地鐵建設第三方監測實施要點與改進建議

楊壯志

(中鐵隧道集團有限公司技術中心，河南洛陽 471009)

0 引言

第三方監測是我國在重大工程建設領域，參照國際慣例推行的一項科學管理制度。在城市地鐵建設領域，絕大多數建設單位都采用了第三方監測管理模式。國內專家、學者對該項工作研究也較多:文獻［1-2］論述了第三方監測的概念、目的及作用;文獻［3］論述了第三方監測具體項目的實施方法;文獻［4-5］對第三方監測中存在的若干技術問題進行了深入的探討，并提出了相應的解決方案。第三方監測整體技術已經較為成熟，但近年來，國內地鐵建設當中仍然出現了較多安全事故:2008年11月15日，杭州地鐵某車站出現了21人死亡的重大傷亡事故;2010年7月北京地鐵某明挖車站深基坑鋼支撐脫落，導致8名工人被砸和2名工人被埋。事實證明，第三方監測的“保險”作用仍未充分發揮，具體工作仍有待完善。因此，不斷通過實踐明確第三方監測實施要點，優化實施方案，改進不足，從各方面完善第三方監測工作，具有重要意義。

1 沈陽地鐵一號線第三方監測實踐及主要問題分析

1．1 監測情況

地鐵一號線一期工程(張士—黎明文化宮)，全長22．141 km，均為地下線，共設18座車站，工期5年。

為保證第三方監測工作的有序開展，成立了專門的第三方監測項目部，下設外業量測組、內業分析組、外部協調組等。其監測工作以環境監測為主，以交通要道、重要建筑物、密集建筑群監測為重點，一方面為地鐵公司提供獨立公正的監測數據，另一方面監督各標段施工監測的實施。監測成果主要以定期的周報、月報形式上報。通過5年的跟蹤監測，地鐵一號線施工期間沒有出現較大的安全事故。

1．2 存在主要問題

1)監測項目不夠全面，存在缺項，對基坑變形、道路塌陷等控制不力。

2)沉降控制標準沒有經過充分論證，偏嚴。

3)實施技術手段常規，監測信息反饋速度慢、效率低。

4)缺乏對施工監測的有效監督，施工監測隨意性大，存在安全風險。

2 第三方監測實施要點與改進建議

2．1 項目選擇

2．1．1 選擇原則

監測項目是第三方監測工作具體工作內容及范圍的直觀反映。通常，第三方監測工作對象都是整條地鐵線，施工掌子面多、風險源分散、工作量大。監測項目的選擇必須抓住重點，統籌安排，既不能沒有重點，也不能只抓一兩項，對大部分風險源缺乏控制。

2．1．2 各地情況比較

沈陽地鐵一號線第三方監測項目包括現場安全巡視、地表沉降監測、建筑物沉降監測、管線沉降監測。監測項目選擇的原則是保證周邊環境安全。深圳地鐵一期工程第三方監測開展的監測項目較多，常規監測項目基本都有覆蓋;而北京地鐵4號和10號線開展的監測項目較少，僅為建筑物和地表沉降。在新公布的《北京市軌道交通工程建設安全風險技術管理體系》中的“第三方監測設計指南(試行)”中監測項目的選擇，不但考慮了工程周邊環境，還增加了基坑圍護結構監測安全和現場巡視等內容，增加了相應的監測項目，如圍護樁墻變形、水平支撐軸力、錨索應力、錨桿應力、開挖工作面觀測等內容。

2．1．3 已有項目分析及調整建議

分析2．1．2中各地情況可以看出:地表沉降、建筑物沉降、管線沉降是比較重要的監測項目，重要性不言而喻，應高度重視;其他項目各地則各有取舍，其中圍護結構樁(墻)體水平位移結果能夠直觀反映基坑圍護結構狀況，是控制基坑安全的重要指標。北京順義某地鐵工地出現過的基坑圍護結構變形過大，支撐脫落造成的傷亡事故，應給予足夠重視;現場安全巡視，是直觀發現施工問題、排除安全隱患的重要舉措，也應重視并列入必測項目;而應力觀測結果相對較為間接，指導意義主要在設計方面，且基于考慮第三方監測工作量及費用等原因，可將應力測試部分列為選測項目。

2．1．4 增項建議

根據沈陽地鐵第三方監測實踐，建議增加盾構/暗挖區間通過地段雷達探測項目。由于地表沉降觀測的局限性，無法真正反映工程上方整個地層的變形特征，使得由于超欠挖、地下管線破裂、季節性凍層等原因形成的地下空洞，無法通過地表沉降觀測得到迅速有效的反映，而這些隱藏空洞正是多地區道路突然塌陷的罪魁禍首，一旦出現事故往往造成非常惡劣的社會影響。如果第三方監測能夠組織人力定期進行地鐵線路上方雷達探測，發現空洞及土層缺失地區，排除安全隱患，迅速采取注漿、回填等補救措施，可以有效避免較大事故的發生。沈陽地鐵公司已經展開了這方面的工作，并取得了一定的效果。

