東上澤站地鐵工程監測分析

甄俊亭

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

0 引言

地鐵工程具有施工周期長、施工技術復雜、不確定因素多等特性，在施工中對周圍環境造成的影響比較大，是一種安全風險系數比較高的工程。近年來，我國地鐵事業飛速發展，很多城市都在大力興建地鐵，雖然方便了人們的出行，但在施工中頻繁發生安全事故，造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡。基于周邊環境安全的地鐵工程監測可全方位監測地鐵施工中的安全隱患，依據科學的數據對風險進行分析辨識，制定有針對性的風險控制，或者風險規避措施，從而保證地鐵工程施工的安全性。基于此，開展基于周邊環境安全的地鐵工程監測分析研究就顯得尤為必要。

1 工程簡介

東上澤站為地下兩層車站，位于正定新區崇因路以南，規劃新城大道下面，南北向布置，東側設綜合管廊，與車站呈平行敷設。車站大里程端北側東西向現有DN2200雨水管、DN900污水管及DN400上水管等較多市政管線，南北向有DN1000、DN3000上水管及DN1000污水管，車站D出入口及及1號風道上方設有DN300燃氣管。車站主體總長181.59 m，覆土約為3.5 m，共設置1個安全出口、4個出入口、2組風亭，全部采用明挖法施工。東上澤站—福澤站區間下穿東上澤村，沿線主要為市政道路，地下管線較少，無控制性建（構）筑物。區間右線采用明挖+盾構法施工，區間左線采用盾構法施工，左線的起始里程為K34+097.8600，終止里程為K34+694.910，線路總長度為587.65 m。本標段平面示意圖如圖1所示。

圖1 本標段平面位置示意圖

根據初勘資料及收集線路附近地下水位資料，擬建工程沿線場地賦存一層地下水，地下水類型為潛水（二），水位埋深大于45 m。本次勘察鉆孔不存在上層滯水，但因管道滲漏、大氣降水等原因，沿線局部存在上層滯水的可能性。

2 工程風險監測重難點分析和監測的目的

2.1 工程風險分析

就案例工程而言，按照施工設計文件和地質勘查報告中指出的內容，存在很多風險源，其中地鐵車站主體基坑涉及到的風險源如表1所示。

表1 地鐵車站主體基坑涉及的風險源

2.2 地鐵工程周邊環境安全監測的目的

首先，對車站自身和周圍構筑物的安全情況進行全面監測，可作為評定地鐵施工對周圍環境影響的主要依據，以提升地鐵工程施工策略制定的科學和合理性。

其次，對可能發生的安全隱患進行提前監測，通過分析監測數據，可提前制定有針對性的措施，降低事故造成的損失[1]。

在監測周期內，東上澤站所監測項均按表2監測頻率執行。

表2 監測頻率表

3 針對周邊風險重難點的監測控制措施分析

3.1 地表沉降監測

在地表沉降監測點布置時，需要綜合考慮變形影響的范圍，且布置點數不應少于3個，監測點可布置在基礎比較深，并且沉降比較穩定的構筑物上。監測點布置時，需先布置管線沉降觀測點和建筑物沉降觀測點，觀測點可采用人工開挖，也可以采用機械鉆孔開挖，保證觀測點直徑不小于80 mm，深度大于1 m，將孔內渣土清理干凈，并向孔內注入適量的清水養護，注入強度不低于C20的混凝土，采用震動機提升混凝土灌注的密實度，混凝土灌注量要距離地面5 cm左右[1]。在埋設觀測點時，標志蓋需要和路面保持平齊，測點要保持穩定性，清晰性，便于長時間保存。地面沉降監測點埋設方式見圖2。

圖2 地面沉降監測點埋設示意圖（單位：mm）

在地表沉降觀測時，可選擇幾何水準測量方法，本工程采用了DS05級數字水準儀聯合銦瓦條碼尺進行觀測。當高程基準點布置完成之后，需要進行2次反復測量，保證高程都達到設計要求之后，才能開始監測。復測周期取決于基準點的位置，案例工程1～2個月進行一次復測，待點位穩定后，每3～6個月進行一次復測。特別對基準網復測時，環線閉合差或往返較差控制在（n為測站數）內復測[2]。

3.2 地下管線監測

地下管線監測點采用以下技術：①針對有檢查井的管線，將監測點布設到井蓋下面管線承載體或管線上；②針對能開挖暴露管線但無檢查井的，觀測點直接設到管線上；③對不能開挖且無檢查井條件的，在地表埋設間接觀測點；④對于在管線上設監測點時，開放管線可在管線支墩或管線上做支架監測點，封閉管線采用抱箍式埋點。案例工程管線直接布設沉降監測點見圖3所示。

圖3 管線直接布設法示意圖

地下管線沉降監測網觀測按《城市軌道交通工程測量規范》（GB 50308-2008Ⅱ）級垂直沉降監測網主要技術要求觀測，主要技術指標及要求如表3所示。

表3 垂直沉降監測網的主要技術要求

地下管線沉降監測方法與地表沉降監測相同。

3.3 周邊建（構）筑物變形監測

周邊建（構）筑物變形監測基準點可以和地表沉降基準點共用，對框架結構、磚混結構而言在監測點布置時可選擇鉆孔法，采用電動鉆鉆孔，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔深度為120 mm，鉆孔完成之后清除內部雜質，并注入錨固劑，回填孔內空隙[3]。對高度在12層以下的建（構）筑物，在監測時可采用差異沉降量監測方法，推算出建（構）筑物的傾斜情況，具體監測示意圖如圖4所示：

