姚德峰

（北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101）

1 引言

軌道交通線路穿越老城區(qū)時，建筑物與施工區(qū)間會形成復(fù)雜的空間關(guān)系，施工人員必須根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)加強(qiáng)分析研究，結(jié)合地質(zhì)水文條件及周邊環(huán)境，采用合適的施工方法。盾構(gòu)法是一種在軟土和軟巖中均能獲得良好效果的隧道施工方法，但同時也會引發(fā)意外情況。通過全面、準(zhǔn)確的監(jiān)測技術(shù)，能夠獲取相關(guān)的變形數(shù)據(jù)，及時采取有效措施，防止不良影響的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 工程概況

鄭州市軌道交通5#線工程花園路站—經(jīng)三路站區(qū)間工程，自經(jīng)三路站西端盾構(gòu)井始發(fā)，沿黃河路向西敷設(shè)，至花園路站東端盾構(gòu)井處接收，區(qū)間長度約為643.8 m。河南省供銷合作社家屬院位于鄭州市政六街—政七街間黃河路南側(cè)，建造于20 世紀(jì)80 年代初。區(qū)間左線側(cè)穿23#樓，最近距離為0.36 m；側(cè)穿11#樓，最近距離2.11 m。右線隧道下穿23#樓、11#樓、綜合樓，穿越長度207.890 m。側(cè)穿22#樓，最近距離1.73 m。在豎向空間上，區(qū)間右線下穿23#樓、側(cè)穿22#樓，區(qū)間隧道頂距離居民樓豎向距離為8.52～9.14 m。右線下穿11#樓、左線側(cè)穿11#樓，區(qū)間隧道頂距離居民樓豎向距離為9.18～10.32 m。右線下穿綜合樓，區(qū)間隧道頂距離居民樓豎向最大距離10.36 m。

3 軌道交通盾構(gòu)施工監(jiān)測技術(shù)運(yùn)用

3.1 盾構(gòu)施工工藝

盾構(gòu)機(jī)由經(jīng)三路站始發(fā)，花園路站接收。為避免盾構(gòu)剛進(jìn)洞即下穿既有的居民樓，盾構(gòu)區(qū)間先施工左線，左線施工完成后，再利用左線施工經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)右線施工。左右線應(yīng)分別設(shè)置試驗(yàn)段，試驗(yàn)段長度為100 m。試驗(yàn)段施工注入克泥效，檢驗(yàn)克泥效工法效果，以選取合理的克泥效注入?yún)?shù)和盾構(gòu)施工參數(shù)。在到達(dá)風(fēng)險(xiǎn)源前，全面檢查和維護(hù)盾構(gòu)機(jī)，包括刀具、刀盤、注漿系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、千斤頂?shù)戎饕O(shè)施，保證機(jī)械設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。加強(qiáng)對同步注漿量、漿液質(zhì)量、注漿壓力的控制。盾構(gòu)推進(jìn)施工時，及時填充隧道壁后管片空隙，并加強(qiáng)監(jiān)控量測。在施工中，做到勤量測、速反饋，及時掌握重要建構(gòu)筑物沉降情況，若監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到黃色預(yù)警值時，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測；達(dá)到橙色報(bào)警值，應(yīng)立即進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿，直至土體變形穩(wěn)定，若發(fā)現(xiàn)建筑物與地面沉降超限達(dá)到紅色預(yù)警控制值，并且可能出現(xiàn)影響房屋安全的情況，應(yīng)立即停止推進(jìn)。區(qū)間下穿和側(cè)穿房屋段管片增設(shè)注漿孔，采用徑向注漿加固。

3.2 監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

區(qū)間接收風(fēng)險(xiǎn)等級為二級，周邊環(huán)境最大風(fēng)險(xiǎn)等級為一級，根據(jù)GB 50911—2013 《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，本工程監(jiān)測等級為一級，監(jiān)測范圍為工程自身施工及影響范圍內(nèi)的周邊環(huán)境和巖土體。采用自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測相結(jié)合的監(jiān)測方式，通過靜力水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)儀、游標(biāo)卡尺等設(shè)備、設(shè)施監(jiān)測建筑物沉降及差異沉降。周邊環(huán)境監(jiān)測主要為自動化監(jiān)測法，輔以人工監(jiān)測，監(jiān)測頻率應(yīng)滿足監(jiān)測對象所測項(xiàng)目的重要變化過程。根據(jù)設(shè)計(jì)文件及評估文件要求，在對房屋加固前即進(jìn)行自動化監(jiān)測，直至工程完成為止，貫穿于整個施工全過程。自動化監(jiān)測設(shè)計(jì)周期為6 個月，人工監(jiān)測設(shè)計(jì)周期為8 個月。同時，加強(qiáng)現(xiàn)場巡查管理，著重將家屬樓、地下管線、周邊道路及地表、裂縫等作為巡查對象，現(xiàn)場巡查頻率、周期與人工監(jiān)測保持一致。當(dāng)存在勘察未發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)條件、周邊環(huán)境發(fā)生較大沉降、不均勻沉降造成監(jiān)測數(shù)據(jù)異常或變化速率較大等特殊情況時，應(yīng)立即提高監(jiān)測頻率?？茖W(xué)制定監(jiān)測控制值和預(yù)警管理標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測數(shù)值超過控制值時，應(yīng)及時采取妥善的處置措施，保證施工過程安全、順暢。各監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測點(diǎn)均應(yīng)在房屋加固前一周完成監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)，并進(jìn)行初始值的采集工作。初始值采集應(yīng)取3 次測量值的平均值作為各監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測點(diǎn)的初始值[1]。

