自動化監(jiān)測技術(shù)在橋梁孔樁近接地鐵施工中的應(yīng)用

李 丹

（廣州宏達(dá)工程顧問集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518001）

1 建設(shè)條件

1.1 工程概述

筑城廣場大橋是貴陽市人民大道南段道路工程中的重要節(jié)點(diǎn)工程。大橋先后兩次跨越南明河，橋梁樁基礎(chǔ)布設(shè)時考慮避讓藍(lán)波灣小區(qū)、地鐵1 號線區(qū)間隧道、金岸玉都小區(qū)等重要建（構(gòu)）筑物。大橋主拱分為兩跨，跨徑為90m 和162m；主梁跨徑為（93+63+80）m，橋梁全長236m。其中Gz1 號拱座樁基大致位于左右線隧道中間，樁與左右線隧道的凈距約為2.5m，樁深入隧道底以下3m；Gz3 號拱座樁基位于右線隧道一側(cè)，樁與右線隧道的最小凈距約為2.6m，樁深入隧道底以下3m，拱座區(qū)域隧道基本位于南明河下方，最小埋深約為8.8m。

1.2 周邊環(huán)境條件

擬建工程工程周邊環(huán)境條件復(fù)雜，包括藍(lán)波灣小區(qū)、南明河河堤、南明河攔河壩、南明河排污管及既有地鐵1 號線區(qū)間隧道等。

1.3 軌道交通1 號線區(qū)間概況

貴陽運(yùn)營軌道交通1 號線中山路站—人民廣場站區(qū)間為礦山法暗挖隧道，全區(qū)間為雙洞單線結(jié)構(gòu)。全區(qū)間段采用噴錨構(gòu)筑法施工。區(qū)間隧道下穿南明河段采用隧道外輪廓外擴(kuò)4m 范圍內(nèi)的全斷面注漿帷幕，防止南明河水通過未知巖溶通道與開挖隧道聯(lián)通。

1.4 筑城廣場大橋樁基與地鐵軌道之間的關(guān)系

筑城廣場大橋4 個橋臺樁基距離地鐵1 號線區(qū)間隧道凈距最小2.3m，最大20m，均在軌道交通過河隧道50m重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域以內(nèi)。特別是1 號橋臺位于地鐵隧道上下行線中間，大橋樁基施工對地鐵區(qū)間隧道的影響風(fēng)險極大。

1.5 軌道交通1 號線運(yùn)營時間

貴陽市軌道交通1 號線已經(jīng)全線開通運(yùn)營，根據(jù)《貴陽市城市軌道交通條例》規(guī)定，需要在施工中對地鐵1號線區(qū)間隧道采取自動化監(jiān)測+人工監(jiān)測巡查手段相結(jié)合的方式進(jìn)行不間斷監(jiān)測，以滿足運(yùn)營單位安全評估信息化需求。

2 施工方法及特殊地質(zhì)處理

2.1 水磨鉆開挖

本項(xiàng)目樁基工程施工方案，經(jīng)地鐵安全風(fēng)險影響性評估和專家論證，確定采用對地層和地鐵構(gòu)造物擾動小的水磨鉆工藝施工、跳孔開挖方式。

