淺談下穿已有地鐵隧道的監(jiān)測(cè)

張水華

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳 518028)

近年來，我國城市軌道交通工程建設(shè)蓬勃發(fā)展，由于其在建筑物密集、地下管網(wǎng)繁多的城市環(huán)境中建設(shè)，且多為隧道，下穿已有運(yùn)營線路隧道更是隧道施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因其下穿隧道的凈距小，下穿長(zhǎng)度大，周邊環(huán)境復(fù)雜，且已有路線正在運(yùn)營，監(jiān)測(cè)時(shí)間、方法、儀器等都受到很大制約。因此，保障運(yùn)營線路隧道結(jié)構(gòu)的安全，控制施工隧道自身的變形，對(duì)工程施工和環(huán)境安全以及社會(huì)公共秩序具有重大的意義。

1 運(yùn)營隧道沉降監(jiān)測(cè)

1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)的埋設(shè)

運(yùn)營隧道監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在隧道下穿影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，按成組埋設(shè)，每組2個(gè)～3個(gè)，其相互間距不應(yīng)過大，之間測(cè)站數(shù)控制在2站～3站以內(nèi)。由于地鐵隧道深度較深，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在運(yùn)營線路隧道內(nèi)，采用獨(dú)立高程系統(tǒng);且地鐵正在運(yùn)營，應(yīng)考慮運(yùn)營軌道震動(dòng)對(duì)基點(diǎn)的影響，最好布設(shè)在遠(yuǎn)離軌道的區(qū)域，如出入口、橫通道、豎井等，以保持精度的可靠性和穩(wěn)定性。

靠近下穿隧道施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)布設(shè)工作基點(diǎn)，工作基點(diǎn)的埋設(shè)與布置的原則與基準(zhǔn)點(diǎn)相同，也應(yīng)成組埋設(shè)，每組2個(gè)。作為每次監(jiān)測(cè)工作的起始點(diǎn)，應(yīng)盡量靠近地鐵下穿施工現(xiàn)場(chǎng)，并定期(最長(zhǎng)不超過1個(gè)月)與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

1.2 沉降監(jiān)測(cè)

沉降監(jiān)測(cè)按照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》變形監(jiān)測(cè)二級(jí)的精度要求進(jìn)行，技術(shù)要求如表1所示。

沉降觀測(cè)點(diǎn)的精度要求 表1

沉降監(jiān)測(cè)作業(yè)測(cè)量的視線長(zhǎng)度、前后視距差、視線高度的要求按照表2執(zhí)行。

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量的視線長(zhǎng)度、前后視距差、視線高度的要求 表2

觀測(cè)點(diǎn)首次觀測(cè)時(shí)，必須觀測(cè)兩次，取其平均值為初始值。各觀測(cè)點(diǎn)的高程通過與工作基點(diǎn)或者基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)得到。

沉降值計(jì)算:監(jiān)測(cè)時(shí)通過測(cè)得各觀測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)(或基準(zhǔn)點(diǎn))的高程差△H，把第一次觀測(cè)的觀測(cè)點(diǎn)高程作為起始值，以后每次測(cè)得高程與前一次進(jìn)行比較，差值△h即為該觀測(cè)點(diǎn)的沉降值，與第一次比較的差值△H為累積沉降值。

受地鐵運(yùn)營影響，監(jiān)測(cè)時(shí)間一般為凌晨0點(diǎn)～4點(diǎn)，由于作業(yè)時(shí)間短，隧道光線不足，監(jiān)測(cè)時(shí)可采用支水準(zhǔn)路線，保證作業(yè)時(shí)一次性完成所有點(diǎn)位觀測(cè)。

2 隧道收斂監(jiān)測(cè)

(1)監(jiān)測(cè)目的:通過量測(cè)隧道側(cè)壁間的相對(duì)位移，判斷隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