3.3 自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測技術(shù)結(jié)合運(yùn)用

3.3.1 建筑物沉降及差異沉降監(jiān)測

因在盾構(gòu)下穿期間，供銷社家屬樓風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，設(shè)計(jì)要求監(jiān)測頻率較密，人工監(jiān)測無法保證所需要的日常監(jiān)測工作，所以，采用自動化監(jiān)測技術(shù)，通過靜力水準(zhǔn)儀對23#樓、11#樓、綜合樓3 棟建筑物進(jìn)行全天候不間斷監(jiān)測。通過計(jì)算機(jī)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確保在盾構(gòu)施工期間監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋的準(zhǔn)確性和及時性，如果出現(xiàn)異常狀況，能夠及時給予科學(xué)指導(dǎo)，保證施工安全可控。在23#樓、11#樓、綜合樓南側(cè)及23#樓西側(cè)兩個單元1 樓地基基礎(chǔ)上布設(shè)靜力水準(zhǔn)儀，其他單元全部布設(shè)在2 樓區(qū)域。各監(jiān)測項(xiàng)目控制值見表1。

表1 各監(jiān)測項(xiàng)目控制值

在開展自動化監(jiān)測時，同步進(jìn)行人工監(jiān)測。按照設(shè)計(jì)文件、安全評估報(bào)告及現(xiàn)場情況，監(jiān)測范圍取1.5～2.0 倍隧道埋深，在建筑物四角、新舊連接、高低懸殊、伸縮縫、不同埋設(shè)基礎(chǔ)兩側(cè)和沉降縫等部位，沿外墻間隔10～15 m，或間隔2～3 根柱基布點(diǎn)，且每側(cè)不少于3 個監(jiān)測點(diǎn)。建筑物內(nèi)部監(jiān)測點(diǎn)布置在每根結(jié)構(gòu)柱或承重墻下。同時，在盾構(gòu)影響范圍之外，設(shè)置人工水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，用于校核靜力水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)要滿足相關(guān)技術(shù)要求，采用預(yù)制件進(jìn)行豎向位移監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)。將外露端頂部加工成球形，標(biāo)志采用鉆孔埋入的方式，用錨固劑把周圍縫隙回填密實(shí)，嚴(yán)格控制各距離尺寸。埋設(shè)測點(diǎn)時，應(yīng)盡可能避開障礙物，比如，電器開關(guān)、窗臺線、雨水管等。根據(jù)立尺需要，與墻柱面及地面保持一定距離，埋設(shè)完畢后，在端頭立尺部位做好防腐處理[2]。

本工程自動化監(jiān)測采用壓力式靜力水準(zhǔn)儀，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該儀器設(shè)備具備良好的操作性和精確度。由計(jì)算機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)采集管理軟件構(gòu)成信息管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)處理和成果輸出。通過分析計(jì)算各期變形觀測點(diǎn)高程值，得到各期階段變形速率、階段沉降量以及累計(jì)沉降量，遵循監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定性分析和監(jiān)測點(diǎn)預(yù)警判斷分析原則，基于平差計(jì)算結(jié)果，合理判斷監(jiān)測點(diǎn)的有效變動情況，根據(jù)階段變形速率和累積變形量與設(shè)計(jì)控制值的對比，判斷相應(yīng)警戒狀態(tài)。如果出現(xiàn)預(yù)警，應(yīng)該結(jié)合施工情況和巡查信息，著重檢查盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、注漿壓力及注漿量等相關(guān)方面，通過綜合分析得出科學(xué)論斷，并及時采取有效處置措施。為了提高建筑物沉降及差異沉降的準(zhǔn)確性，本工程采用自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測成果相互校正分析的方法，通過兩種監(jiān)測方法的數(shù)據(jù)比對與校驗(yàn)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性，以指導(dǎo)信息化監(jiān)測施工。