2．2 第三方監測地表沉降控制標準

2．2．1 沈陽地區控制標準

沈陽地鐵一號線第三方監測由于缺乏該地區相關經驗，地表沉降監測控制標準基本上采用+10 mm和-30 mm作為控制標準，或者采用更為嚴格的設計文件要求。實際證明，+10 mm和-30 mm的控制標準相對偏于保守。在地質情況較好地區，累計沉降量基本都能控制在-20 mm之內，冰凍期地層隆起量都能控制在+5 mm之內，而在大部分地質狀況較差地區(如中街站、中小區間)、施工難度大(如青年大街站)、上覆土厚度較薄地區，累計沉降值都超過了-30 mm，部分測點沉降甚至達到了-80 mm;但大部分測點沉降最終都處于受控狀態，整個地層沒有出現較為嚴重的事故。

2．2．2 沉降控制標準分析

確定沉降控制標準是第三方監測工作的關鍵點，標準過低，輕者破壞環境，重者出現安全事故;標準過高，容易導致頻繁報警，令參建各方反應“麻木”。合理確定第三方監測地表沉降控制標準可考慮結構受力安全性與穩定性要求、環境保護要求、本地區勘查設計文件3個因素。目前北京市地方標準中已經對地表沉降進行調整，如將車站周邊地表沉降控制標準調整為-60mm。

沈陽地區建議基坑周邊地表沉降控制標準調整為-50 mm，盾構及暗挖區間地表沉降建議調整為-40 mm。為防范風險可在部分風險管理等級較高的項目設置控制標準動態評估機制，既能保證監測的科學性，也可為后續工作提供參考。

2．2．3 增加過程控制標準的建議

2．2．3．1 必要性

依據2．2．2確定的控制標準是個累計沉降標準，比較適用于測點變形為徐變的情況。根據沈陽第三方監測實踐經驗，雖然部分測點累計沉降值在可控范圍之內，但在測點變形發展過程中出現過連續2～3 d甚至1周的日變形量均超過3mm的較大變形，之后變形才逐漸收斂，也就是出現了一個變形的突變期，其變形量占累計沉降量的70%以上(見圖1)。統計發現，后期一些標段出現的路面異常塌陷案例中，相關測點大都曾出現過類似的一個變形突變期，其原因很可能是因為突變期內地層的突然變形使其下部出現了空洞，但由于自身應力沒有反映到上部持力層，后因其他外力作用，空洞被破壞造成地面塌陷;因此，變形突變期與地面塌陷有著重要聯系。當遇到測點變形突變期時應引起高度重視。實際操作中應在累計沉降值控制標準的基礎上，分析測點變形的發展過程，引入一個過程控制標準，量化地反映突變期的影響程度，通過日變形控制標準和累計沉降控制標準無法體現此標準的作用。

圖1 含有突變期的監測點變形曲線(2008年)Fig．1 Curve of deformation with abrupt variations in 2008

2．2．3．2 建議

引入變形過程控制標準D(D為監測點變形期間連續3 d允許變形量)，當某個測點連續3 d變形量超過D時，應報警，納入風險點進行定期監測，并在主體結構施工完成后長期跟蹤，加入雷達探測等項目，根據具體情況采取對應措施。關于D的辨識及取值，有待今后進一步論證，這里建議取值9 mm，各地可因地制宜，有所調整。

2．3 新技術新設備的應用

2．3．1 沈陽地區實施情況及分析

沈陽地鐵第三方監測使用儀器設備以全站儀、電子水準儀為主，做到了自動讀數、自動記錄、自動平差、監測結果可直接錄入電腦;但總體而言，監測結果仍然是斷續的，反饋速度較慢，對古建筑、既有鐵路線等重要建筑物的監測效率仍然較低，無法做到實時獲取監測信息，這種情況無法滿足當今信息化施工要求。

第三方監測單位應發揮監測技術的先導作用，多增加自動化監測、視頻監測及其他新技術新設備的應用，提高其監測水平。

2．3．2 基于光纖傳感技術的遠程自動化監測

光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨著光導纖維及光纖通信技術的發展而迅速發展起來的一種以光為載體、光纖為媒介、感知和傳輸外界信號(被測量)的新型檢測技術，具有(準)分布式、長距離、實時性、耐腐蝕、抗電磁、輕便靈巧等優點。自20世紀90年代以來，美國、加拿大、日本、德國及英國等發達國家紛紛將光纖檢測技術應用于大壩、橋梁、電站及高層建筑物等大型民用基礎設施的安全檢測中，取得了令人鼓舞的進展。光纖傳感技術在國際上被公認為結構安全檢測最有前途、最理想的手段，正因為如此，光纖檢測技術也引起隧道結構檢測界的廣泛重視，成為目前監測技術的研究重點。具體應用情況可參考文獻［6］。

