淺談城市地鐵隧道監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方法

張肅正

（中鐵三局橋隧分公司，河北 邯鄲 056036）

淺談城市地鐵隧道監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方法

張肅正

（中鐵三局橋隧分公司，河北 邯鄲 056036）

以成都地鐵2號(hào)線一期工程土建23標(biāo)段沙河堡站—站東廣場(chǎng)站區(qū)間暗挖隧道工程為例，按照區(qū)間隧道施工監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要求，開(kāi)展和加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)實(shí)時(shí)的變形數(shù)據(jù)，分析判斷預(yù)測(cè)工程施工中周邊環(huán)境及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況，采取有效措施，達(dá)到控制指導(dǎo)工程施工，保護(hù)周邊環(huán)境及圍護(hù)體系的目的，確保施工安全。

地鐵隧道；豎井監(jiān)測(cè)；隧道監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)控制

1 工程概況

沙河堡站—站東廣場(chǎng)站區(qū)間起于沙河堡站東端，止于站東廣場(chǎng)站西端。下穿成都火車東站廣場(chǎng)，區(qū)間范圍內(nèi)建筑多為1～2F磚混結(jié)構(gòu)的廠房間和辦公用房，其余部分為1～3F磚混結(jié)構(gòu)的農(nóng)民住宅。區(qū)間暗挖隧道包括左、右兩條線路，左線隧道（ZDK39+560.468～ZDK39+927.1，長(zhǎng)鏈 54.7 m）全長(zhǎng) 421.332 m，其中包含停車線隧道長(zhǎng)263.333 m，區(qū)間單線隧道157.999 m；右線單線隧道（YDK39+560.471-YDK39+927.1，長(zhǎng)鏈49.3 m）全長(zhǎng)415.929 m。隧道左右線各設(shè)一個(gè)豎井，豎井中心里程分別為：1號(hào)豎井YDK39+740，2號(hào)豎井ZDK39+734。本區(qū)間為礦山法隧道，單線隧道采用環(huán)形臺(tái)階法施工，停車線隧道采用CRD法施工。區(qū)間隧道埋深淺，開(kāi)挖范圍內(nèi)填土、黏性土、粉土、砂土、含卵石黏土、含黏土卵石、泥巖自穩(wěn)性差，地下水豐富，地基土具有膨脹性。施工重點(diǎn)為采取有效的支護(hù)措施，防止隧道變形、垮塌，保證施工安全。

2 施工監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件確定本工程設(shè)置以下幾方面監(jiān)測(cè)內(nèi)容：

（1）豎井：①圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形；②地面沉降；③支撐軸力；④土體變形；⑤地下水位；⑥格柵鋼架主筋應(yīng)力；⑦建筑物沉降及傾斜；⑧錨桿桿體應(yīng)力。

（2）隧道：①地面沉降；②格柵鋼架內(nèi)力；③水平收斂位移；④拱頂、拱腳下沉；⑤初襯、二次襯砌應(yīng)力；⑥圍巖與噴層間接觸壓力；⑦建筑物沉降及傾斜；⑧地下管線沉降；⑨錨桿桿體應(yīng)力。

2.2 豎井測(cè)點(diǎn)布置

（1）豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形布點(diǎn)時(shí)采用鉆孔樁，將外徑70 mm、內(nèi)徑60 mm的PVC測(cè)斜管綁扎在設(shè)計(jì)位置的鋼筋架迎土面一側(cè)，頂?shù)酌芊猓宇^處用套管銜接并用自攻螺絲擰緊，同時(shí)用膠布封閉，隨鋼筋骨架置于人工挖孔樁內(nèi)。測(cè)斜管長(zhǎng)度底部略短于鋼筋骨架長(zhǎng)度5 cm，頂部高出地面約10～50 cm，測(cè)斜管內(nèi)的十字導(dǎo)槽必須有一組垂直于豎井邊線。

（2）豎井周圍地面沉降布點(diǎn)時(shí)點(diǎn)位每10～50 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面7～11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（3）型鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)采用表面應(yīng)變計(jì)，每10～30榀鋼支撐設(shè)一對(duì)測(cè)力計(jì)。

（4）在圍護(hù)樁（或土層）上鉆孔，鉆孔內(nèi)徑Ф110，孔深穿出結(jié)構(gòu)體28～32 m，將在地面連接好的測(cè)斜管放入孔內(nèi)，管頂高出地面約10～50 cm，埋設(shè)就位的測(cè)斜管必須保證有一對(duì)凹槽與豎井邊緣垂直。

