地鐵線路穿越沉降區域施工測量方法的研究

張立偉

(北京市勘察設計研究院有限公司，北京100000)

一、引 言

隨著國家城鎮化建設的不斷深入，特大型、大型城市涌現較多，這也帶來了交通擁堵等一系列“城市病”。目前國內城市解決這個問題都是多種手段并用，最為廣泛的就是大力建設地鐵線路，逐步將地面交通人流轉移至地下，這也符合節能減排、綠色出行的理念。目前北京、上海、廣州等10余座城市建設了超過1000 km的地鐵線路，除上述大型城市外，鄭州、合肥、南寧、西安等20余座城市也逐步展開了地鐵建設。在全國大中型城市建設地鐵的熱潮中，地鐵線路穿越沉降區域成了多數城市面臨的地鐵建設難點，也給未來的地鐵安全運營帶來隱患。

二、區域沉降影響的分析

華北地區地勢平坦，地表水資源較為匱乏，水資源利用主要來源于地下水開采。隨著近年來經濟的迅速發展，對水資源的需求也日益加大，華北平原地區已成為世界上超采地下水最嚴重的地區，也是地面沉降漏斗最大、沉降覆蓋面積最大的地區，而且地面沉降呈加劇的趨勢，北京大郊亭沉降中心就是華北地區區域沉降的一個具體體現。北京地鐵7號線工程東段有8座車站、約13 km地下線路位于大郊亭沉降中心影響區域。地面高程控制網于2009年12月布設、施測完成，在2010年10月、2011年10月完成了水準網的復測工作。

北京地鐵7號線工程地面高程控制網選用了玉淵潭原點、四惠橋基巖點2個基巖水準控制點作為地面高程控制網的起算點，I京西4新、Ⅱ蘇舊1、Ⅱ呼十4、Ⅱ呼十2共計4個北京市一、二等水準點作為地面高程控制網的附和驗算點。全網共布設65個水準點，由附合和閉合水準線路構成，線路總長76．1 km，根據現場情況，布設了3個深樁水準點(埋深約－20 m)，在各車站施工變形區外均設置了3個墻上水準點。建筑物上水準點標石按《城市軌道交通工程測量規范》(GB 50308—2008)的規格進行埋設(如圖1所示)。在進行軌道交通一等水準網測量時將地面精密導線點納入到一等水準網中一同進行了觀測，精密導線點沿線路布設在施工變形區外的城市道路上，精密導線點標石按《城市軌道交通工程測量規范》(GB 50308—2008)的要求規格進行埋設(如圖2所示)。

圖1 墻上水準點標石埋設示意圖(單位:mm)

圖2 加密導線標石埋設示意圖

經過兩年的復測工作，對比分析復測與原測結果顯示，一等水準點BM［7］1—BM［7］21共23點，各點高程沉降量在1～4 mm;一等水準點BM［7］22—BM［7］36共14點，各點高程沉降量在5～9 mm;一等水準點BM［7］38—BM［7］64共21點，各點高程沉降量在10～46 mm。另精密導線點高程變化值與一等水準點變化規律相同，東四環以西區段精密導線點比較穩定，東四環以東從導線點DT［7］81開始變化，高程變化值自西向東逐漸增大(沉降趨勢如圖3所示)。對比原測和復測成果后，發現地鐵某線東四環(大郊亭橋)以西區段地面高程控制點相對穩定，原測和復測結果無明顯變化;東四環以東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，水準點高程原測和復測結果相差較大。

圖3 北京地鐵某線工程東段(東四環以東—終點區段)近年累計沉降量圖

在此期間，對地鐵線路沿線地表沉降資料向有關部門進行了收集。從收集到的資料顯示，地鐵某線線路橫穿的北京大郊亭沉降中心現階段為沉降的一個快速發展時期，其中從2005—2010年5年間此沉降中心累計沉降量為182．23 mm，年平均沉降量為36．4 mm。

另外，北京市2005—2009年沉降等值線圖與控制點沉降分析結果相比較，等值線圖反映的情況與沿線地表沉降情況基本上一致，如圖4所示。線路橫穿的北京市大郊亭沉降中心在2008—2009年中最大沉降量為45 mm，沿東四環以東沉降量逐漸增大。

圖4 等值線沉降圖

通過對以上資料綜合分析，基本判斷出地鐵某線東段(東四環以東)處于北京市一個區域沉降中心——大郊亭沉降中心，目前該沉降中心沉降趨勢仍在繼續。由于區域沉降造成東段(東四環以東)水準控制點普遍發生了沉降，區域沉降對地鐵工程高程控制測量、地鐵施工測量會產生一定的影響。

三、區域沉降對地鐵施工測量的影響

地鐵為線性工程，為確保線路圓順，施工中各環節工藝間施工容許偏差要求嚴，相鄰點相對精度要求高，地鐵施工測量除按照傳統精密測量工程測量技術進行高精度施工測量外，還結合工程特點引進現代工程測量高新技術，并注重相關學科技術在施工測量中的滲透與融合。

