既有地鐵線路隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)探討

張 悅，賈 東

(北京京港地鐵有限公司 工程部，北京 100068)

北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路A和線路B均已開通運(yùn)營(yíng)5年以上，為更好地了解和掌握隧道結(jié)構(gòu)變形和及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害情況，現(xiàn)場(chǎng)在隧道沿線內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩側(cè)壁和道床中心位置分別布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，按周期持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析隧道結(jié)構(gòu)沉降的情況和規(guī)律，并對(duì)其沉降原因進(jìn)行探討。

1 線路概況

北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路A位于北京市西南部的豐臺(tái)區(qū)內(nèi)，2013年5月開通，運(yùn)營(yíng)里程12.4 km，區(qū)間隧道均采用礦山法暗挖施工，采用上下臺(tái)階法施工工藝，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用超前小導(dǎo)管+鎖腳錨管+初支鋼格柵等形式，結(jié)構(gòu)斷面呈馬蹄形，標(biāo)準(zhǔn)斷面內(nèi)徑約2.65 m。該區(qū)域工程地質(zhì)條件普遍較好，主要由永定河下游沖洪積作用形成的砂及砂卵礫石構(gòu)成，地下水水位埋深在20～25 m左右，具體線路概況見表1。

表1 北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路A概況

北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路B位于北京市西北部的海淀區(qū)山后地區(qū)，2016年12月開通，運(yùn)營(yíng)里程19.5 km，區(qū)間隧道均采用盾構(gòu)法施工，與礦山法暗挖施工不同，盾構(gòu)法施工結(jié)構(gòu)采用預(yù)制管片拼裝而成，結(jié)構(gòu)斷面呈圓形，斷面內(nèi)徑2.7 m。同樣該區(qū)域工程地質(zhì)條件普遍較好，主要由永定河上游沖洪積作用形成的砂及砂卵礫石構(gòu)成，地下水水位埋深在15～25 m左右，具體線路概況見表2。

表2 北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路B概況

2 監(jiān)測(cè)的方法及技術(shù)要求

2.1 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)

水準(zhǔn)基點(diǎn)的穩(wěn)定性和水準(zhǔn)網(wǎng)的合理布設(shè)是保證沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠性的根本，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)沿線工程地質(zhì)特點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)源分布情況以及經(jīng)濟(jì)性，采用深埋式水準(zhǔn)基點(diǎn)和工作基點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)高程控制網(wǎng)，分別在地鐵車站站外和站內(nèi)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)若干。

針對(duì)地鐵隧道線路長(zhǎng)、基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)深、相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，又采用平均間隙法[1]的方法來分析整個(gè)控制網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)高程控制網(wǎng)中水準(zhǔn)基點(diǎn)定期進(jìn)行穩(wěn)定性分析，以保證監(jiān)測(cè)成果的有效可靠。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

現(xiàn)場(chǎng)沿隧道方向直線段每50 m、曲線段每30 m在隧道結(jié)構(gòu)兩側(cè)壁和道床中心位置分別布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在沉降縫(或伸縮縫)等結(jié)構(gòu)連接處兩側(cè)各加密布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)[2-3]。

另外,為提高觀測(cè)精度及成果的可靠性，現(xiàn)場(chǎng)線下嚴(yán)格按國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量要求施測(cè)，線上采用閉合環(huán)+多余觀測(cè)條件的方法進(jìn)行。

2.3 監(jiān)測(cè)限值

參照《城市軌道交通設(shè)施運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中要求，將明挖法、暗挖法隧道沉降預(yù)警值設(shè)置為5 mm、安全值設(shè)置為8 mm；盾構(gòu)法隧道沉降預(yù)警值設(shè)置為6 mm、安全值設(shè)置為9 mm。

3 監(jiān)測(cè)實(shí)例

北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路A和線路B分別在2018年按2.2中所述進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)及初始值采集工作，并于2021年按直線段每100 m、曲線段每60 m以及加密沉降縫(或伸縮縫)等結(jié)構(gòu)連接處進(jìn)行復(fù)測(cè)，具體情況如下。

3.1 線路A隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)概況及沉降分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)后，對(duì)線路A隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果按隧道壁左、右側(cè)以及道床中心處分別繪制沉降量曲線圖(圖1)，從圖1中可看出：

圖1 線路A隧道結(jié)構(gòu)沉降量曲線圖

整條隧道的隧道壁左、右側(cè)以及道床中心處的沉降幅度基本一致，并且沉降量較少，90%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量小于預(yù)警值(5 mm)。另整條隧道產(chǎn)生了3個(gè)大于5 mm的沉降槽[4]，其中在8.58 km附近累計(jì)沉降量最大，達(dá)到6.5 mm左右。

經(jīng)實(shí)地踏勘及分析，整條隧道產(chǎn)生3個(gè)沉降槽的原因?yàn)椋?1)出現(xiàn)沉降槽位置均分別為各自區(qū)段隧道最低處，覆土厚度最深且離地下水位最近；(2)2020年永定河前后兩次進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水3億m3左右，生態(tài)補(bǔ)水期間導(dǎo)致永定河下游的線路A所在區(qū)域范圍內(nèi)的地下水位上升8.24 m左右，其中整條隧道的最低點(diǎn)的8.58 km附近地下水位上升明顯，至隧道拱頂以上；(3)區(qū)間隧道8.58 km附近結(jié)構(gòu)變形縫處存在病害缺陷，在永定河生態(tài)補(bǔ)水期間發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)滲漏水[5]。

3.2 線路B隧道沉降結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)概況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)后，對(duì)線路B隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果按隧道壁左、右側(cè)以及道床中心處分別繪制沉降量曲線圖(圖2)。

從圖2中可看出：整條隧道的隧道壁左、右側(cè)以及道床中心處的沉降幅度基本一致，并且運(yùn)營(yíng)時(shí)間短于線路A，所以整體沉降量相對(duì)較少，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量均小于預(yù)警值(6 mm)。

圖2 線路B隧道結(jié)構(gòu)沉降量曲線圖

4 結(jié)論

(1)北京地鐵2條已開通運(yùn)營(yíng)5年以上的運(yùn)營(yíng)線路雖采取不同施工工藝，存在不同埋深、不同水文地質(zhì)條件，但隧道結(jié)構(gòu)整體沉降量均較小，94%以上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)近3年的累計(jì)沉降量小于預(yù)警值(5 mm和6 mm)；

(2)由于外部水文地質(zhì)條件發(fā)生顯著變化(永定河生態(tài)補(bǔ)水導(dǎo)致地下水位有了明顯上升)，加之結(jié)構(gòu)變形縫處存在病害缺陷發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)滲漏水，永定河下游的線路A產(chǎn)生了3個(gè)大于5 mm的沉降槽，針對(duì)此類情況應(yīng)密切關(guān)注水文地質(zhì)情況并加密隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)；

(3)在滿足相關(guān)規(guī)范的條件下，建議采用預(yù)警值及安全值的方式持續(xù)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)大于預(yù)警值情況時(shí)，應(yīng)通過加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)或縮短監(jiān)測(cè)周期的方式加密隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)大于安全值時(shí)需采取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或連續(xù)監(jiān)測(cè)的專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方式及相關(guān)措施。