城市地鐵建設第三方監測技術探討及部分測項研究

【摘要】根據中華人民共和國安全生產法，業主委托獨立于城市地鐵設計方、施工方和監理方，以具有相應資質的單位作為第三方監測，從而在地鐵施工期間對地鐵施工沿線一定范圍內的地表、道路、管網、重要建（構）筑物等進行沉降和水平位移進行監測，為業主提供及時、可靠的用以評定地鐵施工對周邊環境影響的監測數據和信息，并對可能發生的安全隱患或事故進行及時、準確的預報，使有關部門有時間做出相應決策，避免重大事故的發生。由于城市地鐵和城市軌道交通施工的特殊性，為了加強對其施工和運營階段的監測，提前預知和避免不必要的損失，第三方監測就尤其重要。文章結合西安市地鐵2號線南延段第三方監測實例，論述了第三方監測各監測項目實施的技術方法，并對其中部分測項的實施及數據處理進行了研究。文中以會展中心站至三爻站暗挖區間地表沉降監測數據為依據，發現了淺埋暗挖法施工過程中該隧道地表沉降的一種變化趨勢及規律，分析了該區間地表沉降嚴重的原因，為隧道的正常、安全、順利施工提供了保障。

【關鍵詞】城市地鐵；第三方監測；地表沉降

第三方監測的實施，是業主為地鐵工程土建施工加設的一道安全防線，適合我國在重大工程建設領域與國際接軌的要求。第三方監測可對承包商的施工監測數據進行監督、對比和檢驗 ，并利用現代數理統計理論對監測數據進行處理、分析和預測[1]，可為發包人提供及時、可靠的信息用以評定地鐵結構工程在施工期間的安全性及施工對周邊環境的影響，并對可能發生的危及環境安全的隱患或事故提供及時、準確的預報，以便及時采取有效措施，避免事故的發生。

1、研究內容

西安市地鐵二號線會展中心至韋曲南站段（含韋曲南站站后配線及潏河停車場出入段線）的地鐵基坑、隧道及站線結構物外緣兩側30m范圍內（或2倍基坑開挖深度或2倍隧道埋深范圍）的地下建（構）筑物、地下管線、地表及道路等。本工程第三方監測的主要內容包括：

（1）圍護樁頂水平位移監測

（2）圍護樁（土）體變形監測

（3）支撐軸力監測

（4）隧道拱部下沉監測

（5）隧道內凈空收斂監測

（6）建（構）筑物沉降監測

（7）地下管線沉降監測

（8）地表沉降監測

（9）地下水位監測

2、作業方法、數據計算與成果分析

2.1道路地表及建（構）筑物沉降監測

地表沉降監測點布置于受施工影響范圍內的地表，工程的重大風險源應加密布設監測點；建（構）筑物的沉降監測點布設于受施工影響范圍內的建（構）筑物的主要墻角或柱基上，及不同結構分界處的兩側等[2]。地表及建（構）筑物沉降觀測采用幾何水準測量方法，使用Trimble DiNi03電子水準儀觀測。

觀測完成后形成原始電子觀測文件，通過數據傳輸處理軟件傳輸至計算機，進行相應檢驗或測量平差計算 ，最后求出每個觀測點的當期變化量、累計變化量及變化速率等數據[3]。監測點預警判斷分析原則如下：①將階段變形速率及累計變形量與控制標準進行比較，判斷警戒狀態情況。②如階段變形速率或累計變形值大于預警值而小于控制值則為預警狀態，如數據顯示大于控制值時，為報警狀態，如數據顯示達到警戒標準時，應結合巡視信息，綜合分析施工進度、施工措施情況，查看附近支護圍護結構穩定性、地表表觀變化情況，進行綜合判斷；③當分析確認有異常情況時，應立即通知有關各方采取措施。

2.2圍護樁頂水平位移監測

監測點按第三方監測設計圖紙布點位置在基坑四周圍護結構樁頂上設置，布置的原則為：①測點應盡量布設在基坑圈梁、圍護樁的頂部等較為固定的地方，以設置方便，不易損壞，且能真實反映基坑圍護結構樁頂部的側向變形為原則；②邊長大于30m的按間距30m布點（按四舍五入原則計），小于30m的，按1點布置；結構關鍵位置處增加布置測點；③測點設置強制對中標志或在圍護樁頂部貼反射片。

觀測記錄采用全站儀測量記錄程序進行，觀測時可完成各項限差指標控制，觀測完成后形成電子原始觀測文件，通過數據傳輸處理軟件傳輸至計算機，使用控制網平差軟件進行嚴密平差，得出各點坐標。

通過各期變形觀測點二維平面坐標值，計算投影至垂直于基坑方向的矢量位移，并計算各期階段變形量、階段變形速率、累計變形量等數據。

2.3圍護樁（土）體變形監測

測點布置于主體基坑圍護樁體內及圍護結構外圍土體內。監測儀器采用CX-06A型測斜儀以及配套PVC測斜管。

數據處理時，首先必須設定好基準點，圍護樁樁體變形觀測的基準點一般設在測斜管的底部。當被測樁體產生變形時，測斜管軸線產生撓度，如圖2-1所示。用測斜儀確定測斜管軸線各段的傾角，便可計算出樁體的水平位移。設基準點為O點，坐標為（X0，Y0），于是測斜管軸線各測點的平面坐標由下列兩式確定：

