地面沉降對地鐵施工測量的影響及應對措施

耿長良，陳大勇，李承鵬

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京100101)

地面沉降對地鐵施工測量的影響及應對措施

耿長良，陳大勇，李承鵬

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京100101)

以北京市地鐵某線路為例，介紹地面沉降對施工過程中測量工作的影響，同時針對地面沉降的影響給出應對措施，供相關工程參考。

地面沉降;地鐵施工測量;影響;應對措施

一、前 言

隨著我國城市化進程的加快，許多城市的城市軌道交通工程建設呈爆發式增長，為了滿足市民的出行需求，一些線路不得不穿越城市的地面沉陷區。與此同時隨著城市經濟建設發展的需要，城市用水量逐步增加，地下水的過量超采導致地下水位持續下降，近年來這些地面沉陷區的沉降量總體上呈逐年增長的趨勢，給城市的規劃建設、國民經濟造成了諸多影響。嚴重的地面沉降對地鐵建設的影響也越來越顯著，一些城市在單條線路的建設周期里地面沉降可能達到50 mm以上，差異沉降也會達到30 mm，個別地區這兩個數值可能更大。這樣的沉降量對地鐵施工測量造成很大的影響:如地面高程控制點高程出現變化，高程閉合差超限;建設中的隧道、高架橋、地面線路結構高程貫通誤差過大或超限;同一位置不同時間測量出現較大高程差異等。我國地面沉降比較顯著的城市如北京、天津、西安、杭州等均面臨這樣的問題。本文以北京市某地鐵線路為例，介紹地面沉降的影響，并提出相應的測量解決方案。

二、地鐵線路沿線沉降情況介紹

該地鐵線路基本呈東西走向，穿越城市繁華區，線路全長30 km以上。在工程開工之前，于2008年初完成了首級GPS控制網、精密導線網及軌道交通二等水準網的測設工作。根據工程需要，每隔1年對上述3個控制網進行復測，以確定控制網的穩定性。通過2009年、2010年的復測，對數據進行比較，發現線路東部地面高程控制點有明顯的區域性沉降變化，自西向東沉降逐漸變大，且沉降趨勢和年沉降量基本相同。

通過對沉降區域地表沉降資料收集、分析，認為造成水準控制點初測、復測結果相差較大的原因是由于線路東段處于北京市一個區域沉降中心，即東郊八里莊—大郊亭沉降中心，因此該區域地表沉降造成東段水準控制點普遍發生了沉降。

三、地面沉降對施工控制測量的影響

1.對高程控制點的影響

受地面沉降影響，本工程由終點向西約10 km范圍內精密導線點和軌道交通二等水準點發生不同程度的沉降。其中受區域沉降影響的二等水準點共21個，沉降最小的點沉降量為0.017 m，最大的點沉降量為0.118 m;精密導線點共52個，沉降最小的點沉降量為0.007 m，最大的點沉降量為0.096 m。全線精密導線沉降曲線如圖1所示，軌道交通二等水準點沉降曲線如圖2所示。

圖1 精密導線點沉降曲線圖

圖2 軌道交通二等水準點沉降曲線圖

2.對施工測量的影響

水準控制點沉降對于地鐵施工測量會造成一定的影響。首先，由于各工點一般使用不同的水準控制點，這些水準點之間的差異沉降將造成相鄰工點之間的土建結構、軌道結構及設備的銜接出現偏差，如果差異沉降較大，銜接偏差有可能超出設計允許的范圍。其次，在單體工程施工時，由于土建施工工期較長，所依據的水準點高程處于變化之中，如果水準點和結構本身發生差異沉降，有可能造成不同時期施工的土建結構出現錯臺現象。

3.對高程貫通測量的影響

地鐵工程為線性工程，一般從車站或區間豎井進行開挖，不同開挖面之間存在高程貫通問題。由于地面沉降的不均勻，造成不同開挖面之間存在差異沉降。差異沉降對豎向貫通精度的影響體現在兩方面，一方面貫通面的相鄰工點所使用的水準點之間存在差異沉降，以各自水準點為依據所施工的土建結構、軌道結構、線路及設備的銜接將出現偏差，如果差異沉降較大，銜接偏差有可能超出設計允許的范圍;另一方面，盾構接收環或貫通面預留結構在施工時雖然是按照設計高程施工的，但是由于隧道工程工期長，等到隧道即將貫通時，盾構接收環或貫通面預留結構本身已經發生了沉降，這部分沉降也會體現在豎向貫通誤差之中。

