地鐵礦山法區(qū)間隧道監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析研究

桑永春，趙 亮，田 龍，葛振宗

（上海寶冶工程技術(shù)有限公司，上海 200941）

0 引 言

隨著現(xiàn)代化城市進(jìn)程不斷加快，很多城市為緩解交通壓力開始興建地鐵，然而地鐵興建過程中不可避免會(huì)給土體、周圍建筑、道路及管線帶來影響。地鐵隧道建造在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖土特性不均勻的地層中，在各種施工壓力和自然因素的影響下，其工程性態(tài)和安全狀況隨時(shí)都在發(fā)生變化。若出現(xiàn)異常，又不能及時(shí)掌握，則無法提前進(jìn)行合理控制，后果不堪設(shè)想。此外地鐵隧道施工造成的變形累積過大會(huì)嚴(yán)重威脅施工人員的生命安全，影響工程順利進(jìn)行。因此有必要采取有效的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以提前預(yù)估可能發(fā)生的險(xiǎn)情，采取相應(yīng)的控制措施降低事故發(fā)生的概率[1-3]。本文以貴陽(yáng)地鐵2號(hào)線二期森林公園泄水洞區(qū)間為對(duì)象，對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)方法及結(jié)果進(jìn)行闡述。

1 工程概況

森林公園站端泄水洞如圖1所示。泄水洞設(shè)計(jì)汽里YDK42+030～+255，總長(zhǎng)為257.614 m，其中泄水洞橫通道段長(zhǎng)26.05 m，暗挖段長(zhǎng)161.56 m，明挖段長(zhǎng)70 m。YDK42+030～+185為暗挖，YDK42+185～+255為明挖，橫通道部分長(zhǎng)26.05 m，隧道拱頂埋深為1～17.6m。泄水洞與森林公園站平行，與右隧中心線間距為20 m，排水坡度為2%，5%，泄水洞與正洞相交于YDK42+030里程處（曲線半徑R=11.5 m），出口與魚梁河相接（相應(yīng)于線路里程為YDK42+255）。施工工況見表1所列。

圖1 泄水洞結(jié)構(gòu)平面示意圖

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)方法

收斂量測(cè)是隧道施工監(jiān)控量測(cè)的重要項(xiàng)目。周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映，通過周邊位移量測(cè)可實(shí)現(xiàn)以下目的：

（1）判斷隧道空間的穩(wěn)定性；

（2）根據(jù)變位速度判斷圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時(shí)機(jī)；

（3）指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

對(duì)于有必要監(jiān)控的地段，設(shè)置監(jiān)控量測(cè)斷面，每個(gè)斷面分別在側(cè)墻設(shè)置測(cè)點(diǎn)，利用收斂計(jì)或全站儀測(cè)讀隧道周邊某兩點(diǎn)相對(duì)位置的變化。測(cè)點(diǎn)安裝結(jié)束后應(yīng)在下一次爆破循環(huán)前獲得初始讀數(shù)。根據(jù)地質(zhì)條件情況布設(shè)量測(cè)斷面，在量測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)距開挖面應(yīng)小于2 m，第1次量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)在上次爆破后12 h內(nèi)讀取，最遲不超過24 h，且在下一循環(huán)開挖前，完成初次變形值讀數(shù)。

表1 施工工況

（1）傳統(tǒng)量測(cè)方法：采用收斂計(jì)量測(cè)圍巖的水平變形，將收斂計(jì)鋼尺掛鉤分別掛在已安裝的測(cè)點(diǎn)膨脹掛鉤上，然后收緊鋼尺，將卡針插入鋼尺上適當(dāng)?shù)目孜粌?nèi)，并用保護(hù)卡鉤將鋼尺固定；轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母，使鋼尺收緊到觀測(cè)窗中的刻畫線與讀數(shù)指示窗刻度線完全重合，使收斂計(jì)停止擺動(dòng)并迅速使其靜止，讀取鋼卷尺量程取至cm，再讀取百分表中的讀數(shù)取至0.01 mm，兩者相加即得到本次測(cè)量的完整數(shù)值。