(2)監(jiān)測(cè)方法:利用收斂計(jì)對(duì)隧道凈空進(jìn)行觀測(cè)，采用相對(duì)距離進(jìn)行控制。

(3)監(jiān)測(cè)儀器:隧道收斂計(jì)。

(4)布點(diǎn)方法及量測(cè)頻率:已有隧道兩側(cè)內(nèi)壁布滿電纜及各種管線，布點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量避開各種管線，選取合適的觀測(cè)點(diǎn)位。凈空收斂沿隧道軸線方向每3 m布設(shè)一組收斂點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在結(jié)構(gòu)斷面上，選用直徑為22 mm螺紋鋼，先用沖擊鉆在隧道結(jié)構(gòu)斷面兩側(cè)拱腰打孔，然后加入混凝土進(jìn)行埋設(shè)，外露長(zhǎng)度約5 cm，在外露的螺紋鋼頭，焊接一橢圓形鋼環(huán)，用紅油漆標(biāo)記統(tǒng)一編號(hào)，并加設(shè)防護(hù)裝置。監(jiān)測(cè)時(shí)將收斂計(jì)連接在基線兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，拉緊后通過百分表讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，連續(xù)讀取三次，取平均值作為觀測(cè)值。為確保監(jiān)測(cè)精度，每次測(cè)量時(shí)應(yīng)使收斂計(jì)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的連接方向、連接方式一致。

圖1 收斂基線形式

地鐵運(yùn)營停止，軌道電網(wǎng)關(guān)閉，但軌道上還可能存有弱電，收斂監(jiān)測(cè)時(shí)，嚴(yán)禁將收斂計(jì)鋼尺搭在兩條軌道上面，以免造成觸電危險(xiǎn)。

3 裂縫監(jiān)測(cè)

已有隧道內(nèi)的裂縫包括伸縮縫，原有的結(jié)構(gòu)裂縫，下穿過程中產(chǎn)生的新裂縫，下穿過程中要對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格巡視檢查。

監(jiān)測(cè)前，先對(duì)裂縫進(jìn)行編號(hào)，然后分別監(jiān)測(cè)裂縫的位置、走向、長(zhǎng)度及寬度等。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況，預(yù)測(cè)裂縫的變化趨勢(shì)。

圖2 裂縫監(jiān)測(cè)示意圖

墻面上的裂縫，可采取在裂縫兩側(cè)設(shè)置鋼片，平等固定在裂縫的兩側(cè)，使一片搭在另一片上，保持緊密，其密貼部分涂紅色，兩鋼片重疊后露出部分涂白色，如圖2所示。當(dāng)裂縫變化時(shí)，測(cè)量?jī)射撈e(cuò)開的距離(無顏色部分)，即得裂縫寬度。測(cè)量時(shí)保證游標(biāo)卡尺與紅白顏色錯(cuò)開的空白線相垂直。對(duì)于比較整齊的裂縫(如伸縮縫)，可使用游標(biāo)卡尺直接量取。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

近期正在建設(shè)的深圳市軌道交通二期三號(hào)線西延段工程，于少蓮區(qū)間下穿地鐵4號(hào)線車擋隧道，4號(hào)線車擋隧道的凈跨為9.9 m，為雙線大跨度隧道。區(qū)間隧道下穿4號(hào)線車擋線長(zhǎng)度為11.3 m，安全長(zhǎng)度為40 m，兩條隧道最小凈距為左線1.878 m，右線1.835 m，隧道采用礦山法施工。下穿斷面如圖3所示。

圖3 下穿斷面圖

場(chǎng)地地下水按含水性質(zhì)不同可分為3種類型:①賦存于上覆填土中的上層滯水;②賦存于填土層、含有機(jī)質(zhì)砂層、沖洪積層等第四系土層中的孔隙性潛水;③賦存于基巖中的基巖裂隙水。根據(jù)室內(nèi)滲透試驗(yàn)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，含有機(jī)質(zhì)砂層透水性相對(duì)較強(qiáng)，具微承壓性，屬中等透水性土層;填土層、沖洪積層中的粉質(zhì)粘土、殘積層、全、強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化巖層均屬弱透水層;沖洪積層中的砂層屬中等透水層，粘土層為微透水層;微風(fēng)化巖石裂隙連通性差，屬微透水性。

4.2 監(jiān)測(cè)實(shí)施

由于工期緊張，下穿時(shí)間較短，觀測(cè)條件較困難，如果采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)，前期點(diǎn)位布設(shè)及調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)，且成本較高。為保證下穿施工時(shí)已有地鐵線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，又要保障施工隧道的安全，我們采用專門針對(duì)下穿運(yùn)營隧道的監(jiān)測(cè)方法。在運(yùn)營軌道上布設(shè)沉降點(diǎn)位進(jìn)行觀測(cè)，影響范圍內(nèi)共布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)44點(diǎn)，平均間距約4 m。考慮到下穿施工時(shí)對(duì)隧道沉降影響呈正態(tài)分布［1］，即隧道上方沉降量大，兩側(cè)隨距離增大逐漸減小，因此點(diǎn)位布設(shè)時(shí)靠近隧道下穿部位要縮小布點(diǎn)間距。隧道內(nèi)壁收斂9組，收斂基線應(yīng)與沉降點(diǎn)布設(shè)在同一斷面上;沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在施工影響范圍外的100 m處，對(duì)隧道內(nèi)的2處伸縮縫布設(shè)裂縫觀測(cè)標(biāo)志。