4.對鋪軌測量的影響

地鐵隧道鋪軌前要進行鋪軌基標測量工作，用以指導軌道的鋪設。受地面沉降的影響，車站及區間結構底板高程發生了沉降，如果按原設計基標高程進行鋪軌，軌道將高于設計位置，造成結構凈空緊張或不滿足行車要求。同時由于差異沉降導致車站及區間的沉降速率不一致，貫通后的隧道實際坡度與設計值不一致，對鋪軌測量都將產生影響。

四、測量工作的應對措施

1.總體思路

地鐵工程建設周期往往在數年以上，在此期間地面沉降不斷地影響著建設過程，而由于技術手段及成本的原因，高程控制點數據難以做到實時更新，埋設穩固的基巖標石雖能保證控制點高程數據穩定，但是一方面在某些城市受地質條件所限埋設基巖標石的費用驚人;另一方面此方法不能解決已完工結構隨著地面一起沉降造成銜接誤差過大的問題。存在地面沉降的情況下，地鐵建設面臨的是控制點高程、已完工結構的高程不斷變化的局面，因而需要針對這種情況提出專項對策。

按常規來說，高程控制點經過復測如果發現沉降，似應及時更新施工所用的高程控制點數據。然而筆者認為施工所用的高程控制點數據既不應也無必要隨著復測成果更新。理由如下:

1)由于地面沉降是不斷發展的，而高程控制網復測次數是一定的，復測成果只給出了復測當時控制點的準確高程，隨著地面沉降的發展復測成果會逐漸失準，距上次復測時間越長，控制點的高程變化越大，而受到成本等因素的制約，復測的頻次不可能無限加密，因此在施工的大部分時間里高程控制點的準確成果都是難以獲得的。復測一次就更新一次顯得意義不大。

2)因為地鐵工程的車站結構往往是分部施工的，不同部位的施工有一定的時間間隔，區間的掘進同樣需要一段相當長的時間，如果施工使用的高程成果隨著復測而更新，再用更新后的成果指導新建結構的放樣，依據舊的控制網成果完成的既有結構與依據更新的成果放樣的新建結構之間就會出現矛盾，這種情況下不得不通過設計變更來解決矛盾，即需要調整未施結構的設計標高。施工控制成果更新一次，就需要進行一次設計變更，這顯然是不經濟的。

3)即使高程成果能夠做到實時更新，或者埋設了穩固的基巖標石，在整個施工期間能夠提供穩固的、統一的高程基準，然而地鐵結構修建在沉降區，結構本身會隨地面一同沉降，在分部修建的結構進行銜接時，由于差異沉降存在，銜接還是會出現問題。

根據上述情況，筆者提出了“單體施工起算唯一，施工過程誤差可控，貫通之前一次調整”的解決思路，下文對此思路進行詳細論述。

2.高程起算依據的選取

地鐵高程控制網布設時一般在車站附近布設3個以上的控制點，在施工過程中每個車站選取一個高程控制點作為車站及附近施工豎井的起算依據，其他控制點作為檢核使用，整個地鐵建設過程中不因地面沉降而對控制點數據進行更新。這樣保證了各車站及豎井開挖過程中，單體結構銜接的準確性。但由于數據不更新，差異沉降也隨之帶入結構施工中，不同單體貫通時除了施工誤差外，高程貫通誤差中還包含了不同點位之間的差異沉降量。在貫通前可按本文貫通測量應對措施進行消除。

由于地面沉降，為工程布設的專用高程控制網也隨之沉降，加之差異沉降的存在，控制點之間的沉降速率也不盡相同。在地鐵建設過程中雖不對控制點高程數據進行更新，但應加強對控制網的復測工作，掌握高程控制點及地面沉降規律，利用數據分析地鐵隧道結構可能發生的沉降量，這樣就能保證施工過程中高程誤差在可控范圍內，對隧道貫通及設計線路調整提供參考依據。

3.車站施工測量應對措施

地鐵車站施工工法一般分為明挖法、暗挖法、蓋挖法，不同的工法對應著不同的工序。為避免沉降導致車站結構錯臺，在車站一塊結構底板施工完成時，通過高程聯系測量將地面高程傳遞至地下埋設于結構體的水準點上，并在以后整個車站結構施工過程中始終以地下水準點的高程指導施工。由于地下水準點將隨結構體本身一起沉降，這樣單體工程施工將有一個相對穩定的、統一的高程放樣依據，可以保證車站結構不同部位之間的銜接。在實施過程中，埋設于地下結構體的水準點數量應在3個以上，由于施工過程中始終以此控制點為高程施工依據，因此需要注意點位的保護，且定期對水準點之間的高差進行復測。