2.2 特殊地質(zhì)處理

（1）該段落地下水較為豐富，極易導(dǎo)致鉆孔過程中塌孔，水磨鉆施工過程應(yīng)密切關(guān)注孔內(nèi)滲水、地質(zhì)巖性等情況，綜合判斷，避免坍塌，普通塌孔采用采用鋼護(hù)筒通過塌孔帶，嚴(yán)重塌孔的采用C15 砼回填，重新成孔。（2）當(dāng)施工中發(fā)現(xiàn)地下巖溶地質(zhì)、巖溶形態(tài)等與設(shè)計地質(zhì)資料相差較大或不明確時，必須采用合適的處理方法，本著安全第一、造價經(jīng)濟(jì)、施工方便、進(jìn)度快速的原則進(jìn)行處理，杜絕安全隱患。（3）施工過程中遇到地鐵隧道支護(hù)錨桿及注漿管時，就要停止水磨鉆施工，改用人工精細(xì)鑿除錨桿附近混凝土，隨后采用砂輪機(jī)對露頭錨桿進(jìn)行切割，磨平至不影響繼續(xù)下挖為止。（4）施工致使地鐵隧道滲水主要存在施工過程中損壞地鐵隧道錨桿，破壞軌道交通隧道防水結(jié)構(gòu)層。樁基穿過軌道交通隧道結(jié)構(gòu)土體段安排在地鐵非營運(yùn)時段施工。施工致使地鐵隧道滲水，立即停工，馬上將險情報告地鐵管理部門及相關(guān)管理部門，聯(lián)系監(jiān)控單位，監(jiān)測滲水情況。當(dāng)滲水量過大時停止地鐵1 號線的運(yùn)營，疏導(dǎo)乘客，進(jìn)一步填樁以及隧道滲水修復(fù)處理。

3 自動化監(jiān)測技術(shù)

3.1 自動化監(jiān)測技術(shù)簡介

自動化監(jiān)測技術(shù)作為一種全天候?qū)崟r化的監(jiān)測手段，在捕捉漸變或突變位移變化上具有獨(dú)有的優(yōu)勢，能夠?qū)Φ罔F運(yùn)營安全提供堅實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。目前，地鐵運(yùn)營期常用的自動化監(jiān)測手段包括測量機(jī)器人、靜力水準(zhǔn)、激光測距傳感器及裂縫傳感器等。根據(jù)本項(xiàng)目工程特點(diǎn)，擬采用靜力水準(zhǔn)儀、激光測距傳感器、裂縫計傳感器等自動化監(jiān)測手段技術(shù)。

3.2 監(jiān)測目的

通過對施工區(qū)域地鐵隧道進(jìn)行自動化監(jiān)測，隨時掌握道床及隧道結(jié)構(gòu)變形情況。經(jīng)過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可預(yù)測各監(jiān)測點(diǎn)的變形量及是否有明顯的變形趨勢，從而了解地層、襯砌結(jié)構(gòu)與隧道道床的動態(tài)變化。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，開展信息化施工，用實(shí)時的監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.3 工程風(fēng)險特點(diǎn)及監(jiān)測重難點(diǎn)

根據(jù)規(guī)范、工程設(shè)計及現(xiàn)場實(shí)際情況，確定本工點(diǎn)監(jiān)測等級為一級。本項(xiàng)目主要風(fēng)險源為筑城廣場大橋橋臺樁基施工過程中對地鐵1 號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的影響，包括施工樁位放樣、鉆孔震動控制及應(yīng)急處理等。在橋臺樁基施工過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對現(xiàn)場自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的查閱與分析，并利用列車停運(yùn)后的天窗時間對現(xiàn)場隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場人工監(jiān)測和巡視檢查。

3.4 自動化監(jiān)測方法

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，擬定地鐵1 號線區(qū)間自動化監(jiān)測項(xiàng)目為：道床沉降自動化監(jiān)測、隧道凈空收斂自動化監(jiān)測、隧道結(jié)構(gòu)裂縫自動化監(jiān)測。