圖4 差異沉降量推算法示意圖

先通過幾何水準測量法，確定基礎兩端點的差異沉降量Δh，然后再按照寬度D和高度h，可以推算出建（構）物的實際傾斜值，如果頂部傾斜位移量為Δ，斜度為i，則。

在基坑開挖之前，對監測對象的裂縫分布情況記錄，在施工中對具有代表性的裂縫進行監測，每條裂縫要至少布置2個監測點，且監測點要設置在裂縫最寬處，通過裂縫觀測儀對裂縫的變化情況進行監測記錄[4]。

針對此次自動監控系統改造，除了要保證自動監控系統的穩定性和可靠性，對功能需求有所擴展，更要充分考慮操作者的使用習慣和接受程度，建立以人為中心的設計理念，在系統中更多地注入良好的用戶體驗元素。需要在系統框架設計上，結合功能需求，合理劃分功能模塊，簡化交互流程，優化界面設計，從設計之初就體現出用戶體驗的要求，在易用性和操作層面上給用戶帶來良好的用戶體驗感受。

3.4 圍護樁頂水平位移監測

圍護樁頂水平位移監測時可采用導線網來布置監測點，以東上澤站施工平面控制系統作為基準，通過附導線形式進行布置。在基坑開挖深度2-4倍以外的穩定區域布設監測點，為確保監測精度，務必埋設強制對中觀測墩，每個相對獨立區域觀測點布置數量不應小于3個[5]。現場監測基準點可選擇強制歸心的水泥觀測墩，其頂面長度為0.4 m，寬度0.4 m，埋于地下的部分不應小于1.2 m，高出地面1.0 m，樁頂水平位移監測基點示意圖如圖5所示：

圖5 樁頂水平位移監測點示意圖

控制網觀測依照GB 50308-2008《城市軌道交通工程測量規范》Ⅱ級水平位移監測網的要求進行，其主要技術規定如表4所示。

表4 水平位移監測控制網主要技術要求

監測點在水平位移觀測時，需要按照現場條件合理觀測，本工程選擇了1 s級全站儀采用極坐標法進行觀測，在選擇好的控制點上，放置全站儀，精確整平對中后進行觀測，各個監測點的距離及其角度務必把控嚴格，算出各監測點的坐標，把位移矢量投影至與基坑垂直的位置，以便更加精確地確定基坑內側的變形量[6]。

3.5 支撐軸力監測

支撐軸力監測的關鍵點之一是安裝鋼筋測力計，常用的安裝方法有兩種，一種是碰焊接法，另一種是綁焊法，在本工程監測中，采用了前者，用連接桿和鋼筋先碰接，然后和鋼筋測力計連接，連接完成之后，再制作鋼筋籠。撐軸力監測的關鍵點之二是軸力計安裝，為保證軸力計安裝的穩定，需要安裝在專用的軸力架上，用電焊焊接牢固安裝架上未開槽一端與支撐牛腿上的鋼板，焊接時需確保安裝中心點和鋼支撐中心軸線對齊[7]。待焊接冷卻之后，再將軸力計放入鋼筒內部，用M10螺絲緊固。基坑軸力計測點斷面布置如圖6所示：

圖6 基坑軸力計測點布置斷面圖

此公式中，Nq表示本工程混凝土支撐內力（kN）；σs表示鋼筋應力（kN/mm2）；表示鋼筋計監測平均應力（kN/mm2）；Kj表示第j個鋼筋計標定系數（kN/Hz）；fji表示第j個鋼筋計監測頻率（Hz）；fi0表示第j個鋼筋計安裝之后的初始頻率（Hz）；Ajs表示第j個鋼筋計截面積（mm2）；Ec表示混凝土彈性模量（kN/mm2）；Es表示鋼筋彈性模量（kN/mm2）；Ac表示混凝土截面積（mm2）；As表示鋼筋總截面積（mm2）。

軸力計的工作原理是：當軸力計受到軸向力時，造成彈性鋼弦的張力變化，鋼弦的振動頻率也發生改變，利用頻率儀測得鋼弦的頻率變化，即測出所受的作用力大小。一般計算公式如下：

P=KΔF+bΔT+B

此公式中P表示支撐軸力（kN）；K表示軸力計的標定系數（kN／F）；ΔF表示軸力計輸出頻率模數實時測量值相對于基準值的變化量（F）；b表示軸力計的溫度修正系數（kN／℃）；ΔT表示軸力計的溫度實時測量值相對于基準值的變化量（℃）；B表示軸力計的計算修正值（kN），在軸力計計算過程中，頻率模數F=f2×10-3。

4 施工體會

第一，在地鐵施工中，基坑深度比較大，為保證施工的安全性，降低對周邊環境造成影響，要及時排出基坑內部積水，同時做好周邊基坑防水措施。

第二，在地鐵施工全過程中，要定期檢查每個鋼支撐軸力大小，對軸力相對偏小的部位要及時補加，保證鋼支撐的安全性。

第三，在實際開挖過程中鋼支撐的架設要及時跟進，鋼支撐架設離開挖部位不能超過控制允許值。

第四，按照周邊環境監測實際數據，可適當加大監測報警值處監測頻率，對預警區域加強監測，對變形較大的區域要加大監測密度，特別是支撐軸力，需要對第一道鋼支撐采取有效的防墜落措施，并且每天將監測報表抄送給相關單位。

5 結束語

文章以東上澤站為研究背景，對基于周邊環境安全的地鐵工程監測進行分析，得出結論：地鐵施工具有很強的復雜性，在施工中遇到的不確定性因素比較多，任何一個環節控制不當，都會影響施工的安全性。為保證施工的安全性，降低對周邊環境造成的影響，在具體施工中，必須結合風險安全監測重難點，從地表及地下管線沉降監測、周邊建（構）筑物變形監測、圍護樁頂水平位移監測、支撐軸力監測等方面同時入手，可大幅度提升施工的安全性，值得高度重視。