地鐵施工拱頂下沉安全監(jiān)測(cè)研究

王 博 郭子華

(大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧大連 116023)

0 引言

隨著地鐵的快速發(fā)展，施工監(jiān)控越來(lái)越被人們重視，因?yàn)榈罔F施工監(jiān)控不力而造成的各種問(wèn)題和隱患都是致命的。如法國(guó)雷爾地鐵事故，2008年杭州地鐵塌方事故，2011年大連地鐵塌方事故等，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了重大損失，并造成了不良的社會(huì)影響[1，2]。這些事故的發(fā)生除了施工方面的原因之外，另一個(gè)非常重要的原因是施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工沒(méi)有發(fā)揮其預(yù)警作用。地鐵施工監(jiān)控就是對(duì)施工過(guò)程中圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的受力情況以及它們之間的力學(xué)關(guān)系進(jìn)行量測(cè)，并對(duì)地面穩(wěn)定性與施工方法做出評(píng)價(jià)，以確保施工的絕對(duì)安全和工程經(jīng)濟(jì)合理[3]。施工監(jiān)測(cè)可以用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果來(lái)彌補(bǔ)理論分析的不足，并可以積累區(qū)域性監(jiān)控量測(cè)資料，提高地鐵的設(shè)計(jì)和施工水平[4]。

1 拱頂下沉測(cè)量意義

拱頂下沉的監(jiān)控量測(cè)方法，即在地鐵施工過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)布設(shè)于拱頂部位的固定測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間相對(duì)標(biāo)高，求出兩次監(jiān)控量測(cè)的差值，即為該測(cè)點(diǎn)的沉降變化值。

不少城市地鐵施工過(guò)程中，為了最大限度的減小對(duì)地面交通的影響，往往采用暗挖等施工方法，在工程地質(zhì)條件復(fù)雜的線(xiàn)路，往往存在塌方等重大隱患，做好施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)工作對(duì)預(yù)防塌方有著極為重要的作用，必須加以重視。并在實(shí)際增加超前監(jiān)測(cè)點(diǎn)增加了密度和觀測(cè)頻率，隨時(shí)掌握隧道內(nèi)部和洞外地表沉降的變化，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)提供安全保障，并指導(dǎo)施工。

2 測(cè)點(diǎn)布置

拱頂下沉測(cè)量關(guān)鍵是確定不動(dòng)點(diǎn)作為參考點(diǎn)(基點(diǎn))(見(jiàn)圖1)，通常采用以下兩種方法:1)在洞口附近，可采用洞外基準(zhǔn)點(diǎn)，每次測(cè)量時(shí)從洞外引入;2)在開(kāi)挖面一定距離的拱頂處設(shè)置參考點(diǎn)，并假定其為不動(dòng)點(diǎn)(下沉量微小，可以忽略不計(jì))進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。其中第一種方法精確度高但工作量大，后一種方法操作簡(jiǎn)單但誤差較大。在選好的觀測(cè)點(diǎn)位置上將監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)焊在鋼格柵骨架上，外露長(zhǎng)度為2 cm。

圖1 拱頂下沉測(cè)量

3 拱頂下沉測(cè)量方法

防止塌方是隧道地鐵施工的重中之重。拱頂下沉監(jiān)測(cè)在隧道或地鐵施工監(jiān)測(cè)中對(duì)于預(yù)防塌方和保證施工安全具有非常重要的作用，拱頂下沉的測(cè)量方法有多種，每種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。本文對(duì)幾種常用的拱頂下沉測(cè)量方法做一探討。

3.1 精密水準(zhǔn)測(cè)量

首先要確定監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)要由3個(gè)相距不太遠(yuǎn)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不動(dòng)點(diǎn)組成，并設(shè)置鋼筋混凝土墩式標(biāo)志，3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)要做閉合路線(xiàn)。其中1個(gè)為主基準(zhǔn)點(diǎn)，另外2個(gè)為輔助基準(zhǔn)點(diǎn)，3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)要定期做閉合測(cè)量。洞內(nèi)根據(jù)需要加設(shè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，每次測(cè)量時(shí)均要做二等水準(zhǔn)閉合測(cè)量以保證測(cè)量精度。

測(cè)量時(shí)，為了測(cè)量拱頂高程，拱頂掛尺時(shí)要采用倒尺法。從洞外基準(zhǔn)點(diǎn)用二等水準(zhǔn)測(cè)量方法引到洞內(nèi)隧道地面標(biāo)高h(yuǎn)1，用精密電子水準(zhǔn)儀讀出后視讀數(shù)b和前視讀數(shù)a，則拱頂高程h2為:

每次測(cè)量的h2的差值就是拱頂下沉量。每次測(cè)量的累計(jì)沉降量和變化速率都要滿(mǎn)足規(guī)范要求。

這種測(cè)量方法優(yōu)點(diǎn)為:精度高，測(cè)量準(zhǔn)確。

其缺點(diǎn)為:受測(cè)量環(huán)境影響較大，二等測(cè)量工作任務(wù)重。需另外找光源，需專(zhuān)門(mén)軟件處理數(shù)據(jù)，操作較復(fù)雜。