（1）沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)。①系統(tǒng)架構(gòu)。沉降智能監(jiān)測系統(tǒng)采用三級架構(gòu)模式，包括現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、采集單元、中心系統(tǒng)和監(jiān)控終端。現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備為液壓式靜力水準(zhǔn)儀，主要通過靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測道床的變形情況。②傳感器技術(shù)指標(biāo)。本次變形監(jiān)測采用靜力水準(zhǔn)儀組合的方式，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行優(yōu)化布置因傳感器布設(shè)位置位于軌道板上，易受列車通行等振動因素干擾，為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，防止數(shù)據(jù)異常造成系統(tǒng)誤報，本次設(shè)計方案要求傳感器必須具備數(shù)字濾波功能，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。③傳感器無線組網(wǎng)。沉降智能監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場傳感器采用無線組網(wǎng)技術(shù)建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，以確保系統(tǒng)傳感器設(shè)備的協(xié)調(diào)同步監(jiān)測。現(xiàn)場設(shè)備通信采用有線加無線的方式，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)RS485 總線發(fā)送至采集儀從站，從站將匯聚后的數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至采集儀主站，主站通過無線GPRS 通訊裝置與中心系統(tǒng)相連。④遠(yuǎn)程固件更新。沉降智能監(jiān)測系統(tǒng)須具備固件遠(yuǎn)程更新功能，以有效降低現(xiàn)場維護(hù)工作量和保證固件運(yùn)行穩(wěn)定。⑤系統(tǒng)采樣頻率。沉降智能監(jiān)測系統(tǒng)的采樣頻率范圍為1min ～24h，并可根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)評價狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)采用頻率之功能。

（2）靜力水準(zhǔn)儀自動化監(jiān)測實(shí)施。①監(jiān)測段落。本次監(jiān)測方案擬采用靜力水準(zhǔn)儀對工程施工影響范圍內(nèi)軌道板變形開展智能監(jiān)測，實(shí)時掌握軌道板動態(tài)變化，以便及時采取措施，保障列車運(yùn)營安全。②測點(diǎn)布設(shè)。沉降智能監(jiān)測方案擬采用智能傳感器無線組網(wǎng)技術(shù)或有線將各組靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)進(jìn)行無線或有線組網(wǎng)。因隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜高差偏大，技術(shù)方案均為人工測量結(jié)合長期實(shí)施方案定制。測點(diǎn)具體布設(shè)原則如下：為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實(shí)反應(yīng)隧道病害段的沉降變形發(fā)展情況，并考慮傳感器設(shè)備安裝、更換方便且不影響后期運(yùn)營維護(hù)、檢查，故將觀測點(diǎn)設(shè)置在軌道板上隧道建筑限界外。隧道監(jiān)測斷面間隔20m，1 號橋臺和4 號橋臺區(qū)間加密布設(shè)，斷面間隔10m，基準(zhǔn)點(diǎn)位于病害段落外50m。③系統(tǒng)設(shè)備供電。現(xiàn)場所有設(shè)備均采用有線供電方式，電源分別就近引自隧道側(cè)壁區(qū)間維修電箱。具體實(shí)施步驟如下：隧道監(jiān)測用電線從區(qū)間維修電箱引出后穿PVC 電纜槽敷設(shè)引至系統(tǒng)采集箱處。系統(tǒng)采集箱位置以現(xiàn)場最終安裝位置為準(zhǔn)。對系統(tǒng)所需的12V 供電電纜及信號線需要使用與地鐵軌道上原有的夾布橡膠高壓管防護(hù)后，方可穿越軌道。④信號線及電線過軌。本項(xiàng)目涉及的過軌區(qū)域采用的防護(hù)管為夾布橡膠高壓管?，F(xiàn)場布設(shè)時采用電鉆鉆孔加騎馬卡固定橡膠管，孔深5cm，孔內(nèi)放置高強(qiáng)度內(nèi)膨脹螺絲確保固定牢固，騎馬卡間距50cm，拐角處加密布設(shè)。⑤系統(tǒng)終端設(shè)置。系統(tǒng)監(jiān)控終端可設(shè)置在地鐵相關(guān)建設(shè)或運(yùn)營部門，工作人員可以根據(jù)隧道現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)掌握沉降變形及軌道平順情況，并可根據(jù)預(yù)警及報警功能及時采取措施，防止發(fā)生安全事故。