2．3．3 基于GPS衛星定位技術的自動化監測

采用透射電鏡測定的粒徑與馬爾文粒度儀測定的粒徑相當，其形狀呈橢圓形，此過程可能使膠束發生皺縮，使得在鏡頭視野下的膠束粒徑顯得相對較小。

GPS衛星定位技術不受天氣干擾，點位不需通視，容易實施長距離精確定位，并且精度高，速度快。隨著衛星接收設備技術的不斷進步，完全具備操作可行性。

2．3．4 遠程視頻監測

一些地區已經開展了遠程視頻監測，北京市已經開始建立專門的地鐵工程視頻監控系統，并出臺了相應的管理辦法，同時將視頻監控與第三方監測分別列入到“北京市軌道交通工程建設安全風險技術管理體系”。視頻監控的范圍涵蓋了礦山法暗挖工程每個掌子面、主體結構明挖基坑對角線處及周邊環境復雜的附屬結構明挖基坑工程角部、施工豎井提升設備的大梁處等。

建議多應用遠程視頻監測，并將遠程視頻監測納入到第三方監測的現場巡視項目當中，或者至少要納入第三方監測全面參與的視頻監測的管理當中。在保證工程安全層面，現場安全隱患與第三方監測是不可分割的2個部分。第三方監測的作用在于保證安全，從微小量變中發現隱患;而通過視頻監控正是快速發現問題、跟蹤監測的開始。

2．4 第三方監測對全線施工監測的監督指導

2．4．1 沈陽第三方監測實施情況分析

沈陽地鐵一號線第三方監測對全線施工監測的監督作用主要體現在3個方面:1)審查施工監測專項方案;2)檢查施工監測測點布設情況，保證數量及質量;3)定期審查施工監測數據，尤其是與第三方監測重合點變形情況，防止少、漏報。

從現場反饋來看，施工監測中存在著若干問題，主要包括:1)施工監測上報的監測方案中，不同標段就同一個監測項目所選的監測實施方法、儀器設備不盡相同，有些方法的合理性值得推敲，如在場地狹窄，視線受到很大限制的情況下仍采用經緯儀的小角度法觀測樁頂位移;圍護結構墻體水平位移用全站儀+反光片的方法進行，現場難于實現，觀測精度無法保證。2)現場測量采用的儀器設備與上報方案不符，操作不當，精度偏低。3)少數項目現場埋設測點數量不足，質量不高，觀測數據隨意性較大。

從管理和技術2個方面加強第三方監測對施工監測的指導作用。

1)管理層面。第三方監測對施工監測的監督作用涉及到地鐵公司對其管理職能的定位問題，如果地鐵公司能夠在體制上明確其對施工監測的管理職能，使其能夠從技術專業化的角度監督施工監測，將會極大地促進施工主體安全意識的提升及安全措施的進步，進而促進施工方法的整體進步，從根本上保證施工安全。

2)技術層面。第三方監測在項目開展前期對所屬所有項目的工程地質情況、監測任務進行全面評估，對施工監測所要進行的必須監測項目進行明確落實，然后對具體的監測項目推薦科學合理的監測方法及儀器設備，做到全程標準化，既保證施工監測的實施質量，也保證了數據對比的有效性。

3 結論與討論

本文通過沈陽地鐵一號線第三方監測實踐，對部分實施要點進行了深入分析，主要得出改進意見如下:

1)監測項目選擇方面。在現場安全巡視、地表沉降監測、建筑物沉降監測、管線沉降監測的基礎上增加基坑圍護結構樁/墻體變形監測、雷達探測2項。

2)沉降控制標準方面。各地應根據結構的變形要求、環保要求以及地勘資料綜合考慮確定累計沉降控制標準，并建立動態評估機制，不搞“-30 mm一刀切”，同時增加過程控制標準D。

3)新技術新設備的應用方面。不斷嘗試新技術新設備，增加自動化監測、視頻監測的應用。

4)對施工監測的監督指導方面。明確第三方監測的管理定位，引導施工監測全程標準化。

本文是在第三方監測的大方向上進行了闡述，要保證第三方監測實施效果，具體的實施方法中的細節問題仍然要引起足夠的重視，如文獻［7］提到的監測精度與頻次問題，文獻［5］提到的監測點布設問題，這些都在左右著第三方監測的實施效果，需要在實踐中得到完善。希望通過本文能夠對今后各地開展第三方監測有一定的積極指導意義，促進第三方監測的規范化，保證國家基礎設施建設能夠安全順利地開展。

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