在與相鄰工點貫通前需要對與其他工點進行銜接的已完成結構的關鍵部位高程進行復核，這里的結構關鍵部位是指車站底板、中板、頂板、出入口等預留結構開口位置、盾構洞門圈、馬頭門等部位。一旦發現關鍵部位由于沉降影響而使原有結構高程與設計值偏差過大，可能造成相鄰工點的結構與原有結構不能順利對接時，應與設計單位協商進行設計變更。

4.區間施工測量應對措施

區間施工主要從車站或者施工豎井向前開挖，施工開始之前，通過高程聯系測量將高程從地面傳遞至位于豎井或車站結構上的地下穩固水準點上，并以上述地下水準點指導施工掘進。每次在隧道內增設新的水準點時均從位于豎井或車站的地下穩固水準點開始起算，地下穩固水準點成果不隨地面高程控制點的更新而更新，在距貫通面一定距離(盾構為200～300 m，暗挖為100～150 m)時，對存在貫通面的相鄰工點之間的地下水準控制點進行連測，統一兩個工點之間的高程系統，然后利用統一后的高程數據測量開挖面以及貫通面預留結構(盾構洞門圈或暗挖隧道已完成襯砌)實際高程，根據實測結果調整開挖高程，以實現順利貫通。

5.附屬結構施工測量應對措施

車站附屬結構的施工，一般是在車站主體結構施工完成后進行的。在進行附屬結構施工時，首先將原地下水準高程控制點高程引測至附屬結構施工現場，附屬結構施工時以引測的高程數據為準進行放樣，實現主體與附屬結構銜接部位高程的對接。

6.高程貫通測量應對措施

貫通誤差是施工過程中的測量誤差和施工誤差的綜合反映，為了保證高程貫通精度，減小差異沉降對貫通精度的影響，可采取以下方法實施:

1)盾構隧道施工至距貫通面200～300 m左右時(避免在貫通前由于可調整距離過短，在調整盾構機姿態過程中出現明顯的環片錯臺)、暗挖隧道施工至距貫通面100～150 m左右時，或在預計貫通時間之前約一個月時，相關施工單位應及時對本工點地面高程控制點、地下高程控制點與相鄰的存在貫通面的工點之間的高程控制點進行聯測，統一兩個工點之間的高程系統，保證貫通之前相鄰工點的高程控制基準一致，減小由于控制點差異沉降帶來的豎向貫通誤差。

2)根據聯測結果對盾構接收環的中心高程進行測量，對隧道內指導盾構機掘進的高程控制點進行測量和成果更新，及時調整自動導向系統，減小由于施工誤差以及結構體本身沉降所帶來的貫通誤差。

7.其他措施

城市軌道交通從設計到土建結構竣工一般需要3～5年，由于地表沉降的影響，竣工后結構實際的高程與設計高程會出現明顯差異，原設計車站覆土厚度、管線空間布置等也會發生變化;同時由于差異沉降的存在，造成后續施工的結構與既有結構之間不能正確銜接，區間隧道坡度與設計不符等，這些情況需要設計單位密切關注，必要時進行設計變更。

在區間貫通及貫通數據更新前，建議不要進行軌行區的站臺板施工、設備安裝等工作。因為由于沉降影響，貫通前后的高程數據會相差較大，相差過大時可能引起設計變更。提前進行軌行區的施工可能會導致無法對接或位置偏差過大。

五、結束語

隨著各個城市地鐵建設規模的不斷擴大，加之城市建設導致地面沉降的加劇，地面沉降對地鐵施工及運營的影響會越來越明顯。

本文介紹了地面沉降在地鐵建設過程中對測量工作的影響，并針對沉降特性，提出了相應的解決措施，對保證地鐵線路正確貫通，結構正確銜接具有指導作用。同時對其他穿越沉降區域的地鐵線路也具有一定的參考意義。

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Influences and Measures of Surface Subsidence to Subway Construction Surveying

GENG Changliang，CHEN Dayong，LI Chengpeng

0494-0911(2011)11-0053-04

P258

B

2010-12-02

耿長良(1979—)，男，北京人，工程師，主要從事地鐵工程測量、大型精密工程測量方法的研究及應用工作。