地面沉降監(jiān)測在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用及總結(jié)

摘 要：地面沉降的監(jiān)測工作開始于20世紀中期，隨著地面沉降的加大，危害加深，相應(yīng)監(jiān)測手段也在不斷進步，文章通過對軌道交通工程施工過程中的基坑及隧道本體以及其周邊環(huán)境等實施監(jiān)測，充分發(fā)揮信息化施工及動態(tài)管理手段，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，找出變形規(guī)律、預(yù)測變形情況，分析判斷施工的科學(xué)性、合理性，優(yōu)化設(shè)計施工參數(shù)，保證軌道交通工程本體及周邊環(huán)境的安全。

關(guān)鍵詞：地鐵；沉降；監(jiān)測

引言

地面沉降監(jiān)測反映了地鐵施工過程中對周圍地表的影響及變化情況，在實際施工中，監(jiān)控量測方案的制定應(yīng)覆蓋施工活動對地鐵工程及影響范圍內(nèi)的周邊環(huán)境的各個方面，監(jiān)測手段選擇應(yīng)可靠、科學(xué)，地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)與其他監(jiān)測手段相結(jié)合，監(jiān)測項目之間有機結(jié)合，相輔相成，監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠互相印證，共同反映地鐵工程及周邊環(huán)境的影響及變化情況，綜合分析，指導(dǎo)施工。

1 地面沉降監(jiān)測原理及設(shè)計原則

1.1 地面沉降監(jiān)測原理

根據(jù)軌道交通工程基坑或隧道所處施工環(huán)境、工程地質(zhì)水文條件、施工方法及進度等綜合考慮確定地面沉降監(jiān)測方案。地面沉降監(jiān)測方案一般包括測點設(shè)計、布點數(shù)量及方法，監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警和報警控制指標、信息反饋等。地面沉降監(jiān)測外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用水準測量方法，使用精密水準儀及配套銦鋼尺進行。

1.2 地面沉降監(jiān)測設(shè)計原則

1.2.1 系統(tǒng)性原則

（1）所設(shè)計的各種監(jiān)測項目有機結(jié)合，相輔相成，測試數(shù)據(jù)能相互進行校驗。

（2）發(fā)揮系統(tǒng)功效，對監(jiān)測對象進行全方位、立體、實時監(jiān)測，并確保數(shù)據(jù)的準確性和及時性。

（3）在施工過程中進行連續(xù)監(jiān)測，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性、系統(tǒng)性。

1.2.2 與設(shè)計相結(jié)合原則

（1）對設(shè)計使用的關(guān)鍵參數(shù)進行監(jiān)測，以便達到進一步優(yōu)化設(shè)計的目的。

（2）對評審中有爭議的工藝、原理所涉及的部位進行監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反演分析和計算對其進行校核。

（3）依據(jù)設(shè)計計算確定支護結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等的警界值。

1.2.3 關(guān)鍵部位優(yōu)先、兼顧全局原則

（1）對支護結(jié)構(gòu)體敏感區(qū)域增加測點數(shù)量和項目，進行重點監(jiān)測。

（2）對巖土工程勘察報告中描述的巖土層變化起伏較大的位置和施工中發(fā)現(xiàn)異常的部位進行重點監(jiān)測。

（3）對關(guān)鍵部位以外的區(qū)域在系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上均勻布設(shè)監(jiān)測點。

1.2.4 與施工相結(jié)合原則

（1）結(jié)合施工工況調(diào)整監(jiān)測點的布設(shè)方法和位置。

（2）結(jié)合施工工況調(diào)整測試方法或手段、監(jiān)測元器件種類或型號及測點保護方式或措施。

（3）結(jié)合施工工況調(diào)整測試時間、測試頻率。

1.2.5 經(jīng)濟合理性原則

（1）在安全、可靠的前提下結(jié)合工程經(jīng)驗盡可能地采用直觀、簡單、有效的測試方法。

（2）在確保質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能的選擇成本較低的國產(chǎn)監(jiān)測元件。

（3）在系統(tǒng)、安全的前提下，合理利用監(jiān)測點之間的關(guān)系，減少測點布設(shè)數(shù)量，降低監(jiān)測成本。

2 地面沉降監(jiān)測方法

2.1 基點埋設(shè)