（5）地下水位監(jiān)測(cè)采用鉆機(jī)鉆孔埋設(shè)。在設(shè)計(jì)位置處用30型鉆機(jī)鉆孔至地下28～30 m深度，沖孔后放入PVC水位管，孔底安裝透水管并在其外側(cè)用濾網(wǎng)包裹，鉆孔空隙處用中粗砂回填至密實(shí)，以免地表水滲入影響觀測(cè)。

（6）格柵鋼架主筋應(yīng)力計(jì)在鋼架加工場(chǎng)預(yù)先與鋼架焊好，焊接時(shí)應(yīng)將鋼筋與應(yīng)力計(jì)的連接桿對(duì)中之后采用對(duì)接法焊接在一起,每10～30榀鋼拱架設(shè)一對(duì)測(cè)力計(jì)。

（7）一般情況下：建（構(gòu)）筑物的沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在建（構(gòu)）筑物的豎向結(jié)構(gòu)上，數(shù)量視建筑物的面積和其離開(kāi)挖區(qū)的距離而定，每棟建筑物不少于3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，為檢核不均勻沉降的影響，高層建筑的裙房與塔樓應(yīng)分別設(shè)點(diǎn)。每10～50 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面7～11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（8）錨桿桿體應(yīng)力監(jiān)測(cè)時(shí)所有的孔位應(yīng)布置在同一垂直斷面內(nèi)；水平鉆孔傾斜角度在垂直斷面內(nèi)部超過(guò)5°，水平面內(nèi)鉆孔與隧道壁面夾角應(yīng)在85°～90°之間。鉆孔時(shí)孔徑應(yīng)比量測(cè)錨桿桿體直徑大20～30 mm，擴(kuò)孔深度為200～250 mm。

2.3 隧道測(cè)點(diǎn)布置

（1）豎井周圍地面沉降布點(diǎn)時(shí)點(diǎn)位每10～50 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面7～11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）格柵鋼架內(nèi)力監(jiān)測(cè)應(yīng)力計(jì)可在鋼架加工場(chǎng)預(yù)先與鋼架焊好，焊接時(shí)應(yīng)將鋼筋與應(yīng)力計(jì)的連接桿對(duì)中之后采用對(duì)接法焊接在一起,每10～30榀鋼拱架設(shè)一對(duì)測(cè)力計(jì)。

（3）水平收斂位移監(jiān)測(cè)按設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)位置使用沖擊鉆打孔，將帶膨脹螺栓的測(cè)樁安置入孔中，然后擰緊螺栓使其膨脹牢固即可測(cè)試。也可鉆孔的孔徑擴(kuò)大，孔中注入水泥砂漿，再將帶膨脹螺栓的測(cè)點(diǎn)埋入孔中，砂漿凝固即可測(cè)試。每5～100 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2～3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（4）拱頂、拱腳下沉監(jiān)測(cè)時(shí)在隧道拱頂中央及中央兩側(cè)各2～3m布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，在拱腳各設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，可選用水準(zhǔn)儀來(lái)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)的沉降變形。測(cè)量斷面盡可能靠近掌子面，一般在2 m的范圍內(nèi)，并應(yīng)保證開(kāi)挖后2h內(nèi)測(cè)讀初次讀數(shù)。斷面間距為10 m。在拱頂、拱腳相應(yīng)測(cè)點(diǎn)處事先埋設(shè)鋼筋頭，測(cè)量其下沉量。每5～30 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2～3個(gè)測(cè)點(diǎn)

（5）初襯、二次襯砌應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用與格柵鋼架內(nèi)力相同的監(jiān)測(cè)方法。每代表性地段設(shè)1個(gè)斷面，每斷面11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（6）圍巖與噴層間接觸壓力監(jiān)測(cè)時(shí)在傳感器上包裹尼龍布以免泥漿或水泥砂漿進(jìn)入，在圍巖和噴層間直接安裝上壓力盒，將測(cè)量電纜順著主筋引至地面上。每代表性地段設(shè)一個(gè)斷面，每斷面15～20個(gè)測(cè)點(diǎn)

（7）一般情況下：建（構(gòu)）筑物的沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在建（構(gòu)）筑物的豎向結(jié)構(gòu)上，數(shù)量視建筑物的面積和其離開(kāi)挖區(qū)的距離而定，每棟建筑物不少于3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，為檢核不均勻沉降的影響，高層建筑的裙房與塔樓應(yīng)分別設(shè)點(diǎn)。每10～50 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面7～11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（8）地下管線監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)管線年份、類型、材料、尺寸及現(xiàn)狀等情況，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜布設(shè)在管線的節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)和變化曲率較大的部位，監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面間距30 m。每10～50 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面7～11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（9）錨桿桿體應(yīng)力監(jiān)測(cè)時(shí)所有的孔位應(yīng)布置在同一垂直斷面內(nèi)；水平鉆孔傾斜角度在垂直斷面內(nèi)部超過(guò)5°，水平面內(nèi)鉆孔與隧道壁面夾角應(yīng)在85°～90°之間。鉆孔時(shí)孔徑應(yīng)比量測(cè)錨桿桿體直徑大20～30 mm，擴(kuò)孔深度為200～250 mm。