圖4 隧道內(nèi)布點(diǎn)圖

由于白天地鐵在運(yùn)營，觀測(cè)工作只能在晚上進(jìn)行，所以應(yīng)配備手電筒以及足夠的電源。作業(yè)時(shí)嚴(yán)格遵守地鐵內(nèi)部作業(yè)規(guī)定，進(jìn)入隧道作業(yè)前接受地鐵安保人員檢查，檢查設(shè)備安全。作業(yè)完成出隧道時(shí)檢查儀器設(shè)備是否齊全，以免留在隧道內(nèi)，造成運(yùn)營安全。由于地鐵軌道及軌道上面的接觸網(wǎng)有高壓電，所以嚴(yán)禁使用3 m因瓦尺，收斂觀測(cè)時(shí)，嚴(yán)禁同時(shí)將鋼尺搭在兩軌道上，避免觸電的危險(xiǎn)。

觀測(cè)頻率及預(yù)警機(jī)制:隧道開挖至5倍洞徑時(shí)開始觀測(cè)，每?jī)商煊^測(cè)一次;至2倍洞徑時(shí)每天觀測(cè)一次，下穿至影響范圍外時(shí)，一周觀測(cè)一次。預(yù)警機(jī)制按三級(jí)監(jiān)測(cè)管理，以三分之一控制值為預(yù)警值，以三分之二控制值為報(bào)警值，當(dāng)實(shí)測(cè)值落在這個(gè)范圍內(nèi)，則要提出警告，需要調(diào)整施工參數(shù)，采取施工對(duì)策。

4.3 數(shù)據(jù)處理分析

通過監(jiān)測(cè)，各軌道沉降點(diǎn)變化速率介于－0.01～0.02之間(觀測(cè)點(diǎn)下沉為負(fù)，隆起為正)，最大沉降量為1.8 mm，出現(xiàn)在下穿中間部位，隆起變化最大時(shí)間為暗挖至下穿隧道交匯面時(shí)，說明下穿施工時(shí)點(diǎn)位有隆起，下穿過后，點(diǎn)位略有下沉，最后趨于穩(wěn)定，點(diǎn)位最大差異沉降量為2.6 mm，未影響軌道的安全。

隧道收斂速率介于－0.02～0.01之間，收斂變化最大量為1.42 mm。裂縫在整個(gè)施工過程中無明顯變化，說明施工對(duì)隧道內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)影響較小。

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)為:軌道水平沉降:±5 mm，兩軌道橫向高差 ＜8 mm，軌距(+9 mm、－4 mm)，水平及三角抗扭曲 ＜8 mm。

由以上數(shù)據(jù)表明，隧道下穿期間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位變化勻在控制指標(biāo)之內(nèi)，已有隧道相對(duì)較穩(wěn)定，施工期間地鐵運(yùn)營安全未受影響。

5 結(jié)語

隨著城市建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，今后遇到下穿已有地鐵隧道的項(xiàng)目會(huì)越來越多，在保證工程進(jìn)度及精度要求下，如何將隧道監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵施工過程中靈活運(yùn)用是一個(gè)值得探討的課題。通過本工程的實(shí)踐筆者得到如下一些體會(huì)。

(1)由于作業(yè)條件限制，運(yùn)營停止后才能觀測(cè)，且觀測(cè)時(shí)間有限，故對(duì)于下穿的運(yùn)營隧道監(jiān)測(cè)不能采用常規(guī)的作業(yè)方式，同時(shí)地鐵隧道下穿時(shí)間較短，采用自動(dòng)化觀測(cè)也不切合實(shí)際，要針對(duì)特定區(qū)域采用多種觀測(cè)方法相結(jié)合，從而達(dá)到監(jiān)控效果。

(2)下穿已有隧道，當(dāng)隧道相交處凈距較小時(shí)，可加載墊層和設(shè)置抗拔樁，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，采取對(duì)策。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，各項(xiàng)變形數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于控制值，安全穿越已有隧道。

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