1．地鐵施工測量的內容

地鐵施工階段分為土建結構施工階段、軌道和設備安裝階段、竣工階段。土建結構施工階段的施工測量內容有加密施工控制測量、定線測量、豎井聯系測量、施工放線測量、限界測量等;軌道和設備安裝階段的施工測量內容有鋪軌基標測量、線路標志測量等;竣工階段的施工測量內容有全線線路軌道竣工測量、區間、車站和附屬建筑結構竣工測量、線路沿線設備竣工測量、地下管線竣工測量等。

2．區域沉降對高程控制點的影響

地面高程控制網共復測一等水準點58個，精密導線點120個。根據高程控制點復測結果，受區域沉降影響的一等水準點共21個，影響范圍包括大郊亭站、大郊亭以東各站及焦化廠車輛段，沉降最小為BM［7］39號點，沉降量10．6 mm，位于百子灣站附近;最大為BM［7］62號點，沉降量45．8 mm，位于焦化廠站附近。精密導線點共43個，影響范圍從大郊亭至百子灣區間開始向東至車輛段，沉降最小為DT［7］82號點，沉降量10．3 mm，位于百子灣站附近;最大為DT［7］122號點，沉降量58．8 mm，位于焦化廠站附近。另外，根據復測結果對各車站之間的差異沉降進行統計，結果見表1。

表1 各車站沉降情況統計表 mm

3．高程控制點沉降對施工測量的影響

高程控制點發生沉降后必然會出現差異沉降現象，對于地鐵這種線路工程影響很大，因不同車站、區間采用同控制網內不同的控制點進行施工，差異沉降就在以下3個方面體現出對于地鐵施工測量的影響。

1)由于各車站、區間一般使用分段招標、獨立施工方式開展，各施工單位采用地面高程控制網內不同的水準控制點，這些水準點之間的差異沉降將造成相鄰施工區段之間的土建結構、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。

2)在同一施工標段內，車站主體施工與隧道施工一般不會同時開展，存在開工日期相差較遠的情況，也會導致隧道與車站主體銜接產生偏差，影響線路平滑度、車輛限界、貫通等。

3)在單體工程(主要指車站、車輛段、停車場站等)施工時，由于場地因素等客觀條件影響同一單體工程不同位置土建施工開工日期的差異性，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。

四、沉降區域地鐵施工測量的應對措施

1．車站施工測量采取的措施

北京地鐵7號線工程東部8座車站施工工法主要以明挖法施工為主。在第一塊底板混凝土澆筑前即在主體結構鋼筋上綁定并焊接地下高程控制點。在車站第一塊結構底板施工完成時，即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，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變化，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。但應在相鄰施工區段貫通之前，及時將本施工區段的地面加密高程控制點、地下高程控制點與相鄰的存在貫通面的施工區段之間的高程控制點進行連測，并對需要與其他施工區段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，可能造成相鄰施工區段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。

在實施過程中，埋設于地下結構體的水準點數量應在4個以上，且定期對水準點之間的高差進行復測。注意保護埋設于結構體上的地下水準控制點，避免發生同時破壞所有地下水準控制點的情況，以便于個別控制點破壞時能夠及時利用其他地下水準點進行恢復。

2．附屬結構施工測量采取的措施

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。在進行附屬結構施工時，首先將原車站地下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的高程的對接。在與已建成建筑進行結構相接的施工作業前，應將原車站地下高程控制點聯測至已建成建筑的銜接部位，并對該區域的主體結構特征點進行復測，與原竣工測繪成果進行比對，根據比對結果協助設計單位修正施工圖。

3．區間施工測量采取的措施

區間土建施工開始之前，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100～150 m)時或在預計貫通時間之前約一個月左右時，對存在貫通面的相鄰施工區段之間的地下水準控制點進行連測，統一兩個施工區段之間的高程系統，然后利用統一后的高程數據測量開挖面及貫通面預留結構(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。采用盾構方式開挖的隧道根據連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，減小由于施工誤差及結構體本身沉降所帶來的貫通誤差以實現順利貫通。

五、結束語

地鐵工程參建單位多，工序復雜，測量工作頭緒繁多且環環相扣，尤其受區域沉降影響的各施工區段高程控制點資料更新頻率較高，而且控制點和結構本身均處于不斷的沉降變化之中，需要面對更加復雜的情況。地鐵工程相關設計單位、施工單位、監理單位除采取相應技術措施之外，需加強溝通、配合，及時了解沉降造成的施工影響，采用施工調整、設計變更等多種方法保證地鐵工程的順利完成。

［1］ 秦長利．城市軌道交通工程測量［M］．北京:中國建筑工業出版社，2008．

［2］ 秦長利，于來法．GB 50308—2008城市軌道交通工程測量規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2008．