3.3.2 道路及地表沉降監(jiān)測

盾構(gòu)隧道穿越及鄰近工程，會對地表下方土體進(jìn)行擾動，從而造成地表變形，甚至開裂、塌陷等事故。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，本工程花園路站盾構(gòu)接收端100 m、下穿建筑物范圍內(nèi)在沿隧道軸線上方，每隔5 m 布置1 個地表沉降測點(diǎn)，每隔20 m設(shè)1 個監(jiān)測斷面，每個主斷面設(shè)13 個監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)的埋設(shè)要符合相關(guān)技術(shù)要求。采用幾何水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行地表豎向位移觀測，并采用天寶DINI03 電子水準(zhǔn)儀，通過內(nèi)置記錄軟件記錄外業(yè)觀測相關(guān)數(shù)據(jù)。嚴(yán)格按照垂直沉降監(jiān)測三等技術(shù)要求施測，將道路及地表豎向位移監(jiān)測點(diǎn)納入附和或閉合路線觀測。在特殊情況下，可以采用間視法觀測。當(dāng)水準(zhǔn)測量采用閉合水準(zhǔn)路線時，可以只觀測單程，如果采用附合水準(zhǔn)路線，那么則應(yīng)該往返觀測。嚴(yán)格按照觀測順序執(zhí)行，取2 次觀測高差中數(shù)進(jìn)行平差，主水準(zhǔn)路線視線長度不能超過50 m，觀測前后視的距離較差不能超過2 m，前后視距差累積值不能超過3 m，視線離地面高度不能小于0.3 m。地表沉降監(jiān)測點(diǎn)布置如圖1 所示。

圖1 地表沉降監(jiān)測點(diǎn)

本工程監(jiān)測點(diǎn)按照三等垂直位移監(jiān)測精度進(jìn)行觀測，能夠達(dá)到垂直變形監(jiān)測要求。在監(jiān)測開始前、過程中、結(jié)束后，都要對儀器設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，正確設(shè)置各項(xiàng)控制參數(shù)。如果出現(xiàn)與儀器設(shè)備有關(guān)的異常結(jié)果，要及時進(jìn)行檢驗(yàn)和校正。監(jiān)測過程中，應(yīng)做到測站固定、儀器固定、人員固定，在標(biāo)尺分劃線成像穩(wěn)定的條件下進(jìn)行觀測，同時，還應(yīng)注意外部環(huán)境的影響，保證儀器溫度與外界溫度的一致性。數(shù)字水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡要避免太陽直射，不得遮擋視線。如果出現(xiàn)較大振動，要適當(dāng)增加重復(fù)觀測次數(shù)。每測段往測和返測的測站數(shù)應(yīng)該為偶數(shù)。當(dāng)從往側(cè)轉(zhuǎn)向反側(cè)時，注意儀器設(shè)備的重新整置。完成附和或閉合路線時，注意檢查電子記錄的附和或閉合差情況。觀測完成后，形成原始電子觀測文件，使用專業(yè)水準(zhǔn)網(wǎng)平差軟件嚴(yán)密平差，平差后數(shù)據(jù)應(yīng)該精確到0.1 mm，最后得到各點(diǎn)高程值。通過高程值計(jì)算沉降數(shù)據(jù)，得到道路及地表沉降情況，分析施工活動的影響程度和影響范圍[3]。

3.3.3 地下管線沉降及差異沉降

按監(jiān)測斷面間距5～15 m 布點(diǎn)，在位移變化敏感處、變徑處、拐彎處單加測點(diǎn)。對于埋設(shè)在3 m 及以上的管線，可采用位移桿法側(cè)埋至管底旁的測點(diǎn)形式；對于埋設(shè)在3 m 以下的管線，將位移桿底部埋至管線上方2 m 左右。如果2 條管線外皮水平距離在2 m 之內(nèi)，可以按1 條管線處理；2 條管線外皮水平距離大于2 m 時，應(yīng)分別考慮各布點(diǎn)。觀測點(diǎn)埋設(shè)時，有檢查井的管線應(yīng)打開井蓋，直接將監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)到管線上或管線承載體上；無檢查井的管線可在對應(yīng)的地表埋設(shè)間接觀測點(diǎn)。管側(cè)土體豎向位移測點(diǎn)布設(shè)在管線旁邊，測桿深度應(yīng)與管外底標(biāo)高持平。管線豎向位移測點(diǎn)埋設(shè)時，應(yīng)注意準(zhǔn)確調(diào)查核實(shí)管線位置，確保測點(diǎn)能夠準(zhǔn)確反映管線變形。采用鉆孔埋設(shè)方式測點(diǎn)埋設(shè)前，應(yīng)探明有無其他管線，確保埋設(shè)安全。地下管線沉降及差異沉降監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)采集及分析處理同道路地表沉降監(jiān)測相關(guān)內(nèi)容，通過變形觀測點(diǎn)各期高程值，計(jì)算各期階段沉降量、階段變形速率、累計(jì)沉降量等數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

軌道交通施工需要穿越復(fù)雜的地質(zhì)條件，尤其是在舊城區(qū)、老建筑區(qū)域更容易產(chǎn)生安全隱患，可能會對建筑物、構(gòu)筑物及周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，出現(xiàn)不同程度的沉降、裂縫等問題，所以，必須加強(qiáng)施工監(jiān)測，根據(jù)工程特點(diǎn)和實(shí)際條件，科學(xué)制訂監(jiān)測方案，保證監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的合理性和有效性。