2.4 測(cè)量方法及監(jiān)測(cè)頻率

（1）豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形先以測(cè)斜孔底為起測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，以0.5 m點(diǎn)距由下到上進(jìn)行測(cè)試，到頂后探頭旋轉(zhuǎn)108°。再次以1.0 m點(diǎn)距由下到上進(jìn)行測(cè)試（正反方向測(cè)試可以消除儀器本身存在的系統(tǒng)誤差），每次測(cè)試均用全站儀測(cè)量測(cè)斜管口的偏移量，用全站儀測(cè)得的空口位移進(jìn)行測(cè)斜成果的修正，經(jīng)計(jì)算處理產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)表及測(cè)斜曲線。開(kāi)挖及回填階段1次/1 d。豎井土體變形監(jiān)測(cè)開(kāi)挖及回填階段1次/5 d,主體施工期間1次/2 d。

（2）豎井地面沉降監(jiān)測(cè)中采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺，有高程監(jiān)測(cè)網(wǎng)的控制水準(zhǔn)點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。基準(zhǔn)點(diǎn)每月進(jìn)行檢測(cè)1次。位于公路上或不便觀察的沉降點(diǎn)，為符合實(shí)際情況，視距差可做適當(dāng)調(diào)整。為了每次反映沉降的真實(shí)值，每次必須保證置鏡點(diǎn)不變、測(cè)量路線不變，但累差不可超限。采用精密水準(zhǔn)儀和條碼尺，應(yīng)按國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范要求的檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，豎井開(kāi)挖期間1次/1 d，隧道施工期間1次/7 d。

（3）豎井地下水位在豎井降水前，測(cè)得各水位監(jiān)測(cè)孔孔內(nèi)水位對(duì)應(yīng)于孔口的距離并換算至本基底水位初始值，以后每次測(cè)得孔內(nèi)水位距水位監(jiān)測(cè)孔口高度與初始水位值比較即為水位累計(jì)變量，豎井開(kāi)挖期間1次/2 d。

（4）豎井建筑物沉降及傾斜監(jiān)測(cè)時(shí)在開(kāi)工前委派具有經(jīng)驗(yàn)的監(jiān)測(cè)人員，仔細(xì)檢查本標(biāo)段擬定監(jiān)測(cè)建筑物自身裂縫及測(cè)點(diǎn)初始值，對(duì)發(fā)現(xiàn)的每一條裂縫的末端用鉛筆做一道與裂縫垂直的標(biāo)志。標(biāo)注旁注明：觀測(cè)時(shí)間，裂縫長(zhǎng)度，拍照片保存。需要監(jiān)測(cè)的裂縫統(tǒng)一編號(hào)，裂縫所在墻面上繪制坐標(biāo)方格網(wǎng)以利于觀察和記錄，豎井開(kāi)挖期間1次/1 d。

（5）隧道水平位移收斂監(jiān)測(cè)采用將收斂?jī)x測(cè)尺端的掛鉤與測(cè)點(diǎn)連接再將另一端與另一測(cè)點(diǎn)連接，適當(dāng)收斂緊測(cè)尺后將其固定，再調(diào)整調(diào)節(jié)裝置使張力線與恒力線重合即可讀數(shù)。先讀鋼尺上的讀數(shù)，然后再讀百分表的讀數(shù)。兩讀數(shù)之和即為測(cè)值。利用下式計(jì)算位測(cè)線的位移量：

式中：△：測(cè)線的位移量/mm；

Ln：X時(shí)的實(shí)測(cè)值/mm；

L0：初始值 /mm。

監(jiān)測(cè)頻率：1～15 d，1 次 /1 d；16 d～1 月，1 次 /2 d；1～3 月，2次/1周；3月以后，2次/1月。

2.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、整理及數(shù)據(jù)的處理

（1）現(xiàn)場(chǎng)記錄使用統(tǒng)一制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，內(nèi)容應(yīng)填寫(xiě)齊全，字跡清楚，不得涂改、擦改和轉(zhuǎn)抄。凡劃改的數(shù)字和超限劃去的成果，均應(yīng)本人簽名并注明原因和重測(cè)結(jié)果所在的頁(yè)數(shù)，保留原始資料，并按要求進(jìn)行簽字、計(jì)算、復(fù)核。

