東上澤站地鐵工程監(jiān)測分析

甄俊亭

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350）

0 引言

地鐵工程具有施工周期長、施工技術(shù)復(fù)雜、不確定因素多等特性，在施工中對周圍環(huán)境造成的影響比較大，是一種安全風(fēng)險系數(shù)比較高的工程。近年來，我國地鐵事業(yè)飛速發(fā)展，很多城市都在大力興建地鐵，雖然方便了人們的出行，但在施工中頻繁發(fā)生安全事故，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡?；谥苓叚h(huán)境安全的地鐵工程監(jiān)測可全方位監(jiān)測地鐵施工中的安全隱患，依據(jù)科學(xué)的數(shù)據(jù)對風(fēng)險進(jìn)行分析辨識，制定有針對性的風(fēng)險控制，或者風(fēng)險規(guī)避措施，從而保證地鐵工程施工的安全性?；诖?，開展基于周邊環(huán)境安全的地鐵工程監(jiān)測分析研究就顯得尤為必要。

1 工程簡介

東上澤站為地下兩層車站，位于正定新區(qū)崇因路以南，規(guī)劃新城大道下面，南北向布置，東側(cè)設(shè)綜合管廊，與車站呈平行敷設(shè)。車站大里程端北側(cè)東西向現(xiàn)有DN2200雨水管、DN900污水管及DN400上水管等較多市政管線，南北向有DN1000、DN3000上水管及DN1000污水管，車站D出入口及及1號風(fēng)道上方設(shè)有DN300燃?xì)夤堋＼囌局黧w總長181.59 m，覆土約為3.5 m，共設(shè)置1個安全出口、4個出入口、2組風(fēng)亭，全部采用明挖法施工。東上澤站—福澤站區(qū)間下穿東上澤村，沿線主要為市政道路，地下管線較少，無控制性建（構(gòu)）筑物。區(qū)間右線采用明挖+盾構(gòu)法施工，區(qū)間左線采用盾構(gòu)法施工，左線的起始里程為K34+097.8600，終止里程為K34+694.910，線路總長度為587.65 m。本標(biāo)段平面示意圖如圖1所示。

圖1 本標(biāo)段平面位置示意圖

根據(jù)初勘資料及收集線路附近地下水位資料，擬建工程沿線場地賦存一層地下水，地下水類型為潛水（二），水位埋深大于45 m。本次勘察鉆孔不存在上層滯水，但因管道滲漏、大氣降水等原因，沿線局部存在上層滯水的可能性。

2 工程風(fēng)險監(jiān)測重難點分析和監(jiān)測的目的

2.1 工程風(fēng)險分析

就案例工程而言，按照施工設(shè)計文件和地質(zhì)勘查報告中指出的內(nèi)容，存在很多風(fēng)險源，其中地鐵車站主體基坑涉及到的風(fēng)險源如表1所示。

表1 地鐵車站主體基坑涉及的風(fēng)險源

2.2 地鐵工程周邊環(huán)境安全監(jiān)測的目的

首先，對車站自身和周圍構(gòu)筑物的安全情況進(jìn)行全面監(jiān)測，可作為評定地鐵施工對周圍環(huán)境影響的主要依據(jù)，以提升地鐵工程施工策略制定的科學(xué)和合理性。

其次，對可能發(fā)生的安全隱患進(jìn)行提前監(jiān)測，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，可提前制定有針對性的措施，降低事故造成的損失[1]。

在監(jiān)測周期內(nèi)，東上澤站所監(jiān)測項均按表2監(jiān)測頻率執(zhí)行。

表2 監(jiān)測頻率表

3 針對周邊風(fēng)險重難點的監(jiān)測控制措施分析

3.1 地表沉降監(jiān)測

在地表沉降監(jiān)測點布置時，需要綜合考慮變形影響的范圍，且布置點數(shù)不應(yīng)少于3個，監(jiān)測點可布置在基礎(chǔ)比較深，并且沉降比較穩(wěn)定的構(gòu)筑物上。監(jiān)測點布置時，需先布置管線沉降觀測點和建筑物沉降觀測點，觀測點可采用人工開挖，也可以采用機(jī)械鉆孔開挖，保證觀測點直徑不小于80 mm，深度大于1 m，將孔內(nèi)渣土清理干凈，并向孔內(nèi)注入適量的清水養(yǎng)護(hù)，注入強度不低于C20的混凝土，采用震動機(jī)提升混凝土灌注的密實度，混凝土灌注量要距離地面5 cm左右[1]。在埋設(shè)觀測點時，標(biāo)志蓋需要和路面保持平齊，測點要保持穩(wěn)定性，清晰性，便于長時間保存。地面沉降監(jiān)測點埋設(shè)方式見圖2。