當或>0時，表示向X軸或Y軸正向傾斜，當 或<0時，表示向X軸或Y軸負向傾斜，由上式可計算出測斜管軸線各測點水平位置，比較不同測次各測點水平坐標，便可知道樁體的水平位移量。

2.4地下管線監測

本監測項目監測方法、數據采集及分析處理同地表及建筑物沉降監測相關內容。

2.5地下水位監測

地下水位監測可采用鋼尺水位計，鋼尺水位計的工作原理是在已埋設好的水管中緩慢向下放入水位計測頭，當測頭接觸到水面時，啟動訊響器，此時讀取測量鋼尺在管頂位置的讀數，每次觀測讀數兩次，取平均值，每次讀取管頂讀數對應的管頂位置應一致，并固定讀數人員。根據管頂高程、管頂與地面的高差，即可計算地下水位的高程和埋深。

2.6洞內拱頂沉降及隧道凈空收斂監測

拱頂沉降觀測采用精密水準測量方法，洞壁收斂采用數顯式數字收斂計進行監測。基點應埋設在穩固不受施工影響的區域并應定期與地面水準控制點進行聯測。

隧道內空收斂量測在鋼尺上選擇一個適當孔位，將鋼尺套在尺架的固定螺桿上。孔位的選擇應能使得鋼尺張緊時支架與百分表（或數顯表）頂端接觸且讀數在0～25mm的范圍內。擰緊鋼尺壓緊螺帽，并記下鋼尺孔位讀數。

隧道拱部沉降數據處理及分析和地表沉降觀測的數據處理及分析一致。

3、監測實例

本文以西安市軌道交通2號線南延段工程會展中心站至三爻站區間的第三方監測為例，詳細說明第三方監測的方法。

3.1工程概況

從2號線一期終點會展中心站引出后，沿長安路南行，其間下穿西安繞城高速，線路最終南行進入三爻站。長安南路為城市主干道，車流量大，道路下有多條市政地下管線。區間穿f11、f12兩條地裂縫。在區間南北兩側處有多棟建筑物離線路較近。

3.2結構設計及施工工法

采用礦山暗挖法施工。區間斷面為單線單洞馬蹄形隧道，最小線間距13m，線路為單面坡，最大坡度15.168‰。

3.3監測工作內容

（1）監測對象和項目

本區間主要的監測對象及監測項目如表3-1所示。

2）監測頻率

現場監測頻率如表3-2所示。

（3）作業方法

監測作業的實施方法如本文第二節中所述。

（4）成果分析

本區間施工周期長，擾動大，對地表及建（構）筑物的影響較大。本區間穿兩條地裂縫，并下穿西安繞城高速立交橋，兩者皆屬重大風險源，在城市地鐵區間工程中較為典型。同時，地裂縫在國內城市中屬少見的地質情況，對于地裂縫區域工程的監測，沒有先例可以借鑒。

本文選取會展中心至三爻站暗挖區間2號豎井隧道地表沉降項目為例，對監測數據進行分析。圖3-1為地表沉降時程曲線圖。

從圖3-1中可以看出：在監測過程中，當監測點位在隧道開挖面前50m之前，沉降速率很小，累計沉降量一般都在0mm～10mm之間，當監測點位在隧道開挖面后20m～50m范圍內時，點位沉降速率明顯增大，最大點位沉降速率達到4.47mm/天，最大累計沉降量達到約9cm。當開挖面過監測點位約50m后，沉降點位趨于穩定。根據《西安地鐵2號線南延段巖土工程勘察報告》，人工填土在YDK21+160～YDK21+500段，填土厚度達2.7～10.0m，且主要以雜填土為主。由此可以看出，上述情況發生的主要原因為：由于雜填土層受暗挖施工擾動影響較大，是本區間的重大風險源。但上述情況顯示，沉降速率是有一定規律的，只要發現此規律，就能在點位沉降急劇時采取一定的措施，避免因停止施工引起的工程事故及各種損失。

結論：

綜上所述，在第三方監測中地表沉降速率的變化是有規律可循的，只要仔細研究大量的監測數據及沉降曲線圖，我們就能發現一定的規律，從而更好的保障城市地鐵的安全施工。

目前我國在建地鐵第三方監測多采用人工方法進行，浪費了大量的人力、物力及財力。監測工作智能化與自動化的實現需要測繪工作者進一步的探索與努力。今后隨城市地鐵工程內容的不斷豐富，城市地鐵第三方監測項目也將不斷的完善與成熟，相信我國城市地鐵第三方監測技術將在很短的時間內有一個很大的發展，并步入世界先進行列。

參考文獻：

[1]陳永奇，吳子安，吳中如.變形監測分析與預報[M].北京：測繪出版社，1997：69～76.

[2]GB50026-2007，工程測量規范[S].2007：116～121.

[3]吳子安.工程建筑物變形觀測數據處理[M].北京：測繪出版社，1989：125～130.