地鐵建設第三方監(jiān)測實施要點與改進建議

楊壯志

(中鐵隧道集團有限公司技術中心，河南洛陽 471009)

0 引言

第三方監(jiān)測是我國在重大工程建設領域，參照國際慣例推行的一項科學管理制度。在城市地鐵建設領域，絕大多數(shù)建設單位都采用了第三方監(jiān)測管理模式。國內專家、學者對該項工作研究也較多:文獻［1-2］論述了第三方監(jiān)測的概念、目的及作用;文獻［3］論述了第三方監(jiān)測具體項目的實施方法;文獻［4-5］對第三方監(jiān)測中存在的若干技術問題進行了深入的探討，并提出了相應的解決方案。第三方監(jiān)測整體技術已經較為成熟，但近年來，國內地鐵建設當中仍然出現(xiàn)了較多安全事故:2008年11月15日，杭州地鐵某車站出現(xiàn)了21人死亡的重大傷亡事故;2010年7月北京地鐵某明挖車站深基坑鋼支撐脫落，導致8名工人被砸和2名工人被埋。事實證明，第三方監(jiān)測的“保險”作用仍未充分發(fā)揮，具體工作仍有待完善。因此，不斷通過實踐明確第三方監(jiān)測實施要點，優(yōu)化實施方案，改進不足，從各方面完善第三方監(jiān)測工作，具有重要意義。

1 沈陽地鐵一號線第三方監(jiān)測實踐及主要問題分析

1．1 監(jiān)測情況

地鐵一號線一期工程(張士—黎明文化宮)，全長22．141 km，均為地下線，共設18座車站，工期5年。

為保證第三方監(jiān)測工作的有序開展，成立了專門的第三方監(jiān)測項目部，下設外業(yè)量測組、內業(yè)分析組、外部協(xié)調組等。其監(jiān)測工作以環(huán)境監(jiān)測為主，以交通要道、重要建筑物、密集建筑群監(jiān)測為重點，一方面為地鐵公司提供獨立公正的監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一方面監(jiān)督各標段施工監(jiān)測的實施。監(jiān)測成果主要以定期的周報、月報形式上報。通過5年的跟蹤監(jiān)測，地鐵一號線施工期間沒有出現(xiàn)較大的安全事故。

1．2 存在主要問題

1)監(jiān)測項目不夠全面，存在缺項，對基坑變形、道路塌陷等控制不力。

2)沉降控制標準沒有經過充分論證，偏嚴。

3)實施技術手段常規(guī)，監(jiān)測信息反饋速度慢、效率低。

4)缺乏對施工監(jiān)測的有效監(jiān)督，施工監(jiān)測隨意性大，存在安全風險。

2 第三方監(jiān)測實施要點與改進建議

2．1 項目選擇

2．1．1 選擇原則

監(jiān)測項目是第三方監(jiān)測工作具體工作內容及范圍的直觀反映。通常，第三方監(jiān)測工作對象都是整條地鐵線，施工掌子面多、風險源分散、工作量大。監(jiān)測項目的選擇必須抓住重點，統(tǒng)籌安排，既不能沒有重點，也不能只抓一兩項，對大部分風險源缺乏控制。

2．1．2 各地情況比較

沈陽地鐵一號線第三方監(jiān)測項目包括現(xiàn)場安全巡視、地表沉降監(jiān)測、建筑物沉降監(jiān)測、管線沉降監(jiān)測。監(jiān)測項目選擇的原則是保證周邊環(huán)境安全。深圳地鐵一期工程第三方監(jiān)測開展的監(jiān)測項目較多，常規(guī)監(jiān)測項目基本都有覆蓋;而北京地鐵4號和10號線開展的監(jiān)測項目較少，僅為建筑物和地表沉降。在新公布的《北京市軌道交通工程建設安全風險技術管理體系》中的“第三方監(jiān)測設計指南(試行)”中監(jiān)測項目的選擇，不但考慮了工程周邊環(huán)境，還增加了基坑圍護結構監(jiān)測安全和現(xiàn)場巡視等內容，增加了相應的監(jiān)測項目，如圍護樁墻變形、水平支撐軸力、錨索應力、錨桿應力、開挖工作面觀測等內容。

