西安城市軌道交通工程控制網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析

胡自全,姜雁飛,劉志平

(1．西安市地下鐵道有限責(zé)任公司,陜西西安 710018;

2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)國(guó)土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221116)

西安城市軌道交通工程控制網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析

胡自全1?,姜雁飛1,劉志平2

(1．西安市地下鐵道有限責(zé)任公司,陜西西安 710018;

2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)國(guó)土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221116)

西安地區(qū)特殊的區(qū)域地質(zhì)的構(gòu)造活動(dòng)、地裂縫活動(dòng)及地面沉降的疊加嚴(yán)重影響了城市軌道交通工程測(cè)量工作。城市軌道交通工程建設(shè)工期長(zhǎng),地面控制網(wǎng)受城市建設(shè)、軌道交通工程施工的影響,點(diǎn)位容易破壞和失穩(wěn)。本文結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際,對(duì)西安市城市軌道交通工程控制測(cè)量的影響因素進(jìn)行了分析,提出了解決措施。

城市軌道交通;地裂縫;地面沉降;工程測(cè)量

1　引 言

西安城市軌道交通工程穿越臨潼-長(zhǎng)安斷裂、眾多地裂縫及西安區(qū)域地面沉降區(qū)域,特殊的地質(zhì)條件影響城市軌道交通工程控制網(wǎng)的穩(wěn)定性。城市軌道交通工程及其他城市建設(shè)也是造成地面控制點(diǎn)破壞及失穩(wěn)的重要因素。在城市軌道交通工程控制網(wǎng)布設(shè)及檢測(cè)過(guò)程中,應(yīng)綜合分析影響工程測(cè)量的相關(guān)因素,研究相關(guān)技術(shù)及管理措施,保證工程能按設(shè)計(jì)方案正確施工、運(yùn)營(yíng)。

2　地面控制點(diǎn)破壞及失穩(wěn)的影響因素

2．1地質(zhì)條件

(1)區(qū)域地質(zhì)

西安市位于渭河盆地的中部,處在西安凹陷的東南隅。西安地區(qū)區(qū)域邊界存在三組斷裂,分別為NEE向渭河斷裂、NE向臨潼-長(zhǎng)安斷裂和近NE向秦嶺北側(cè)斷裂,其影響著西安地區(qū)的地層構(gòu)造活動(dòng)。以臨潼～長(zhǎng)安斷裂帶構(gòu)為主斷裂帶,附帶多條小斷裂帶,錯(cuò)綜復(fù)雜。臨潼-長(zhǎng)安斷裂帶南起秦嶺豐?？?北至驪山。全長(zhǎng)約60 km,寬3 km～7 km,第四紀(jì)以來(lái)其活動(dòng)顯著,斷層兩盤(pán)垂直斷距為57 m～74 m。沿著臨潼-長(zhǎng)安斷裂帶多處有明顯的地裂縫、構(gòu)造凹地。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料對(duì)比,臨潼-長(zhǎng)安斷裂可分為三條斷裂,自東向西分別為江伊-鮑坡斷裂、馬騰空斷裂和斜口-東大斷裂[1]。西安地鐵二號(hào)線南延段、四號(hào)線、五號(hào)線、臨潼線均穿越臨潼-長(zhǎng)安斷裂帶。

(2)區(qū)域地面沉降

在西安地區(qū),由于承壓水過(guò)量開(kāi)采,導(dǎo)致了地面沉降,地面不均勻沉降導(dǎo)致和促使了地裂縫的發(fā)展[2,3]。西安地區(qū)地面沉降速率在1997年以前是不斷加快,1997年以后因黑河引水工程的通水及自備井開(kāi)采量減少,承壓水位趨于穩(wěn)定后回升,地面沉降速率有所減緩。但由于遠(yuǎn)郊地區(qū)承壓水仍持續(xù)下降,區(qū)域沉降漏斗的范圍仍在不斷擴(kuò)大,沉降速率東郊和南郊大于西郊和北郊,總趨勢(shì)是沉降量由東南向西北遞減[4]。如圖1所示,地鐵3號(hào)線、4號(hào)線穿越位于高新區(qū)和曲江新區(qū)的區(qū)域沉降地帶。