（3）隧道收斂自動化監(jiān)測系統(tǒng)。①系統(tǒng)架構(gòu)。隧道壁收斂自動化監(jiān)測系統(tǒng)采用三級架構(gòu)模式，包括現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、采集單元、中心系統(tǒng)和監(jiān)控終端?，F(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備為高精度激光測收斂計。通過高精度激光測收斂計監(jiān)測隧道的空間相對距離變形收斂情況。②自動化激光測距儀系統(tǒng)安裝。在指定位置安裝激光測距儀支架，用電鉆打孔，膨脹螺絲安裝。保證支架安裝穩(wěn)固。將激光測距儀安裝到支架上，用螺絲固定結(jié)實(shí)。按照指定的線序接上通訊電纜，中間測點(diǎn)采用接線三通。所有傳感器安裝完畢，將總線接到采集儀上，測讀數(shù)據(jù)，并設(shè)置初值。信號線采用線卡固定，固定間距為1m，信號線順著隧道邊墻布設(shè)，就近接入采集箱。③激光測距傳感監(jiān)測實(shí)施。隧道內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)段按照一定斷面間距設(shè)置激光傳感器，并配置相應(yīng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，根據(jù)設(shè)計的采樣頻率對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行凈空收斂數(shù)據(jù)采集，實(shí)時傳輸至監(jiān)測信息管理平臺，顯示收斂數(shù)據(jù)及變化曲線，達(dá)到隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂自動化監(jiān)測的目的。

（4）裂縫自動化監(jiān)測系統(tǒng)。①系統(tǒng)架構(gòu)。隧道壁裂縫自動化監(jiān)測系統(tǒng)采用三級架構(gòu)模式，包括現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、采集單元、中心系統(tǒng)和監(jiān)控終端?，F(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備為裂縫計。通過裂縫計監(jiān)測隧道的裂縫變形情況。②裂縫計安裝固定方式。表面式裂縫計采用內(nèi)膨脹錨栓的方式固定。安裝時可先將錨栓直接鉆孔在被測結(jié)構(gòu)上，然后在將傳感器通過萬向節(jié)的螺栓安裝在錨桿上。另外一種為錨桿，錨桿采用內(nèi)膨脹螺栓與傳感器的萬向節(jié)相連。安裝部件安裝的時候使用便攜式讀數(shù)儀設(shè)置儀器預(yù)拉伸量測試然后固定好后測讀初始讀數(shù)調(diào)零。裂縫計信號線采用串聯(lián)的方式進(jìn)行布線，采用線卡固定，固定間距為1m。③裂縫自動化監(jiān)測實(shí)施。對隧道內(nèi)控制性裂縫安裝裂縫計傳感器，并配置相應(yīng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，根據(jù)設(shè)計的采樣頻率對隧道結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行裂縫寬度數(shù)據(jù)采集，實(shí)時傳輸至監(jiān)測信息管理平臺，顯示裂縫寬度數(shù)據(jù)及變化曲線，達(dá)到隧道結(jié)構(gòu)裂縫寬度自動化監(jiān)測的目的。④監(jiān)測周期及頻率。自動化監(jiān)測周期應(yīng)當(dāng)根據(jù)監(jiān)測服務(wù)周期及監(jiān)測數(shù)據(jù)變形情況確定，初步擬定本項(xiàng)目服務(wù)周期為一年。在此服務(wù)周期內(nèi)，實(shí)施自動化監(jiān)測時，監(jiān)測頻率應(yīng)當(dāng)根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完成時間確定。⑤監(jiān)測精度。本項(xiàng)目監(jiān)測儀器設(shè)備均選用國內(nèi)外高精度產(chǎn)品，儀器精度及監(jiān)測精度能夠保證對結(jié)構(gòu)變形過程進(jìn)行實(shí)時捕捉，滿足自動化監(jiān)測和人工監(jiān)測工作需求。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目監(jiān)測控制值按照《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50911-2013）及設(shè)計相關(guān)要求實(shí)施，總體原則是對異常變化能夠正常捕捉，預(yù)警體系分級控制，確保與運(yùn)營單位應(yīng)急管理體系有機(jī)結(jié)合，確保在施工中滿足地鐵運(yùn)營安全的需求。