2．1．3 已有項目分析及調整建議

分析2．1．2中各地情況可以看出:地表沉降、建筑物沉降、管線沉降是比較重要的監(jiān)測項目，重要性不言而喻，應高度重視;其他項目各地則各有取舍，其中圍護結構樁(墻)體水平位移結果能夠直觀反映基坑圍護結構狀況，是控制基坑安全的重要指標。北京順義某地鐵工地出現(xiàn)過的基坑圍護結構變形過大，支撐脫落造成的傷亡事故，應給予足夠重視;現(xiàn)場安全巡視，是直觀發(fā)現(xiàn)施工問題、排除安全隱患的重要舉措，也應重視并列入必測項目;而應力觀測結果相對較為間接，指導意義主要在設計方面，且基于考慮第三方監(jiān)測工作量及費用等原因，可將應力測試部分列為選測項目。

2．1．4 增項建議

根據(jù)沈陽地鐵第三方監(jiān)測實踐，建議增加盾構/暗挖區(qū)間通過地段雷達探測項目。由于地表沉降觀測的局限性，無法真正反映工程上方整個地層的變形特征，使得由于超欠挖、地下管線破裂、季節(jié)性凍層等原因形成的地下空洞，無法通過地表沉降觀測得到迅速有效的反映，而這些隱藏空洞正是多地區(qū)道路突然塌陷的罪魁禍首，一旦出現(xiàn)事故往往造成非常惡劣的社會影響。如果第三方監(jiān)測能夠組織人力定期進行地鐵線路上方雷達探測，發(fā)現(xiàn)空洞及土層缺失地區(qū)，排除安全隱患，迅速采取注漿、回填等補救措施，可以有效避免較大事故的發(fā)生。沈陽地鐵公司已經展開了這方面的工作，并取得了一定的效果。

2．2 第三方監(jiān)測地表沉降控制標準

2．2．1 沈陽地區(qū)控制標準

沈陽地鐵一號線第三方監(jiān)測由于缺乏該地區(qū)相關經驗，地表沉降監(jiān)測控制標準基本上采用+10 mm和-30 mm作為控制標準，或者采用更為嚴格的設計文件要求。實際證明，+10 mm和-30 mm的控制標準相對偏于保守。在地質情況較好地區(qū)，累計沉降量基本都能控制在-20 mm之內，冰凍期地層隆起量都能控制在+5 mm之內，而在大部分地質狀況較差地區(qū)(如中街站、中小區(qū)間)、施工難度大(如青年大街站)、上覆土厚度較薄地區(qū)，累計沉降值都超過了-30 mm，部分測點沉降甚至達到了-80 mm;但大部分測點沉降最終都處于受控狀態(tài)，整個地層沒有出現(xiàn)較為嚴重的事故。

2．2．2 沉降控制標準分析

確定沉降控制標準是第三方監(jiān)測工作的關鍵點，標準過低，輕者破壞環(huán)境，重者出現(xiàn)安全事故;標準過高，容易導致頻繁報警，令參建各方反應“麻木”。合理確定第三方監(jiān)測地表沉降控制標準可考慮結構受力安全性與穩(wěn)定性要求、環(huán)境保護要求、本地區(qū)勘查設計文件3個因素。目前北京市地方標準中已經對地表沉降進行調整，如將車站周邊地表沉降控制標準調整為-60mm。

沈陽地區(qū)建議基坑周邊地表沉降控制標準調整為-50 mm，盾構及暗挖區(qū)間地表沉降建議調整為-40 mm。為防范風險可在部分風險管理等級較高的項目設置控制標準動態(tài)評估機制，既能保證監(jiān)測的科學性，也可為后續(xù)工作提供參考。

2．2．3 增加過程控制標準的建議

2．2．3．1 必要性

依據(jù)2．2．2確定的控制標準是個累計沉降標準，比較適用于測點變形為徐變的情況。根據(jù)沈陽第三方監(jiān)測實踐經驗，雖然部分測點累計沉降值在可控范圍之內，但在測點變形發(fā)展過程中出現(xiàn)過連續(xù)2～3 d甚至1周的日變形量均超過3mm的較大變形，之后變形才逐漸收斂，也就是出現(xiàn)了一個變形的突變期，其變形量占累計沉降量的70%以上(見圖1)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，后期一些標段出現(xiàn)的路面異常塌陷案例中，相關測點大都曾出現(xiàn)過類似的一個變形突變期，其原因很可能是因為突變期內地層的突然變形使其下部出現(xiàn)了空洞，但由于自身應力沒有反映到上部持力層，后因其他外力作用，空洞被破壞造成地面塌陷;因此，變形突變期與地面塌陷有著重要聯(lián)系。當遇到測點變形突變期時應引起高度重視。實際操作中應在累計沉降值控制標準的基礎上，分析測點變形的發(fā)展過程，引入一個過程控制標準，量化地反映突變期的影響程度，通過日變形控制標準和累計沉降控制標準無法體現(xiàn)此標準的作用。

