監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，以便可以快速精準(zhǔn)的反應(yīng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)位置的變化情況。1號(hào)豎井附近共有平面監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)2個(gè)，水準(zhǔn)控制點(diǎn)2個(gè)；2號(hào)豎井附近共有平面控制點(diǎn)2個(gè)，水準(zhǔn)控制點(diǎn)2個(gè)。監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的技術(shù)要求如表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)的技術(shù)要求

水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)在埋設(shè)時(shí)需要注意：①基準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)用鉆機(jī)鉆孔的方法埋深，基準(zhǔn)點(diǎn)底部埋設(shè)深度應(yīng)為地表下1.5m，鉆孔底封堵厚度宜為360mm，基點(diǎn)底靴厚度為1000mm；②保護(hù)井壁宜采用磚砌，井壁厚度為240mm，井底墊圈寬度為370mm，井深為1000mm，井蓋采用鋼板，井蓋直徑為800mm，井口標(biāo)高與地面標(biāo)高相同；③基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)分為內(nèi)管和外管，且外管直徑為75mm，內(nèi)管直徑為30mm，基準(zhǔn)點(diǎn)頂部距離井蓋為300mm，井底墊圈距基準(zhǔn)點(diǎn)頂部高度為700mm。

平面基準(zhǔn)點(diǎn)在埋設(shè)時(shí)需要注意：①基準(zhǔn)點(diǎn)采用鉆機(jī)鉆孔的方式埋深，基準(zhǔn)點(diǎn)底部埋設(shè)深度應(yīng)為地表下1.5m；②保護(hù)井壁采用鋼板，井壁厚度為10mm，井底墊圈寬度為50mm，井深為200mm，井蓋采用鋼板，井蓋直徑為200mm，井口標(biāo)高與地面標(biāo)高相同；③平面基準(zhǔn)點(diǎn)用“L“形的鋼筋放入混凝土之中，鋼筋直徑為25mm，頂部刻成十字，混凝土基石上部直徑宜為100mm，下部直徑為300mm，基準(zhǔn)點(diǎn)頂部于井蓋頂部之間的距離為50mm。

3 監(jiān)測(cè)組織與實(shí)施

3.1 監(jiān)測(cè)流程

在正式施工前需要根據(jù)施工工藝、地形地質(zhì)條件、支護(hù)類型及參數(shù)、開挖方式等制定施工監(jiān)測(cè)方案，監(jiān)測(cè)方案經(jīng)過監(jiān)理單位、第三方監(jiān)測(cè)、總監(jiān)辦、業(yè)主依次審核合格后即可開展監(jiān)測(cè)工作。在監(jiān)測(cè)過程中，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境或建筑物等存在不安全因素，相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到警戒值，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行復(fù)核并上報(bào)總工程師及相關(guān)部門，由施工單位、監(jiān)理單位、第三方監(jiān)測(cè)、設(shè)計(jì)院、總監(jiān)辦共同制定處理方案。

3.2 監(jiān)測(cè)實(shí)施

監(jiān)測(cè)實(shí)施前，需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作，主要可分為：技術(shù)準(zhǔn)備、儀器設(shè)備及物質(zhì)準(zhǔn)備、人員組織準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。

在監(jiān)測(cè)過程中儀器的選擇也是尤為重要的，選擇適合的儀器是監(jiān)測(cè)工作出色完成的前提。因?yàn)閮x器的工作環(huán)境主要是在室外甚至地下，而且在監(jiān)測(cè)過程中儀器不能隨便置換。因此，若儀器的選擇失誤，不僅能夠引起資源浪費(fèi)，還會(huì)因?yàn)椴粶?zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工等造成錯(cuò)誤的判斷，將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)將非常難。儀器的選用可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：可靠性、堅(jiān)固性、通用性、經(jīng)濟(jì)性、不同測(cè)量原理儀器的選用以及不同量程和精度儀器的選用。

監(jiān)測(cè)儀器務(wù)必符合監(jiān)測(cè)精度的要求以及量程的需要，此外，還需要具備優(yōu)良的可靠性和穩(wěn)定性，必須按時(shí)校準(zhǔn)檢定，檢定資料、校核記錄齊全。同一監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)使用相同的監(jiān)測(cè)儀器，監(jiān)測(cè)路線以及監(jiān)測(cè)方法必須一樣，盡可能在一樣的環(huán)境和條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器定期維護(hù)。

準(zhǔn)備工作完成后，再進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)實(shí)施一般可分3個(gè)階段進(jìn)行，即測(cè)點(diǎn)布設(shè)階段、監(jiān)測(cè)階段及資料分析與整理階段。

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)階段

測(cè)點(diǎn)布設(shè)的原則為測(cè)點(diǎn)位置和數(shù)量應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程的工程性質(zhì)、工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求、施工工藝等綜合考慮[6]。布置在設(shè)計(jì)中的最不利位置和斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。布置在相同工況下的最先施工部位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠及時(shí)反饋信息，可以修改設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工。結(jié)構(gòu)內(nèi)測(cè)點(diǎn)（如拱頂下沉等）不能影響和妨礙結(jié)構(gòu)的正常受力，不能影響結(jié)構(gòu)的變形剛度和強(qiáng)度。表面變形測(cè)點(diǎn)選擇的位置是非常重要的，既要選擇能有效反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形特征，又要選擇便于儀器觀測(cè)及測(cè)點(diǎn)保護(hù)的位置。在實(shí)施多項(xiàng)測(cè)試時(shí)，各類測(cè)點(diǎn)的布置在時(shí)間和空間上應(yīng)互相結(jié)合，盡可能使同一位置能同時(shí)反映不同的變化量，以便發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在聯(lián)系以及變化規(guī)律。如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工過程中遭到破壞，必須盡快在原來的位置或其附近重新設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷鏈。