為確保監(jiān)測工作的可靠性、穩(wěn)定性及連續(xù)性，在整個監(jiān)測區(qū)域設(shè)立完整的沉降變形監(jiān)測控制網(wǎng)，由控制網(wǎng)來控制日常的沉降監(jiān)測。

監(jiān)測控制網(wǎng)的布網(wǎng)原則：

（1）變形監(jiān)測控制網(wǎng)的起算點或終點要有穩(wěn)定的點位，為了減少觀測點誤差的累積，距觀測區(qū)不能太遠。

（2）為便于迅速獲得觀測成果，變形監(jiān)測控制網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的簡單。

（3）在確保變形監(jiān)測控制網(wǎng)具有足夠精度的條件下，控制網(wǎng)應(yīng)盡量布設(shè)一次全面網(wǎng)。

根據(jù)以上布網(wǎng)原則，在整個監(jiān)測區(qū)域布設(shè)沉降變形監(jiān)測控制網(wǎng)。主要在各路口布設(shè)較穩(wěn)定的控制網(wǎng)點，采用往返觀測附和線路，算出各點高程，作為測量時的起算點。在監(jiān)測工期內(nèi)應(yīng)對控制網(wǎng)定期復(fù)核。

每月兩次對水準控制網(wǎng)進行聯(lián)測，修正其水準高程。為確保測量的精度，整個沉降測量參照二等水準測量進行。

基點應(yīng)埋設(shè)在沉降影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域，并且應(yīng)埋設(shè)在視野開闊、通視條件較好的地方；基點數(shù)量根據(jù)需要埋設(shè)，基點要牢固可靠。

2.2 基坑周邊地表沉降監(jiān)測點布設(shè)方法

如圖1所示，根據(jù)各車站施工具體要求進行調(diào)整。

2.3 隧道上方地表沉降監(jiān)測點布設(shè)方法

如圖2所示，根據(jù)各城市軌道交通工程區(qū)間隧道施工具體要求進行調(diào)整。

2.4 監(jiān)測儀器

精密電子水準儀配套銦瓦條碼尺，或者精密光學(xué)水準儀配套銦鋼尺等。

2.5 數(shù)據(jù)采集方法

按變形測量規(guī)程中測站高差中誤差≤0.5mm的精度要求，用精密水準儀及其配套銦鋼尺進行數(shù)據(jù)采集。所有量測數(shù)據(jù)均采用統(tǒng)一的工程高程系統(tǒng)?；c和附近水準點聯(lián)測取得初始高程。觀測時各項限差宜嚴格控制，每測點讀數(shù)高差不宜超過0.3mm，對不在水準路線上的觀測點，一個測站不宜超過三個，超過時應(yīng)重讀后視點讀數(shù)，以作核對。首次觀測應(yīng)對測點進行連續(xù)兩次觀測，兩次高程之差應(yīng)小于±1.0mm，取平均值作為初始值。

采用電子水準儀監(jiān)測時，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集完畢后可以直接用數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，使用軟件直接成圖。

3 數(shù)據(jù)處理及分析

地表沉降量測數(shù)據(jù)的分析與反饋，包括兩個方面：

（1）基坑或者隧道本體及周圍圍巖穩(wěn)定性判斷。

（2）圍巖變形量的預(yù)測。

通過對基坑或者隧道本體及周圍圍巖穩(wěn)定性判斷，以便采取各種安全防范措施，指導(dǎo)支護參數(shù)的調(diào)整和施工措施的決策，對于礦山法施工的淺埋暗挖隧道，還用于指導(dǎo)選擇二次襯砌的施作時機。

通過對圍巖變形量的預(yù)測，一方面可以用于確定沉降控制標準及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，另一方面，對于隧道施工可以指導(dǎo)預(yù)留變形量。

對于地表監(jiān)測數(shù)據(jù)的時態(tài)曲線分析需要采集大量的原始數(shù)據(jù)，且要結(jié)合施工實際情況選擇適合的回歸分析曲線，數(shù)據(jù)處理相對復(fù)雜，且不直觀，在實際施工中應(yīng)用不便。為了便于監(jiān)測數(shù)據(jù)的實際運用，我們可以對量測數(shù)據(jù)進行形象化判釋，即對于連續(xù)性介質(zhì)，通過對時態(tài)曲線的拐點判別，反映沉降發(fā)展過程，進而判別圍巖穩(wěn)定性。拐點在理論上是選擇的時態(tài)曲線函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，但是在圖形上直接表現(xiàn)為一個拐點，直觀形象，便于判別。