圖2 地面沉降監(jiān)測點埋設(shè)示意圖（單位：mm）

在地表沉降觀測時，可選擇幾何水準(zhǔn)測量方法，本工程采用了DS05級數(shù)字水準(zhǔn)儀聯(lián)合銦瓦條碼尺進(jìn)行觀測。當(dāng)高程基準(zhǔn)點布置完成之后，需要進(jìn)行2次反復(fù)測量，保證高程都達(dá)到設(shè)計要求之后，才能開始監(jiān)測。復(fù)測周期取決于基準(zhǔn)點的位置，案例工程1～2個月進(jìn)行一次復(fù)測，待點位穩(wěn)定后，每3～6個月進(jìn)行一次復(fù)測。特別對基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測時，環(huán)線閉合差或往返較差控制在（n為測站數(shù)）內(nèi)復(fù)測[2]。

3.2 地下管線監(jiān)測

地下管線監(jiān)測點采用以下技術(shù)：①針對有檢查井的管線，將監(jiān)測點布設(shè)到井蓋下面管線承載體或管線上；②針對能開挖暴露管線但無檢查井的，觀測點直接設(shè)到管線上；③對不能開挖且無檢查井條件的，在地表埋設(shè)間接觀測點；④對于在管線上設(shè)監(jiān)測點時，開放管線可在管線支墩或管線上做支架監(jiān)測點，封閉管線采用抱箍式埋點。案例工程管線直接布設(shè)沉降監(jiān)測點見圖3所示。

圖3 管線直接布設(shè)法示意圖

地下管線沉降監(jiān)測網(wǎng)觀測按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB 50308-2008Ⅱ）級垂直沉降監(jiān)測網(wǎng)主要技術(shù)要求觀測，主要技術(shù)指標(biāo)及要求如表3所示。

表3 垂直沉降監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求

地下管線沉降監(jiān)測方法與地表沉降監(jiān)測相同。

3.3 周邊建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測

周邊建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測基準(zhǔn)點可以和地表沉降基準(zhǔn)點共用，對框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)而言在監(jiān)測點布置時可選擇鉆孔法，采用電動鉆鉆孔，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔深度為120 mm，鉆孔完成之后清除內(nèi)部雜質(zhì)，并注入錨固劑，回填孔內(nèi)空隙[3]。對高度在12層以下的建（構(gòu)）筑物，在監(jiān)測時可采用差異沉降量監(jiān)測方法，推算出建（構(gòu)）筑物的傾斜情況，具體監(jiān)測示意圖如圖4所示：

圖4 差異沉降量推算法示意圖

先通過幾何水準(zhǔn)測量法，確定基礎(chǔ)兩端點的差異沉降量Δh，然后再按照寬度D和高度h，可以推算出建（構(gòu)）物的實際傾斜值，如果頂部傾斜位移量為Δ，斜度為i，則。

在基坑開挖之前，對監(jiān)測對象的裂縫分布情況記錄，在施工中對具有代表性的裂縫進(jìn)行監(jiān)測，每條裂縫要至少布置2個監(jiān)測點，且監(jiān)測點要設(shè)置在裂縫最寬處，通過裂縫觀測儀對裂縫的變化情況進(jìn)行監(jiān)測記錄[4]。

針對此次自動監(jiān)控系統(tǒng)改造，除了要保證自動監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，對功能需求有所擴(kuò)展，更要充分考慮操作者的使用習(xí)慣和接受程度，建立以人為中心的設(shè)計理念，在系統(tǒng)中更多地注入良好的用戶體驗元素。需要在系統(tǒng)框架設(shè)計上，結(jié)合功能需求，合理劃分功能模塊，簡化交互流程，優(yōu)化界面設(shè)計，從設(shè)計之初就體現(xiàn)出用戶體驗的要求，在易用性和操作層面上給用戶帶來良好的用戶體驗感受。

3.4 圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測

圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測時可采用導(dǎo)線網(wǎng)來布置監(jiān)測點，以東上澤站施工平面控制系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，通過附導(dǎo)線形式進(jìn)行布置。在基坑開挖深度2-4倍以外的穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)監(jiān)測點，為確保監(jiān)測精度，務(wù)必埋設(shè)強制對中觀測墩，每個相對獨立區(qū)域觀測點布置數(shù)量不應(yīng)小于3個[5]?，F(xiàn)場監(jiān)測基準(zhǔn)點可選擇強制歸心的水泥觀測墩，其頂面長度為0.4 m，寬度0.4 m，埋于地下的部分不應(yīng)小于1.2 m，高出地面1.0 m，樁頂水平位移監(jiān)測基點示意圖如圖5所示：