圖1　西安地區(qū)2007～2008年沉降速率圖

(3)地裂縫

西安地裂縫自東向西延伸分布,目前已發(fā)現(xiàn)有14條[5],包括已出露地表的地裂縫和未出露地表的隱伏地裂縫。地裂縫分布在黃土梁洼地貌范圍內(nèi),覆蓋面積約150 km2,出露總長(zhǎng)度72 km,延伸長(zhǎng)約103 km,單條地裂縫出露最長(zhǎng)11．38 km,最短2 km。西安城市軌道交通工程穿過(guò)眾多地裂縫,如圖2所示。

圖2　西安城市軌道交通工程穿越地裂縫示意圖

2．2城市軌道交通工程

城市軌道交通工程建設(shè)周期長(zhǎng)、工序復(fù)雜、施工場(chǎng)地狹小、影響工程建設(shè)的因素較多,在施工過(guò)程中由于交通疏解、分期圍擋施工、設(shè)計(jì)變更等因素的影響,沿軌道交通線路布設(shè)的平面和高程控制點(diǎn)有時(shí)會(huì)被破壞[6]。

為了滿(mǎn)足支護(hù)結(jié)構(gòu)和開(kāi)挖施工的要求,多采用降水施工,降水在工程中應(yīng)用廣泛,會(huì)造成地面不同程度的地表沉降。城市軌道交通測(cè)量的水準(zhǔn)點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)都是沿線路布設(shè),受施工降水影響會(huì)出現(xiàn)水準(zhǔn)點(diǎn)下沉。

2．3其他影響因素

其他城市建設(shè)如市政道路橋梁建設(shè)、道路維護(hù)、管線施工、綠化施工等均有可能對(duì)城市軌道交通的控制點(diǎn)產(chǎn)生破壞。此外,強(qiáng)降雨、地下管線滲漏引起的地表塌陷也會(huì)破壞城市軌道交通的控制點(diǎn)。

3　西安地鐵工程測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析案例

3．1網(wǎng)點(diǎn)垂直位移分析

(1)地鐵三號(hào)線為例

采用地鐵三號(hào)線自2011年4月～2014年4月,從機(jī)電學(xué)院深埋樁水準(zhǔn)點(diǎn)至西安國(guó)際港務(wù)區(qū)西塘村深埋水準(zhǔn)點(diǎn)共52個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的5期水準(zhǔn)復(fù)測(cè)相對(duì)高差數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)魚(yú)化寨～小寨段高程控制點(diǎn)存在較大沉降,且呈持續(xù)下沉的趨勢(shì),網(wǎng)點(diǎn)沉降結(jié)果如圖3所示。其中高程變化最大的點(diǎn)位為都市印象,累計(jì)沉降-449 mm。

圖3　西安地鐵三號(hào)線水準(zhǔn)檢測(cè)

圖3中水準(zhǔn)線路沉降最大段位于西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)。該區(qū)是十年來(lái)西安發(fā)展最快的區(qū)域,也是西安區(qū)域地面沉降最大的區(qū)域之一[7],與圖1的結(jié)論相一致。

(2)地鐵四號(hào)線為例

采用地鐵四號(hào)線自2012年～2014年,從北客站至航天城站共109個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的3期水準(zhǔn)復(fù)測(cè)相對(duì)高差數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)和平門(mén)至航天城段存在兩個(gè)沉降區(qū),分別為中鐵一局～富力城、富力城～航天城,如圖4所示。

圖4　西安地鐵四號(hào)線航天城～火車(chē)站段水準(zhǔn)檢測(cè)

中鐵一局～富力城段水準(zhǔn)線路穿過(guò)曲江沉降槽,富力城～航天城段水準(zhǔn)線路穿過(guò)長(zhǎng)安沉降槽[8],該區(qū)域的地面沉降導(dǎo)致了西安地鐵四號(hào)線精密水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降。