圖1 含有突變期的監(jiān)測點變形曲線(2008年)Fig．1 Curve of deformation with abrupt variations in 2008

2．2．3．2 建議

引入變形過程控制標準D(D為監(jiān)測點變形期間連續(xù)3 d允許變形量)，當某個測點連續(xù)3 d變形量超過D時，應報警，納入風險點進行定期監(jiān)測，并在主體結構施工完成后長期跟蹤，加入雷達探測等項目，根據(jù)具體情況采取對應措施。關于D的辨識及取值，有待今后進一步論證，這里建議取值9 mm，各地可因地制宜，有所調整。

2．3 新技術新設備的應用

2．3．1 沈陽地區(qū)實施情況及分析

沈陽地鐵第三方監(jiān)測使用儀器設備以全站儀、電子水準儀為主，做到了自動讀數(shù)、自動記錄、自動平差、監(jiān)測結果可直接錄入電腦;但總體而言，監(jiān)測結果仍然是斷續(xù)的，反饋速度較慢，對古建筑、既有鐵路線等重要建筑物的監(jiān)測效率仍然較低，無法做到實時獲取監(jiān)測信息，這種情況無法滿足當今信息化施工要求。

第三方監(jiān)測單位應發(fā)揮監(jiān)測技術的先導作用，多增加自動化監(jiān)測、視頻監(jiān)測及其他新技術新設備的應用，提高其監(jiān)測水平。

2．3．2 基于光纖傳感技術的遠程自動化監(jiān)測

光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨著光導纖維及光纖通信技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種以光為載體、光纖為媒介、感知和傳輸外界信號(被測量)的新型檢測技術，具有(準)分布式、長距離、實時性、耐腐蝕、抗電磁、輕便靈巧等優(yōu)點。自20世紀90年代以來，美國、加拿大、日本、德國及英國等發(fā)達國家紛紛將光纖檢測技術應用于大壩、橋梁、電站及高層建筑物等大型民用基礎設施的安全檢測中，取得了令人鼓舞的進展。光纖傳感技術在國際上被公認為結構安全檢測最有前途、最理想的手段，正因為如此，光纖檢測技術也引起隧道結構檢測界的廣泛重視，成為目前監(jiān)測技術的研究重點。具體應用情況可參考文獻［6］。

2．3．3 基于GPS衛(wèi)星定位技術的自動化監(jiān)測

采用透射電鏡測定的粒徑與馬爾文粒度儀測定的粒徑相當，其形狀呈橢圓形，此過程可能使膠束發(fā)生皺縮，使得在鏡頭視野下的膠束粒徑顯得相對較小。

GPS衛(wèi)星定位技術不受天氣干擾，點位不需通視，容易實施長距離精確定位，并且精度高，速度快。隨著衛(wèi)星接收設備技術的不斷進步，完全具備操作可行性。

2．3．4 遠程視頻監(jiān)測

一些地區(qū)已經開展了遠程視頻監(jiān)測，北京市已經開始建立專門的地鐵工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并出臺了相應的管理辦法，同時將視頻監(jiān)控與第三方監(jiān)測分別列入到“北京市軌道交通工程建設安全風險技術管理體系”。視頻監(jiān)控的范圍涵蓋了礦山法暗挖工程每個掌子面、主體結構明挖基坑對角線處及周邊環(huán)境復雜的附屬結構明挖基坑工程角部、施工豎井提升設備的大梁處等。