圖5 樁頂水平位移監(jiān)測點示意圖

控制網(wǎng)觀測依照GB 50308-2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》Ⅱ級水平位移監(jiān)測網(wǎng)的要求進(jìn)行，其主要技術(shù)規(guī)定如表4所示。

表4 水平位移監(jiān)測控制網(wǎng)主要技術(shù)要求

監(jiān)測點在水平位移觀測時，需要按照現(xiàn)場條件合理觀測，本工程選擇了1 s級全站儀采用極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測，在選擇好的控制點上，放置全站儀，精確整平對中后進(jìn)行觀測，各個監(jiān)測點的距離及其角度務(wù)必把控嚴(yán)格，算出各監(jiān)測點的坐標(biāo)，把位移矢量投影至與基坑垂直的位置，以便更加精確地確定基坑內(nèi)側(cè)的變形量[6]。

3.5 支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力監(jiān)測的關(guān)鍵點之一是安裝鋼筋測力計，常用的安裝方法有兩種，一種是碰焊接法，另一種是綁焊法，在本工程監(jiān)測中，采用了前者，用連接桿和鋼筋先碰接，然后和鋼筋測力計連接，連接完成之后，再制作鋼筋籠。撐軸力監(jiān)測的關(guān)鍵點之二是軸力計安裝，為保證軸力計安裝的穩(wěn)定，需要安裝在專用的軸力架上，用電焊焊接牢固安裝架上未開槽一端與支撐牛腿上的鋼板，焊接時需確保安裝中心點和鋼支撐中心軸線對齊[7]。待焊接冷卻之后，再將軸力計放入鋼筒內(nèi)部，用M10螺絲緊固。基坑軸力計測點斷面布置如圖6所示：

圖6 基坑軸力計測點布置斷面圖

此公式中，Nq表示本工程混凝土支撐內(nèi)力（kN）；σs表示鋼筋應(yīng)力（kN/mm2）；表示鋼筋計監(jiān)測平均應(yīng)力（kN/mm2）；Kj表示第j個鋼筋計標(biāo)定系數(shù)（kN/Hz）；fji表示第j個鋼筋計監(jiān)測頻率（Hz）；fi0表示第j個鋼筋計安裝之后的初始頻率（Hz）；Ajs表示第j個鋼筋計截面積（mm2）；Ec表示混凝土彈性模量（kN/mm2）；Es表示鋼筋彈性模量（kN/mm2）；Ac表示混凝土截面積（mm2）；As表示鋼筋總截面積（mm2）。

軸力計的工作原理是：當(dāng)軸力計受到軸向力時，造成彈性鋼弦的張力變化，鋼弦的振動頻率也發(fā)生改變，利用頻率儀測得鋼弦的頻率變化，即測出所受的作用力大小。一般計算公式如下：

P=KΔF+bΔT+B

此公式中P表示支撐軸力（kN）；K表示軸力計的標(biāo)定系數(shù)（kN／F）；ΔF表示軸力計輸出頻率模數(shù)實時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量（F）；b表示軸力計的溫度修正系數(shù)（kN／℃）；ΔT表示軸力計的溫度實時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量（℃）；B表示軸力計的計算修正值（kN），在軸力計計算過程中，頻率模數(shù)F=f2×10-3。

4 施工體會

第一，在地鐵施工中，基坑深度比較大，為保證施工的安全性，降低對周邊環(huán)境造成影響，要及時排出基坑內(nèi)部積水，同時做好周邊基坑防水措施。

第二，在地鐵施工全過程中，要定期檢查每個鋼支撐軸力大小，對軸力相對偏小的部位要及時補加，保證鋼支撐的安全性。

第三，在實際開挖過程中鋼支撐的架設(shè)要及時跟進(jìn)，鋼支撐架設(shè)離開挖部位不能超過控制允許值。

第四，按照周邊環(huán)境監(jiān)測實際數(shù)據(jù)，可適當(dāng)加大監(jiān)測報警值處監(jiān)測頻率，對預(yù)警區(qū)域加強監(jiān)測，對變形較大的區(qū)域要加大監(jiān)測密度，特別是支撐軸力，需要對第一道鋼支撐采取有效的防墜落措施，并且每天將監(jiān)測報表抄送給相關(guān)單位。

5 結(jié)束語

文章以東上澤站為研究背景，對基于周邊環(huán)境安全的地鐵工程監(jiān)測進(jìn)行分析，得出結(jié)論：地鐵施工具有很強的復(fù)雜性，在施工中遇到的不確定性因素比較多，任何一個環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會影響施工的安全性。為保證施工的安全性，降低對周邊環(huán)境造成的影響，在具體施工中，必須結(jié)合風(fēng)險安全監(jiān)測重難點，從地表及地下管線沉降監(jiān)測、周邊建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測、圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測等方面同時入手，可大幅度提升施工的安全性，值得高度重視。