具體操作方法見(jiàn)圖2。

圖2 精密水準(zhǔn)測(cè)量示意圖

3.2 普通水準(zhǔn)測(cè)量

采用普通水準(zhǔn)儀進(jìn)行拱頂下沉測(cè)量時(shí)，所用的儀器設(shè)備主要有普通光學(xué)水準(zhǔn)儀和普通塔尺等。因塔尺在觀測(cè)過(guò)程中不方便，也可采用固定鋼尺的做法，即平時(shí)將鋼尺斜掛在洞壁上，監(jiān)控量測(cè)時(shí)放開(kāi)，尺端掛一小錘保證鋼尺豎直。塔尺頂部要加工個(gè)小環(huán)以方便掛尺，注意小環(huán)一定要有足夠的剛度以保證測(cè)量的精度。測(cè)量原理同上述的精密水準(zhǔn)測(cè)量方法。

該方法優(yōu)點(diǎn)為:受測(cè)量環(huán)境影響較小，人工讀數(shù)方便測(cè)量速度快，省時(shí)省力。

缺點(diǎn)為:精度較低。具體操作方法見(jiàn)圖3。

3.3 激光測(cè)距儀

充分利用已經(jīng)布設(shè)的收斂點(diǎn)，利用等腰三角形和勾股定理，間接計(jì)算得到拱頂下沉值，所用的儀器設(shè)備主要為激光測(cè)距儀。此方法對(duì)于所布的監(jiān)測(cè)點(diǎn)要求較高，要確保收斂點(diǎn)與拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在同一斷面上，而且要把拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)布于同一截面正上方。測(cè)量時(shí)用激光測(cè)距儀測(cè)出BC和AC的距離lBC和lAC，則拱頂A的高度為:

每次測(cè)量計(jì)算出的h值就是拱頂?shù)南鄬?duì)高程，兩次相對(duì)高程之差就是拱頂沉降值。

這種測(cè)量方法優(yōu)點(diǎn)是:測(cè)量方便快捷。

其缺點(diǎn)為:對(duì)于測(cè)量點(diǎn)的布置要求較高，精度較低，而且拱角B和C若標(biāo)高變化則會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤。

具體操作方法見(jiàn)圖4。

圖3 普通水準(zhǔn)測(cè)量示意圖

圖4 激光測(cè)距儀測(cè)量示意圖

3.4 全站儀免棱鏡測(cè)量方法

隨著全站儀在工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，拱頂下沉測(cè)量也可用全站儀來(lái)完成。通過(guò)測(cè)量拱頂測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)變化，計(jì)算出拱頂測(cè)點(diǎn)的下沉數(shù)值。由于場(chǎng)地空間的局限性，只能用免棱鏡的全站儀測(cè)量方法。利用儀器中的存貯設(shè)備，避免了洞內(nèi)計(jì)算和參數(shù)設(shè)置等工作，使測(cè)量工作大為減少。

優(yōu)點(diǎn):不架設(shè)棱鏡，操作方便快捷;

缺點(diǎn):棱鏡貼片的精度對(duì)最終的測(cè)量精度影響較大，并且沒(méi)有考慮后視點(diǎn)精度影響。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論:

1)精密電子水準(zhǔn)儀二等水準(zhǔn)測(cè)量拱頂下沉結(jié)果最為精確，而激光測(cè)距儀測(cè)量最為簡(jiǎn)便。幾種測(cè)量拱頂下沉的方法各有利弊，應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇所采用測(cè)量方法;

2)特殊復(fù)雜情況下，為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)為設(shè)計(jì)提供更有價(jià)值的數(shù)據(jù)，更重要的是防止塌方、保證施工安全順利進(jìn)行，可采用多種測(cè)量方法同時(shí)測(cè)量、復(fù)核。比如大連地鐵某標(biāo)段地表沉降嚴(yán)重，地表沉降累計(jì)達(dá)到將近80 mm，已經(jīng)遠(yuǎn)超出允許值30 mm，但拱頂下沉幾種方法測(cè)得均只有10 mm左右，分析原因是市政管道施工完畢回填不密實(shí)，排除了塌方隱患，保證了施工順利進(jìn)行。

[1]于學(xué)馥，鄭 穎.地下工程圍巖穩(wěn)定分析[M].北京:人民交通出版社，2008:77-78.

[2]梁 禹.廣州地鐵一號(hào)線(xiàn)越江隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008，24(3):15.

[3]徐少平.成都砂卵地層大型地鐵基坑施工穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)[J].鐵道建筑，2010，21(11):44-45.

[4]毛新虎，王啟耀.電廠(chǎng)水下網(wǎng)格盾構(gòu)隧道推進(jìn)監(jiān)控量測(cè)探討[J].鐵道建筑，2009，28(8):33.