（2）無尺量測(cè)技術(shù) ：利用高精度全站儀自由設(shè)站、對(duì)邊測(cè)量、免棱鏡測(cè)距應(yīng)用功能，在隧道中可靈活有效地進(jìn)行隧道的變形量測(cè)。該方法設(shè)站靈活、抗施工干擾的能力強(qiáng)，測(cè)量速度快，效率高，可將儀器架設(shè)在安全區(qū)進(jìn)行量測(cè)，量測(cè)人員無須到達(dá)危險(xiǎn)區(qū)，操作安全。

2.2 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

位移收斂測(cè)點(diǎn)原則上應(yīng)均勻布置在隧道周邊側(cè)壁上，且全部測(cè)點(diǎn)均布置在同一垂直平面內(nèi)，左右對(duì)稱測(cè)點(diǎn)位于同一水平線上，各測(cè)點(diǎn)及測(cè)線的布置應(yīng)根據(jù)斷面各施工部位開挖先后順序分批布置，并以水平測(cè)線量測(cè)為主、斜測(cè)線量測(cè)為輔。值得注意的是位于中隔墻臨時(shí)支撐上的測(cè)點(diǎn)，由于受施工部的影響，位移變化規(guī)律為左右移動(dòng)，量測(cè)時(shí)應(yīng)引起監(jiān)控量測(cè)人員的注意，以確保臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，監(jiān)測(cè)斷面位移測(cè)點(diǎn)的數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況和對(duì)圍巖及初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)的判斷做適當(dāng)增減。本項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

2.3 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

圖2 泄水洞洞口邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

（1）傳統(tǒng)量測(cè)方法：先在被測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)位置用風(fēng)鉆機(jī)或沖擊鉆成孔，孔徑40～50 mm，深度20 cm，在孔中填塞水泥砂漿或植筋膠后插入周邊收斂計(jì)預(yù)埋件，用收斂?jī)x量測(cè)間距；可用φ6 mm鋼筋彎成三角形鉤，用砂漿固定在圍巖或混凝土表層。測(cè)點(diǎn)的大小要適中，過小，測(cè)量時(shí)不易找到；過大，爆破易被破壞。

（2）無尺量測(cè)技術(shù)：先在被測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)位置用風(fēng)鉆機(jī)或沖擊鉆成孔，鉆孔深度進(jìn)入圍巖不少于10 cm，在孔中填塞水泥砂漿后插入周邊收斂預(yù)埋件，在鋼板上粘貼 4 cm×4 cm 的反射片，待砂漿凝固后即可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)示意如圖3和圖4所示。

圖3 測(cè)點(diǎn)標(biāo)志示意圖

圖4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)示意圖

2.4 監(jiān)測(cè)儀器

（1）傳統(tǒng)量測(cè)方法：使用收斂計(jì)（精度0.01 mm）

（2）無尺量測(cè)技術(shù)：采用全站儀進(jìn)行量測(cè)（角度精度指標(biāo)1″，分辨率 0.1″）。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本文主要分析2017年8月至11月期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，此處僅列出凈空收斂數(shù)據(jù)，凈空收斂監(jiān)測(cè)：“-”表示斷面兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間距變小，斷面收斂，無符號(hào)表示斷面兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間距變大，斷面擴(kuò)展。SDJ表示凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，控制報(bào)警值為：日變化量2 mm/d，累計(jì)變化量10 mm。