3.2.2 監(jiān)測(cè)階段

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)完成后，通過連續(xù)2～3次以上的觀測(cè)確定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始值，然后按監(jiān)測(cè)方案確定的監(jiān)測(cè)方法、周期、頻率和技術(shù)要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期和連續(xù)的周期重復(fù)性工作，監(jiān)測(cè)過程中需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集時(shí)必須根據(jù)儀器的原理及監(jiān)測(cè)方案而制定的測(cè)試方法進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集必須堅(jiān)持長(zhǎng)期、連續(xù)、固定人員、固定時(shí)間、固定儀器、在相同的環(huán)境下進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集時(shí)需要使用專用表格進(jìn)行記錄，并做好數(shù)據(jù)整理，保存好初始資料。對(duì)數(shù)據(jù)釆集的質(zhì)量控制需要做到：①確保基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性；②定期檢驗(yàn)儀器設(shè)備；③保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)；④嚴(yán)守操作規(guī)程；⑤做好數(shù)據(jù)分析工作，剔除錯(cuò)誤和粗差。

3.2.3 資料分析與整理階段

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否達(dá)到允許值或報(bào)警值是最快捷的分析方法。若達(dá)到了設(shè)定的安全界限值則需要引起高度重視，必須盡快采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可按照下面幾點(diǎn)進(jìn)行：①從表中數(shù)據(jù)分析工程安全性；②從變形速率曲線圖和累計(jì)變化量曲線圖上判斷工程安全性；③從變形速率曲線圖和累計(jì)變化量曲線圖突變點(diǎn)分析工程安全性；④根據(jù)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析工程安全性；⑤根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)分析變形并做好預(yù)測(cè)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)或周邊環(huán)境不安全等異常情況，監(jiān)測(cè)組首先復(fù)核監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并及時(shí)上報(bào)項(xiàng)目總工、駐地監(jiān)理、第三方監(jiān)測(cè)、總監(jiān)辦、安監(jiān)辦及安監(jiān)處，同時(shí)須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及巡視檢查，跟蹤分析、反饋監(jiān)測(cè)信息并預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨勢(shì)，必要時(shí)增加監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、啟動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)急搶險(xiǎn)措施等。根據(jù)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)采取針對(duì)性的安全技術(shù)措施，保證施工安全[7]。

監(jiān)測(cè)實(shí)施過程中還需要進(jìn)行階段性監(jiān)測(cè)報(bào)告，階段性監(jiān)測(cè)報(bào)告分日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、停測(cè)報(bào)告及監(jiān)測(cè)總結(jié)報(bào)告。階段性監(jiān)測(cè)報(bào)告及時(shí)反饋給監(jiān)理單位，報(bào)告內(nèi)容重點(diǎn)包含以下幾項(xiàng)：工程概況、當(dāng)前施工工況及監(jiān)測(cè)部位對(duì)應(yīng)關(guān)系、監(jiān)測(cè)起算點(diǎn)位穩(wěn)定情況說明、采用的儀器設(shè)備及施工監(jiān)測(cè)方法詳述、現(xiàn)場(chǎng)巡視及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析結(jié)論及評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查記錄、監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總報(bào)表和分析曲線。日?qǐng)?bào)的內(nèi)容應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果、巡視表及工況、特殊情況說明、結(jié)論及建議。

4 總結(jié)

隨著城市建筑密集程度越來越高，豎井施工鄰近建筑物的情況也屢見不鮮。與明挖基坑類似，豎井開挖施工將不可避免地?cái)_動(dòng)周邊環(huán)境，改變了初始地層中的應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)，從而引起了地層巖土體位移和變形，引起周邊地表及鄰近建筑物的沉降變形、傾斜甚至開裂，嚴(yán)重時(shí)可能造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害建筑物及周邊人員安全。本文根據(jù)沈陽地鐵的皇姑屯地鐵車站為實(shí)際案例，對(duì)地鐵車站的豎井監(jiān)測(cè)方案做了詳細(xì)的分析。在進(jìn)行豎井監(jiān)測(cè)時(shí)，需要做到以下幾點(diǎn)：①豎井監(jiān)測(cè)要遵循安全性、系統(tǒng)性、可靠性等檢測(cè)原則；②豎井監(jiān)測(cè)實(shí)施前需要進(jìn)行充分的準(zhǔn)備工作，包括技術(shù)準(zhǔn)備、儀器設(shè)備及物質(zhì)準(zhǔn)備、人員組織準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備；③豎井監(jiān)測(cè)實(shí)施過程中需要分3個(gè)階段進(jìn)行，即測(cè)點(diǎn)布設(shè)階段、監(jiān)測(cè)階段及資料分析與整理階段；④豎井監(jiān)測(cè)時(shí)要進(jìn)行階段性監(jiān)測(cè)報(bào)告，要具備安全保證措施和環(huán)境保護(hù)措施。