在三、四號(hào)線暗挖及車(chē)站施工區(qū)段水準(zhǔn)點(diǎn)高程也會(huì)發(fā)生沉降,沉降量基本在3 cm之內(nèi)。

3．2四號(hào)線西延瀾山GPS點(diǎn)位移

在西安地鐵二號(hào)線、一號(hào)線、三號(hào)線和四號(hào)線施工期間,均發(fā)現(xiàn)有平面控制點(diǎn)發(fā)生的現(xiàn)象,其中以四號(hào)線西延瀾山GPS點(diǎn)位移最為顯著。2011年～2014的4次控制網(wǎng)測(cè)量成果顯示位于雁塔南路西延瀾山小區(qū)樓頂?shù)腉PS控制點(diǎn)存在北偏東方向的位移,年均變化量為58 mm,如圖5所示。

該棟建筑物位于雁塔南路西側(cè),高30層;根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料發(fā)現(xiàn)此處位于臨潼-長(zhǎng)安斷裂帶和fc1地裂縫交匯處[8,9],小寨-觀音廟沉降槽的南邊緣(如圖1、圖2所示)。通過(guò)分析該建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)為地裂縫的活動(dòng)導(dǎo)致的基礎(chǔ)不均勻沉降,是該GPS點(diǎn)位移的主要原因。

圖5　西延瀾山GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)位移圖

3．3控制點(diǎn)破壞及失穩(wěn)情況

為查明城市軌道交通工程建設(shè)過(guò)程中控制點(diǎn)的破壞及失穩(wěn)情況,作者查閱了西安地鐵一、三、四號(hào)線的控制網(wǎng)測(cè)量資料,并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,如表1所示。

城市軌道交通工程控制點(diǎn)破壞及失穩(wěn)統(tǒng)計(jì)表　表1

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)可知,每條城市軌道交通工程線路在全線開(kāi)工建設(shè)的第一年有40%左右的精密導(dǎo)線點(diǎn)失穩(wěn)及破壞,50%左右的水準(zhǔn)點(diǎn)失穩(wěn)及破壞,工程建設(shè)過(guò)程中每年有將近40%左右的水準(zhǔn)點(diǎn)年沉降量超過(guò)5 mm。

4　應(yīng)對(duì)措施

為減小地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域地面沉降、地裂縫和城市工程建設(shè)對(duì)控制點(diǎn)網(wǎng)點(diǎn)的影響,主要采取了以下解決措施:

(1)在長(zhǎng)安-臨潼大斷裂南北兩側(cè)分別埋設(shè)深埋水準(zhǔn)點(diǎn),標(biāo)底選在穩(wěn)定的土體持力層上,鉆孔約360 m,采用太乙宮基巖點(diǎn)起算,組成閉合環(huán)[3]。

(2)通過(guò)聯(lián)測(cè)國(guó)家GPS連續(xù)參考站,建立由5個(gè)GPS控制點(diǎn)組成的平面控制基準(zhǔn)網(wǎng),作為西安地鐵工程平面控制測(cè)量的起算點(diǎn)。

(3)采用水準(zhǔn)測(cè)量、GPS/INSAR集成技術(shù)開(kāi)展區(qū)域地表沉降監(jiān)測(cè)的研究工作,確定地面沉降的區(qū)域,并分析其沉降量、沉降速率及相關(guān)變化規(guī)律[10,11],為城市軌道工程控制網(wǎng)的布設(shè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供動(dòng)態(tài)的參考資料。

(4)平面及高程控制點(diǎn)盡量布設(shè)在降水施工影響范圍之外穩(wěn)固且易于保存的區(qū)域;在地裂縫或地面沉降漏斗區(qū)域應(yīng)適當(dāng)增加水準(zhǔn)點(diǎn),找出其變化規(guī)律及漏斗區(qū)域變化邊緣。