建議多應用遠程視頻監(jiān)測，并將遠程視頻監(jiān)測納入到第三方監(jiān)測的現(xiàn)場巡視項目當中，或者至少要納入第三方監(jiān)測全面參與的視頻監(jiān)測的管理當中。在保證工程安全層面，現(xiàn)場安全隱患與第三方監(jiān)測是不可分割的2個部分。第三方監(jiān)測的作用在于保證安全，從微小量變中發(fā)現(xiàn)隱患;而通過視頻監(jiān)控正是快速發(fā)現(xiàn)問題、跟蹤監(jiān)測的開始。

2．4 第三方監(jiān)測對全線施工監(jiān)測的監(jiān)督指導

2．4．1 沈陽第三方監(jiān)測實施情況分析

沈陽地鐵一號線第三方監(jiān)測對全線施工監(jiān)測的監(jiān)督作用主要體現(xiàn)在3個方面:1)審查施工監(jiān)測專項方案;2)檢查施工監(jiān)測測點布設情況，保證數(shù)量及質量;3)定期審查施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，尤其是與第三方監(jiān)測重合點變形情況，防止少、漏報。

從現(xiàn)場反饋來看，施工監(jiān)測中存在著若干問題，主要包括:1)施工監(jiān)測上報的監(jiān)測方案中，不同標段就同一個監(jiān)測項目所選的監(jiān)測實施方法、儀器設備不盡相同，有些方法的合理性值得推敲，如在場地狹窄，視線受到很大限制的情況下仍采用經緯儀的小角度法觀測樁頂位移;圍護結構墻體水平位移用全站儀+反光片的方法進行，現(xiàn)場難于實現(xiàn)，觀測精度無法保證。2)現(xiàn)場測量采用的儀器設備與上報方案不符，操作不當，精度偏低。3)少數(shù)項目現(xiàn)場埋設測點數(shù)量不足，質量不高，觀測數(shù)據(jù)隨意性較大。

從管理和技術2個方面加強第三方監(jiān)測對施工監(jiān)測的指導作用。

1)管理層面。第三方監(jiān)測對施工監(jiān)測的監(jiān)督作用涉及到地鐵公司對其管理職能的定位問題，如果地鐵公司能夠在體制上明確其對施工監(jiān)測的管理職能，使其能夠從技術專業(yè)化的角度監(jiān)督施工監(jiān)測，將會極大地促進施工主體安全意識的提升及安全措施的進步，進而促進施工方法的整體進步，從根本上保證施工安全。

2)技術層面。第三方監(jiān)測在項目開展前期對所屬所有項目的工程地質情況、監(jiān)測任務進行全面評估，對施工監(jiān)測所要進行的必須監(jiān)測項目進行明確落實，然后對具體的監(jiān)測項目推薦科學合理的監(jiān)測方法及儀器設備，做到全程標準化，既保證施工監(jiān)測的實施質量，也保證了數(shù)據(jù)對比的有效性。

3 結論與討論

本文通過沈陽地鐵一號線第三方監(jiān)測實踐，對部分實施要點進行了深入分析，主要得出改進意見如下:

1)監(jiān)測項目選擇方面。在現(xiàn)場安全巡視、地表沉降監(jiān)測、建筑物沉降監(jiān)測、管線沉降監(jiān)測的基礎上增加基坑圍護結構樁/墻體變形監(jiān)測、雷達探測2項。

2)沉降控制標準方面。各地應根據(jù)結構的變形要求、環(huán)保要求以及地勘資料綜合考慮確定累計沉降控制標準，并建立動態(tài)評估機制，不搞“-30 mm一刀切”，同時增加過程控制標準D。

3)新技術新設備的應用方面。不斷嘗試新技術新設備，增加自動化監(jiān)測、視頻監(jiān)測的應用。

4)對施工監(jiān)測的監(jiān)督指導方面。明確第三方監(jiān)測的管理定位，引導施工監(jiān)測全程標準化。

本文是在第三方監(jiān)測的大方向上進行了闡述，要保證第三方監(jiān)測實施效果，具體的實施方法中的細節(jié)問題仍然要引起足夠的重視，如文獻［7］提到的監(jiān)測精度與頻次問題，文獻［5］提到的監(jiān)測點布設問題，這些都在左右著第三方監(jiān)測的實施效果，需要在實踐中得到完善。希望通過本文能夠對今后各地開展第三方監(jiān)測有一定的積極指導意義，促進第三方監(jiān)測的規(guī)范化，保證國家基礎設施建設能夠安全順利地開展。

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