（2）需現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的檢核數(shù)據(jù)要當(dāng)場(chǎng)完成，避免返測(cè)而耽誤工期。現(xiàn)場(chǎng)記錄采用電子記錄手薄，觀測(cè)各項(xiàng)限差都已經(jīng)設(shè)定，可避免人為計(jì)算錯(cuò)誤。

（3）根據(jù)不同原理的儀器和不同的采集方法，采取相應(yīng)的檢查和鑒定手段，包括嚴(yán)格遵守操作規(guī)程、定期檢查維護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)上崗人員的培訓(xùn)工作等內(nèi)容。

（4）誤差產(chǎn)生的原因及檢驗(yàn)方法：誤差產(chǎn)生主要有系統(tǒng)誤差、過(guò)失誤差、偶然誤差等，對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的各種誤差采用對(duì)比檢驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

（5）監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析、處理：對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行處理和反饋，預(yù)測(cè)圍巖、結(jié)構(gòu)和支護(hù)狀態(tài)的穩(wěn)定性，把握施工對(duì)鄰近建筑物的影響，提出施工參數(shù)的調(diào)整意見(jiàn)，確保工程的順利施工。監(jiān)測(cè)工作應(yīng)分階段、分工序?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和分析。

（6）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，采用土木工程監(jiān)測(cè)處理軟件系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理。計(jì)算變化量、累計(jì)變化、變化速率、統(tǒng)計(jì)、分析，形成時(shí)程圖和斷面分布圖，整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以規(guī)范的格式輸出到Excel表格中。

3 監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制

（1）在人員進(jìn)場(chǎng)并且組建了現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)后須進(jìn)行監(jiān)測(cè)方案的交底，組織監(jiān)測(cè)人員熟悉監(jiān)測(cè)方案，根據(jù)工程施工進(jìn)度計(jì)劃編制施工監(jiān)測(cè)組織和作業(yè)循環(huán)圖標(biāo)，監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目程序要符合工程總進(jìn)度計(jì)劃和施工進(jìn)度要求，要有與其協(xié)調(diào)平衡的措施，從設(shè)計(jì)到實(shí)際運(yùn)行應(yīng)有明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求，以保證監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)具有規(guī)定的可靠度。

（2）在設(shè)計(jì)階段通過(guò)必要的勘測(cè)、實(shí)驗(yàn)和研究得出參數(shù)，用于確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置、深度和數(shù)量。工程開(kāi)始前還必須進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，確定合理的標(biāo)準(zhǔn)和儀器安裝工藝參數(shù)，以確保能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。在儀器安裝埋設(shè)全過(guò)程中，必須對(duì)儀器傳感元件、材料、設(shè)備工藝等進(jìn)行連續(xù)性的檢驗(yàn)，以保證他們的質(zhì)量穩(wěn)定性，這個(gè)階段要做好安裝記錄。

（3）監(jiān)測(cè)信息及時(shí)反饋工程各方，同時(shí)在日常的施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析，找出產(chǎn)生原因并建議相應(yīng)的對(duì)策，及時(shí)預(yù)測(cè)下道工序的影響，優(yōu)化施工，切實(shí)達(dá)到信息化施工的目的，并與第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互印證，保證施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）要實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)的一體化，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的效率和可靠性以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋的及時(shí)性。

4 結(jié)論

地鐵隧道監(jiān)測(cè)是結(jié)合地鐵隧道變形控制的實(shí)際情況進(jìn)行的，具有較高的實(shí)用價(jià)值。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市開(kāi)始興建地鐵工程，地鐵隧道在地質(zhì)復(fù)雜、地下管道密集、交通繁忙的鬧市中心，其監(jiān)測(cè)的任務(wù)顯得越來(lái)越重要，以保證隧道主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全。監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化的實(shí)現(xiàn)為地鐵隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為今后地鐵隧道監(jiān)測(cè)的完善奠定了基礎(chǔ)。

Discusses the Urban Subway Tunnel Monitoring Gauging Implementation Method

Zhang Suzheng

Stands～east take Chengdu subway 2 line first phase construction 23 sign section Shahe fort to stand the square station sector test diggingtunnelingas the example，accordingtothe sector tunnel construction monitor design requirements，does and strengthens the monitor work，according to real-time distortion data，in analysis judgement forecast project construction peripheral environment and building enclosure distortion situation，takes the effective action，achieves the control instruction project construction,protects the peripheral environment and the surrounding protection system’s goal，ensures the construction security.

subwaytunnel；shaft monitor；tunnel monitor;monitor control

U451

A

1000-8136(2011)05-0044-03