(5)增加控制網(wǎng)測(cè)量檢測(cè)頻率,及時(shí)確定控制點(diǎn)的變化量。

(6)加強(qiáng)控制點(diǎn)檢測(cè)的動(dòng)態(tài)管理,建立基于GIS的城市軌道交通工程控制網(wǎng)管理系統(tǒng)[12],對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

5　結(jié)論與建議

影響西安城市軌道交通控制網(wǎng)穩(wěn)定性的因素可以概括為地質(zhì)因素和城市建設(shè)的影響兩類(lèi)。地裂縫的活動(dòng)和區(qū)域沉降使控制點(diǎn)產(chǎn)生位移和沉降,可通過(guò)測(cè)量檢測(cè)成果和InSAR地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)掌握其變化規(guī)律,定期進(jìn)行控制網(wǎng)檢測(cè)可減小或消除其影響。對(duì)于城市軌道交通建設(shè)和其他城市建設(shè)對(duì)控制點(diǎn)的破壞及失穩(wěn),除需應(yīng)用本文的應(yīng)對(duì)措施外,還需做好各參建單位的協(xié)調(diào)管理,并與其他軌道交通工程沿線建設(shè)單位及控制點(diǎn)保護(hù)單位的溝通與協(xié)調(diào)。

[1] 宋彥輝,李忠生,李新生等．臨潼-長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)地裂縫特征[J]．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2012,(23)2:50～54．

[2] 彭建兵．西安地裂縫災(zāi)害[M]．北京:科學(xué)出版社,2012．

[3] 姜雁飛,馬全明,唐紅軍等．地裂縫和地面沉降條件下的城市軌道交通工程高程控制測(cè)量探討[J]．測(cè)繪通報(bào), 2011(3):48～51．

[4] 張勤,趙超英,丁曉利等．利用GPS與INSAR研究西安現(xiàn)今地面沉降與地裂縫時(shí)空演化特征[J]．地球物理學(xué)報(bào),2009,(52)5:1214～1222．

[5] 姜規(guī)模,吳群昌,李安定．西安市長(zhǎng)安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)探討[J]．礦產(chǎn)勘查,2012,(3)1:123～126．

[6] 秦長(zhǎng)利,馬海志,于來(lái)法等．城市軌道交通工程測(cè)量[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008．

[7] 西安市地下鐵道有限責(zé)任公司．西安地鐵三號(hào)線工程可行性研究報(bào)告[R]．西安:2012．

[8] 西安市地下鐵道有限責(zé)任公司．西安地鐵四號(hào)線工程可行性研究報(bào)告[R]．西安:2014．

[9] 西安市地下鐵道有限責(zé)任公司．金滹沱～雁南四路區(qū)間巖土工程勘察報(bào)告[R]．西安:2012．

[10] 羅海濱．綜合GPS和InSAR監(jiān)測(cè)地表形變的理論方法和應(yīng)用研究[D]．南京:河海大學(xué),2008．

[11] 胡自全．基于GNSS的邊坡變形監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)方法研究[D]．南京:河海大學(xué),2010．

[12] 中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司．城市軌道交通工程遠(yuǎn)程測(cè)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[R]．天津:2011．

Stability Analysis of Xi′an Urban Rail Transit Project Control Network

Hu Ziquan1,Jiang Yanfei1,Liu Zhiping2

(1．Xi′an metro Co．,Ltd,Xi′an 710018,China; 2．Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of NASMG,CUMT,Xuzhou 221116,China)

Urban rail transit engineering survey has been seriously affected by tectonic activities,special regional geology,ground fissures and land subsidence in Xi'an．Urban rail transit engineering construction takes a long time,and the ground control network is influenced by urban construction,Urban rail transit engineering construction,it often leads to destruction and instability of the control point．The paper,combined with the actual construction,analyzes the influence factors of measurement and control of urban rail transit engineering,puts forward the solving measures．

urban rail transit;ground fracture;Land subsidence;engineering survey

1672-8262(2016)01-24-04

P224

B

?2015—08—24

胡自全(1983—),男,工程師,碩士,研究方向:工程測(cè)量、巖土工程、城市軌道交通工程管理等。

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(41204011)