既有地鐵線路隧道結構沉降監(jiān)測探討

張 悅，賈 東

(北京京港地鐵有限公司 工程部，北京 100068)

北京地鐵運營線路A和線路B均已開通運營5年以上，為更好地了解和掌握隧道結構變形和及時發(fā)現(xiàn)病害情況，現(xiàn)場在隧道沿線內部結構兩側壁和道床中心位置分別布設沉降監(jiān)測點，按周期持續(xù)進行監(jiān)測，分析隧道結構沉降的情況和規(guī)律，并對其沉降原因進行探討。

1 線路概況

北京地鐵運營線路A位于北京市西南部的豐臺區(qū)內，2013年5月開通，運營里程12.4 km，區(qū)間隧道均采用礦山法暗挖施工，采用上下臺階法施工工藝，圍護結構采用超前小導管+鎖腳錨管+初支鋼格柵等形式，結構斷面呈馬蹄形，標準斷面內徑約2.65 m。該區(qū)域工程地質條件普遍較好，主要由永定河下游沖洪積作用形成的砂及砂卵礫石構成，地下水水位埋深在20～25 m左右，具體線路概況見表1。

表1 北京地鐵運營線路A概況

北京地鐵運營線路B位于北京市西北部的海淀區(qū)山后地區(qū)，2016年12月開通，運營里程19.5 km，區(qū)間隧道均采用盾構法施工，與礦山法暗挖施工不同，盾構法施工結構采用預制管片拼裝而成，結構斷面呈圓形，斷面內徑2.7 m。同樣該區(qū)域工程地質條件普遍較好，主要由永定河上游沖洪積作用形成的砂及砂卵礫石構成，地下水水位埋深在15～25 m左右，具體線路概況見表2。

表2 北京地鐵運營線路B概況

2 監(jiān)測的方法及技術要求

2.1 監(jiān)測基準網(wǎng)

水準基點的穩(wěn)定性和水準網(wǎng)的合理布設是保證沉降變形監(jiān)測結果可靠性的根本，現(xiàn)場根據(jù)沿線工程地質特點、風險源分布情況以及經(jīng)濟性，采用深埋式水準基點和工作基點構成監(jiān)測系統(tǒng)高程控制網(wǎng)，分別在地鐵車站站外和站內設置基準點若干。

針對地鐵隧道線路長、基準點埋設深、相對穩(wěn)定的特點，又采用平均間隙法[1]的方法來分析整個控制網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時對高程控制網(wǎng)中水準基點定期進行穩(wěn)定性分析，以保證監(jiān)測成果的有效可靠。

2.2 監(jiān)測點的布設

現(xiàn)場沿隧道方向直線段每50 m、曲線段每30 m在隧道結構兩側壁和道床中心位置分別布設沉降監(jiān)測點，并在沉降縫(或伸縮縫)等結構連接處兩側各加密布設沉降監(jiān)測點[2-3]。

另外,為提高觀測精度及成果的可靠性，現(xiàn)場線下嚴格按國家二等水準測量要求施測，線上采用閉合環(huán)+多余觀測條件的方法進行。

2.3 監(jiān)測限值

參照《城市軌道交通設施運營監(jiān)測技術規(guī)范》中要求，將明挖法、暗挖法隧道沉降預警值設置為5 mm、安全值設置為8 mm；盾構法隧道沉降預警值設置為6 mm、安全值設置為9 mm。

3 監(jiān)測實例

北京地鐵運營線路A和線路B分別在2018年按2.2中所述進行沉降監(jiān)測點的布設及初始值采集工作，并于2021年按直線段每100 m、曲線段每60 m以及加密沉降縫(或伸縮縫)等結構連接處進行復測，具體情況如下。

3.1 線路A隧道結構沉降監(jiān)測概況及沉降分析

經(jīng)現(xiàn)場復測后，對線路A隧道結構沉降監(jiān)測結果按隧道壁左、右側以及道床中心處分別繪制沉降量曲線圖(圖1)，從圖1中可看出：

圖1 線路A隧道結構沉降量曲線圖

整條隧道的隧道壁左、右側以及道床中心處的沉降幅度基本一致，并且沉降量較少，90%的監(jiān)測點的累計沉降量小于預警值(5 mm)。另整條隧道產(chǎn)生了3個大于5 mm的沉降槽[4]，其中在8.58 km附近累計沉降量最大，達到6.5 mm左右。

經(jīng)實地踏勘及分析，整條隧道產(chǎn)生3個沉降槽的原因為：(1)出現(xiàn)沉降槽位置均分別為各自區(qū)段隧道最低處，覆土厚度最深且離地下水位最近；(2)2020年永定河前后兩次進行生態(tài)補水3億m3左右，生態(tài)補水期間導致永定河下游的線路A所在區(qū)域范圍內的地下水位上升8.24 m左右，其中整條隧道的最低點的8.58 km附近地下水位上升明顯，至隧道拱頂以上；(3)區(qū)間隧道8.58 km附近結構變形縫處存在病害缺陷，在永定河生態(tài)補水期間發(fā)生了嚴重的結構滲漏水[5]。

3.2 線路B隧道沉降結構監(jiān)測概況

經(jīng)現(xiàn)場復測后，對線路B隧道結構沉降監(jiān)測結果按隧道壁左、右側以及道床中心處分別繪制沉降量曲線圖(圖2)。

從圖2中可看出：整條隧道的隧道壁左、右側以及道床中心處的沉降幅度基本一致，并且運營時間短于線路A，所以整體沉降量相對較少，所有監(jiān)測點的累計沉降量均小于預警值(6 mm)。

圖2 線路B隧道結構沉降量曲線圖

4 結論

(1)北京地鐵2條已開通運營5年以上的運營線路雖采取不同施工工藝，存在不同埋深、不同水文地質條件，但隧道結構整體沉降量均較小，94%以上的監(jiān)測點近3年的累計沉降量小于預警值(5 mm和6 mm)；

(2)由于外部水文地質條件發(fā)生顯著變化(永定河生態(tài)補水導致地下水位有了明顯上升)，加之結構變形縫處存在病害缺陷發(fā)生嚴重的結構滲漏水，永定河下游的線路A產(chǎn)生了3個大于5 mm的沉降槽，針對此類情況應密切關注水文地質情況并加密隧道結構沉降監(jiān)測；

(3)在滿足相關規(guī)范的條件下，建議采用預警值及安全值的方式持續(xù)對隧道結構沉降進行監(jiān)測，當出現(xiàn)大于預警值情況時，應通過加密監(jiān)測點或縮短監(jiān)測周期的方式加密隧道結構沉降監(jiān)測，當出現(xiàn)大于安全值時需采取實時監(jiān)測或連續(xù)監(jiān)測的專項監(jiān)測方式及相關措施。