如圖5所示，記錄的測(cè)點(diǎn)分別為SDJY42156-1，SDJY42156-2，SDJY42146-1，SDJY42146-2，SDJY42136-1，SDJY42136-2，SDJY42126-1，SDJY42126-2，SDJY42116-1，SDJY42116-2，SDJY42106-1，SDJY42106-2，SDJY42096-1，SDJY42096-2，SDJY42086-1，SDJY42086-2，SDJY42080-1，SDJY42080-2，SDJY42076-1，SDJY42076-2，SDJY42066-1，SDJY42066-2，SDJY42056-1，SDJY42056-2，SDJY42046-1，SDJY42046-2，SDJY42036-1，SDJY42036-2，SDJY42026-1，SDJY42016-1，SDJY42006-1，SDJY42003-1，SDJY42003-1。其中測(cè)點(diǎn)編號(hào)按照里程數(shù)編制，平均一個(gè)斷面兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)所有凈空收斂進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，規(guī)律如下：

（1）過程中各測(cè)點(diǎn)的斷面變形都處于受控狀態(tài)，部分測(cè)點(diǎn)在整個(gè)施工過程中均呈相同趨勢(shì)，呈現(xiàn)收斂或擴(kuò)張，較少出現(xiàn)收斂和擴(kuò)張同時(shí)出現(xiàn)的反復(fù)變化，規(guī)律性比較明顯。

（2）各測(cè)點(diǎn)綜合比較可發(fā)現(xiàn)，大部分測(cè)點(diǎn)處于收斂狀態(tài)，且部分測(cè)點(diǎn)收斂變化幅度較大，達(dá)到一定數(shù)值后趨于穩(wěn)定，如測(cè)點(diǎn)SDJY42156-1，SDJY42156-2最大累計(jì)變形量為6 mm。

整體分析，一般擴(kuò)張變形要小于收斂變形。泄水洞隧道拱頂沉降、凈空收斂、興業(yè)路道路沉降和富源北路右線的監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2所列。由表可知，監(jiān)測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范容許的控制值，整體工程在施工過程中處于安全狀態(tài)。根據(jù)檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)巡視結(jié)果，建議現(xiàn)場(chǎng)施工人員密切關(guān)注圍巖變化，嚴(yán)格按照規(guī)范施工，減小爆破擾動(dòng)，在爆破開挖后盡早跟進(jìn)仰拱的施作業(yè)對(duì)初期支護(hù)盡快閉合成環(huán)，隧道開挖停止掘進(jìn)的掌子面，應(yīng)及時(shí)噴漿將掌子面封閉。泄水洞隧道內(nèi)地下水豐富，建議工區(qū)隧道施工作業(yè)人員做好排水工作，避免積水。泄水洞邊坡處已部分回填完成，混凝土噴漿完畢，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已穩(wěn)定。掌子面已施工至興業(yè)西路下方，除去一條老裂縫外并未發(fā)現(xiàn)新增裂縫。建議加強(qiáng)洞內(nèi)及上方地表巡視及監(jiān)測(cè)。掌子面處發(fā)現(xiàn)一處溶槽，加強(qiáng)洞內(nèi)及興業(yè)西路監(jiān)測(cè)頻率，目前監(jiān)測(cè)頻率為2次/天。作業(yè)洞隧道凈空收斂監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6所示。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)本次監(jiān)測(cè)變化量及階段累計(jì)變化量最大值匯總表

圖5 泄水洞隧道凈空收斂監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以貴陽(yáng)地鐵2號(hào)線二期森林公園站泄水洞區(qū)間為監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)泄水洞隧道拱頂沉降、凈空收斂及興業(yè)西路地表沉降進(jìn)行了施工過程的監(jiān)測(cè)，通過采用現(xiàn)場(chǎng)安全巡視和監(jiān)測(cè)手段保證了工程的安全實(shí)施，所采用的無尺測(cè)量方法相對(duì)于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，能滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的進(jìn)度和數(shù)據(jù)精度，有效預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巡視及監(jiān)測(cè)結(jié)果，給出相應(yīng)的建議措施?？蛇M(jìn)一步將所有指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較，以掌握監(jiān)測(cè)指標(biāo)之間的相關(guān)性。