4 常見問題及主要對策

（1）測點埋設(shè)對于地表沉降監(jiān)測非常重要。由于地鐵工程施工周邊環(huán)境千變?nèi)f化，測點埋設(shè)的難度也各有不同，例如盾構(gòu)隧道恰好位于道路下方，布點時由于道路硬化的影響，很難將測點埋入原狀土內(nèi)，如果不能將測點埋入原狀土，則該測點的數(shù)據(jù)必然不能真實地反應(yīng)該位置的地表沉降情況，因此就會對決策造成誤導(dǎo)。

主要對策：地表沉降監(jiān)測點的埋設(shè)必須嚴格按照設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求進行，將測點埋入原狀土，通過測點的監(jiān)測，直接反映出對于未知原狀土的變形情況。例如，在馬路上布設(shè)監(jiān)測點應(yīng)使用水鉆等工具，將硬化層鉆透，之后將鋼筋或者其他材料制作的監(jiān)測點打入原狀土內(nèi)。

（2）地表沉降監(jiān)測外業(yè)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理及分析工作量大，專業(yè)性強，常常會因為數(shù)據(jù)采集頻率不夠或者采集時機不合理導(dǎo)致不能反映真實的變形情況，或者是因為監(jiān)測人員數(shù)據(jù)分析能力不足，導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)分析不到位，或者無人分析，不能實時指導(dǎo)施工。

主要對策：監(jiān)測頻率的選擇在地表沉降監(jiān)測中非常重要，它直觀記錄了施工過程中地表或者圍巖的變形情況，頻率太密集則測量強度大，太疏松卻又不能及時反映位移變化情況。因此，應(yīng)參照有關(guān)規(guī)范，結(jié)合施工實際情況，在開挖初期及開挖過程中監(jiān)測頻率應(yīng)該密集一些，開挖后隨著時間的推移逐步降低監(jiān)測頻率。對于沉降速率快、累計沉降量大的監(jiān)測點、監(jiān)測斷面進行臨時調(diào)整，確保足夠的數(shù)據(jù)量，便于數(shù)據(jù)分析。

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，有條件的情況下，盡量采用精密電子水準儀，數(shù)據(jù)采集完成后，直接采用數(shù)據(jù)線導(dǎo)入電腦，進行簡單的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換之后，就可以利用EXCEL繪制各點的時態(tài)變化曲線圖，從拐點情況形象化判釋監(jiān)測對象的穩(wěn)定性，對于一些重要監(jiān)測對象，需要進行回歸分析時，根據(jù)時態(tài)變化曲線圖形狀，選擇適合的回歸分析函數(shù)，計算回歸模型的極限值，指導(dǎo)施工參數(shù)調(diào)整。

5 注意事項

（1）選擇成熟先進的監(jiān)控量測儀器和設(shè)備，同時應(yīng)滿足量測精度要求、抗干擾性強、適應(yīng)長期測試等條件。

（2）水準基點應(yīng)埋設(shè)在變形區(qū)外，水準基點一般不少于三個，應(yīng)埋設(shè)在道面基層以下穩(wěn)定的原狀土層中，也可埋設(shè)在穩(wěn)定的建（構(gòu)）筑物的墻上。

（3）地表沉降監(jiān)測點應(yīng)埋設(shè)在能反應(yīng)監(jiān)測對象變形敏感的部位，并對測點采取有效的保護措施。例如對于盾構(gòu)隧道施工，地表沉降監(jiān)測中，位于隧道中線上的測點就尤為重要，測點布設(shè)時，在監(jiān)測斷面布置的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)加密。測點一般低于地面10cm，防止測點被碾壓，必要時，測點上方加蓋保護。

6 結(jié)束語

通過以上敘述，可以看到在地鐵施工過程中進行連續(xù)監(jiān)測，結(jié)合施工工況調(diào)整測試時間、測試頻率，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性、系統(tǒng)性。只要我們優(yōu)化測量方案，利用先進的測量儀器，把握住每一個環(huán)節(jié)，就能滿足施工的要求。