于鑫

（合肥市測繪設計研究院，安徽 合肥 230000）

0 引言

地鐵車站結構復雜，施工要求高，施工過程中常采用信息化方法對其沉降變形進行監(jiān)測[1-2]。隨著社會的不斷發(fā)展，城市中地鐵的數(shù)量和密度都在不斷增大，因此研究地鐵軌道沉降的影響具有重要意義。本文對既有地鐵站因深基坑開挖、圍護結構破除及既有結構側墻拆除等因素的影響，導致既有結構受力情況發(fā)生改變進行統(tǒng)計分析。在監(jiān)測過程中，通過對既有線路站點的實時監(jiān)測，依據(jù)長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷基坑開挖是否對既有線的正常運行產(chǎn)生影響，然后將出現(xiàn)的不良后果進行及時預報，避免事故的發(fā)生，有效減少社會損失。

一般來說在地面沉降量越大的地方，其附近建筑物的形變較大，嚴重影響其既有結構。目前，研究基坑開挖對隧道沉降的影響，主要以數(shù)值模擬和實地監(jiān)測兩種監(jiān)測方法為主。張凱[3]等通過對某車站的土體沉降、結構變形等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，實驗結果顯示圍護墻頂和立柱的累積沉降量大于地表和管線，對于墻頂來說墻底的位移水平更大；在基坑施工過程中，采用ANSYS有限元分析軟件對附近隧道結構進行監(jiān)測，結果表明該軟件的模擬值與實時監(jiān)測值基本一致[4]。李順群等[5]在基坑開挖全過程中采用小變形硬化模型方法進行分析，結果表明計算結果與實測數(shù)據(jù)基本吻合，可用該模型進行研究。本文以實體工程變形監(jiān)測為依托，通過對頂板沉降、側墻沉降、側墻位移、道床沉降、軌道差異位移進行實時監(jiān)測，全面分析車站的安全性和穩(wěn)定性。

1 工程概況

某地鐵車站為2 號線與4 號線T 型換乘站。2 號線車站長度為478m，車站主體結構為地下二層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結構，換乘節(jié)點處為地下三層雙柱三跨結構，標準段寬度為21.7m，覆土厚度2.5～3.75m，底板埋深15.6～16.9m；換乘節(jié)點處為地下3層鋼筋混凝土框架結構，底板埋深24m。4 號線車站長度為144.6m，寬度為21.9，深度24m，車站為地下3 層三跨島式站臺車站，采用鋼筋混凝土箱形框架結構，頂板覆土厚度2.4～2.9m。車站主體結構采用明挖法施工，圍護結構采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護體系。2 號線車站部分為既有線地鐵站，已先期完成，并通車運營。4 號線車站部分為新建地鐵站。

2 監(jiān)測點的布設

監(jiān)測點的科學布設不僅能對受施工影響的2 號線區(qū)域進行全方位的監(jiān)測，讓我們掌握監(jiān)測區(qū)域沉降和位移的實時變化情況，還能應對突發(fā)狀況的發(fā)生，采取更安全的相應的解決措施，從而保證觀測的連續(xù)性和準確性。

我們對2 號線地鐵車站內(nèi)上行線每10m 設置一個監(jiān)測斷面，下行線主要影響區(qū)內(nèi)5m 設置一個監(jiān)測斷面，次要影響區(qū)內(nèi)10m設置一個監(jiān)測斷面。在車站80m 的區(qū)間范圍內(nèi)共設置了33 個監(jiān)測斷面。每個監(jiān)測斷面都涵蓋了車站側墻沉降、側墻水平位移監(jiān)測點、軌行區(qū)道床沉降、結構頂板沉降和軌道差異監(jiān)測五個方面。我們采用直徑D30mm 的無源感知接收器作為監(jiān)測的設備，使用強力膠粘接與結構混凝土表面的方式固定，在五個方面的監(jiān)測斷面上分別設置了33 個、33 個、33 個、18 個和132 個監(jiān)測點。圖1 展示了合肥地鐵既有線地鐵站監(jiān)測的布點。

圖1 既有線車站監(jiān)測布點

3 監(jiān)測結果分析

本工程采用自主研發(fā)的Wow-Wy-003 型智能在線位移監(jiān)測儀對2 號線既有站進行實時監(jiān)測，監(jiān)測距離0.03～100m，監(jiān)測精度≤0.5mm；監(jiān)測點監(jiān)測一次在10s 內(nèi)完成，斷面整體監(jiān)測一次在1 分鐘內(nèi)完成；單點監(jiān)測通過對一次監(jiān)測10 個數(shù)值的統(tǒng)計分析，得出一個精確位移變化數(shù)據(jù)，并及時上傳云端平臺；每個監(jiān)測點24 小時共有72 組監(jiān)測數(shù)據(jù)，為判斷監(jiān)測對象位移變化趨勢提供大數(shù)據(jù)。此次工程的監(jiān)測周期為10 個月，共設33 個監(jiān)測斷面，其中下行區(qū)設20 個監(jiān)測斷面，上行區(qū)設13 個監(jiān)測斷面，2 號線既有站結構變形監(jiān)測內(nèi)容共有5 項分別為：結構頂板沉降、軌行區(qū)道床沉降、軌行區(qū)側墻位移和沉降、軌行區(qū)線路差異沉降。地鐵2 號線既有站監(jiān)測測點與現(xiàn)場安裝位置如圖2 所示。

圖2 既有線車站監(jiān)測測點與現(xiàn)場安裝位置

圖3 至圖7 分別展示了側墻沉降、側墻位移、道床沉降、頂板沉降、軌道差異在十個月內(nèi)的變化情況。通過箱形圖可以看出，5個監(jiān)測項目其整體變化量都在3mm 之內(nèi)，小于設定的限值。此外，側墻沉降的上行線2、8 號點和下行線1 號點沉降變化離散程度較大；側墻位移上行線的位移量總體為負值都大于1mm，下行線3、6 和18 號點位移量大于1mm，其他位移量較??；道床沉降的上行線5 和9 號點，下行線4、10、19 和20 號點較為穩(wěn)定，其他沉降變化量較大，但沉降范圍沒有超過限值；頂板沉降上行線1、2、7 和13 號點和下行線的4 和17 號點較為穩(wěn)定，總體在0值附近波動，其余點號波動較大；軌道差異中上行線除4 和12號點數(shù)值較小，其他點位數(shù)值都較大，下行線除了點14、15 和18號點為負值，其他點位的數(shù)值大部分為正值。因此，道床沉降的沉降變化量最大，側墻沉降、頂板沉降和道床沉降主要以上升為主，側墻位移整體主要向東位移，上行線向西偏移，下行線向東偏移，軌道差異上行線監(jiān)測點的數(shù)值一致性較差，下行線軌道差異值總體上為正值。

圖3 側墻沉降統(tǒng)計

圖4 側墻位移統(tǒng)計

圖5 道床沉降統(tǒng)計

圖6 頂板沉降統(tǒng)計

圖7 軌道差異統(tǒng)計

圖8 至圖12 分別展示了上行線與下行線的側墻沉降、側墻位移、道床沉降、頂板沉降、軌道差異的累積最大變化量在十個月內(nèi)的變化情況。從圖中可以看出，監(jiān)測項目的總體變化量較大，但數(shù)據(jù)都在規(guī)定的范圍內(nèi)。此外，上行線與下行線的側墻沉降、側墻位移、道床沉降、頂板沉降、軌道差異前期的累積最大變化量的值較小，隨著監(jiān)測時間的增加，其變化量越來越大，大約1 個月之后不在明顯增加。上行線與下行線的側墻沉降和側墻位移在最后20d 時其累積最大變化量值比較平穩(wěn)，而且數(shù)據(jù)基本一致。對側墻位移的累積最大變化量分析知，下行線在第50～150d 內(nèi)數(shù)值較為穩(wěn)定且均為正值，而下行線在此期間數(shù)據(jù)波動較大。道床沉降的累積最大沉降量在第150～200d 內(nèi)，上行線和下行線的數(shù)值基本一致，均為負值，而且第200d 之后下行線的數(shù)值與上行線存在滯后性變化。頂板沉降的最大累積變化量在第50～150d 內(nèi)，上行線和下行線的數(shù)值整體為正值且數(shù)值變化較小。軌道差異最大累積變化量在監(jiān)測期間數(shù)值一直在波動，但是均未超過限值。結合五張圖，從整體數(shù)據(jù)來看，所有波動都是處在3mm 內(nèi)，屬于正常沉降范圍內(nèi)。

圖8 側墻累積最大沉降量

圖9 側墻累積最大位移量

圖10 道床累積最大沉降量

圖11 頂板累積最大沉降量

圖12 軌道間累積最大差異值

表1 上行線累積最大變化量情況

在上行線方面來看，頂板沉降主要以上升為主且大多在+2～+3mm 的范圍內(nèi)，整體是上升趨勢；對于側墻沉降，下沉趨勢占比約30%，上升占比約為70%；對于側墻位移，主要以向西偏移為主，且偏移量在-2～-3mm 范圍內(nèi)；對于道床沉降，主要以+2～+3mm的沉降為主；對于軌道差異，以+2～+3mm 的偏移量為主，占比約為50%。

表2 下行線累積最大變化量情況

在下行線方面來看，頂板沉降主要以上升為主且大多在+2～+3mm 的范圍內(nèi)，整體是上升趨勢；對于側墻沉降，下沉趨勢占比約60%，上升占比約為40%，且在下沉主要以下沉-2～-3mm 為主；對于側墻位移，主要以向東偏移為主，且偏移量在+2～+3mm范圍內(nèi)，偏移量在+1～+2mm 范圍均占10%；對于道床沉降，主要以+2～+3mm 的沉降為主；對于軌道差異，以+2～+3mm 的偏移量為主，占比約為65%。

總體來看，頂板沉降、側墻位移、道床沉降和軌道差異的累積最大變化量受周邊施工的影響，普遍集中在±2～±3mm 的區(qū)間，臨近警戒線，側墻沉降相比其他四個方面比較穩(wěn)定，受影響較小。但整體仍然是在一個可控的區(qū)間內(nèi)。

4 結語與建議

本文通過對軌道交通既有線地鐵站長達10 個月的監(jiān)測，結果表明上行線和下行線頂板沉降、側墻沉降、側墻位移、道床沉降、軌道差異位移變化量均在3mm 之內(nèi)，且最大累積變化量值也在規(guī)定的范圍內(nèi)，因此軌道交通4 號線施工建設對既有2 號線地鐵站有輕微影響，不影響正常運行。此外，施工期間應對監(jiān)測點進行保護，以確保測量數(shù)據(jù)的準確性。通過對軌道交通線進行沉降監(jiān)測分析，對保障交通線正常運營有積極作用。