深基坑開挖及隧道下穿對既有地鐵車站影響的自動化監(jiān)測分析

文 /張 博

隨著城市軌道交通建設的飛速發(fā)展，地鐵線路正在加速布局成網(wǎng)，新建線路與既有運營線路的銜接施工逐步增多，對地鐵運營帶來了一定的安全影響[1]。在新舊線路銜接過程中，實時、準確地掌握運營線路的安全狀態(tài)是眾所關心的；但是運營線路客流量大、運行車輛間隔密集，行車區(qū)域封閉，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方法已不能滿足工程需要。

地鐵自動化監(jiān)測系統(tǒng)一般包括自動測量系統(tǒng)或監(jiān)測傳感器、工控機、通信傳輸設備與遠程監(jiān)控中心組成[2]，具有全天候工作、不與地鐵車輛運行互相影響、實時傳輸數(shù)據(jù)、快速處理數(shù)據(jù)、及時反饋監(jiān)測信息等特點，能實時有效地監(jiān)控既有線道床、結構的水平位移、沉降、收斂等安全狀態(tài)并將監(jiān)測成果及時反饋設計、施工部門，對信息化施工起到指導作用。

1 工程概況

既有1號線鐵西廣場站為地下2層，車站埋深約17 m，施工時已預留9號線下穿段主體結構圍護樁。新建工程包括9號線鐵西廣場站、下穿1號線鐵西廣場站暗挖段和9號線鐵興區(qū)間。9號線鐵西廣場站為地下3層，與1號線呈T字型交叉，采用明挖法施工，基坑開挖深度約26 m；9號線下穿1號線鐵西廣場站采用暗挖法施工；9號線鐵興區(qū)間采用明挖法施工，基坑開挖深度約25 m。見圖1和圖2。

圖1 深基坑與既有地鐵車站關系

圖2 下穿隧道與既有地鐵車站關系

2 監(jiān)測

2.1 監(jiān)測斷面布設

1號線鐵西廣場站自動化監(jiān)測長度約100 m，為9號線基坑臨近1號線車站、暗挖下穿段的投影對應長度，根據(jù)平面位置關系，利用里程和坐標精確定位。正射投影范圍每5 m布設一處監(jiān)測斷面，共布設5個斷面（斷面6～10）；擴大投影范圍東西方向各外延40 m，每8 m設一處斷面（變形縫兩側各布設一個），共設10個斷面；車站共布設15個斷面。每個斷面布設4個監(jiān)測點，道床2個，結構側壁2個，分別編號“1～4號點”。見圖3。

圖3 1號線鐵西廣場站監(jiān)測斷面布設

2.2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

自動化監(jiān)測由工控機控制智能型全站儀TS30按照既定程序自動完成周期監(jiān)測；每周期測量結束后，將原始觀測數(shù)據(jù)傳輸給工控機，工控機通過無線路由等設備將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心利用后處理系統(tǒng)，實時地計算分析各監(jiān)測點的變形量與變形趨勢。正常情況下，每天進行4個周期的測量，形成監(jiān)測日報。

3 沉降數(shù)據(jù)分析

新建工程對既有地鐵1號線鐵西廣場站產(chǎn)生沉降影響存在4個主要施工階段，以下僅對變形較為顯著的既有車站道床、結構的沉降數(shù)據(jù)進行分析。其中右線的沉降變形與左線的變形量、變形趨勢基本具有一致性，數(shù)據(jù)分析以左線為例。

3.1 階段一

9號線鐵西廣場站深基坑明挖施工：基坑開挖至26 m，低于1號線既有車站底板約9 m，臨近既有車站第一塊底板澆筑完成。此階段因土體開挖，局部卸載，導致基坑附近地基隆起變形，既有地鐵車站左線各監(jiān)測點位的隆沉累計值普遍在±2.8 mm以內(nèi)，隆起最大變形量為2.8 mm（斷面9-2號點），近基坑側4號點比遠基坑側1號點隆起量要小約0.5 mm。見圖4。

圖4 階段一各斷面沉降變形

3.2 階段二

9號線鐵興區(qū)間深基坑明挖段施工：基坑自開挖至底板澆筑完成，此時新建鐵西廣場站基坑臨近既有車站的四段頂板澆筑完成，準備進行下穿隧道段導洞施工。此階段因土體開挖，局部卸載，導致基坑附近地基繼續(xù)隆起變形，既有地鐵車站左線各監(jiān)測點位的變形量隆起累計值普遍在5.5 mm以內(nèi)，隆起最大變形量為5.4 mm（斷面9-2號點）。見圖5。

圖5 階段二各斷面沉降變形

3.3 階段三

下穿1號線鐵西廣場站導洞開挖施工：自暗挖段導洞施工左右導洞二襯施工全部完成，中洞準備施工。此階段因下穿暗挖段左、右導洞開始施工，既有地鐵車站左線斷面6、7及斷面9、10正下方開挖，導致相應位置出現(xiàn)下沉變形。中部隆起值較前階段有所回落，最大隆起量為2.5 mm（斷面9-2號點），中部位置1、4號點的相對高差由前階段的約-0.8 mm變?yōu)榧s-1.8 mm。見圖6。

圖6 階段三各斷面沉降變形

3.4 階段四

下穿1號線鐵西廣場站中洞圍護樁破除：自中洞圍護樁破除全部完成至中洞二襯施工完成，跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，停止監(jiān)測。此階段因下穿暗挖段中洞開始施工，既有地鐵車站左線監(jiān)測斷面7～9正下方開挖且既有地鐵車站施工時為9號線下穿預設的兩排支撐樁全部破除，導致斷面7～9下沉明顯，斷面8的1號點沉降量最大，約-3.3 mm，4號點約-0.1 mm，中部形成明顯的不均勻沉降槽。各監(jiān)測點位的變形量總體上表現(xiàn)為中部沉降，最大變形量為約-3.3 mm（斷面8-1號點）。見圖7。

圖7 階段四各斷面沉降變形

4 實時監(jiān)測與信息反饋

以上4個施工階段的有序銜接，從變形監(jiān)測結果來看，變形規(guī)律明顯，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確可靠，既有車站變形量一直處在可控范圍。為更好地指導和服務施工，自動化監(jiān)測做了大量的實時監(jiān)測與信息反饋，主要分為4個類型：正常監(jiān)測周期的日報、周報、月報上報（存在每個施工階段）；既有車站道床與結構的隆起、回落、沉降等關鍵階段，變形統(tǒng)計與變形趨勢預測分析[3]；安全風險易變情況下的專項跟蹤實時監(jiān)測反饋；高風險施工工序的專項跟蹤實時監(jiān)測反饋。見表1。

5 總結

自動化監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)控既有運營地鐵安全狀態(tài)中的應用愈加廣泛，準確獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，服務和指導施工，主要體現(xiàn)以下幾點：

1）監(jiān)測斷面的布設范圍，應充分覆蓋變形影響區(qū)域并適當向外延伸；易受變形影響區(qū)域，需加密布設斷面，以全面掌握差異、不均勻變形；

2）監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與預測應貫穿始終，特別在安全風險易變、施工轉序、特殊部位施工等階段；

3）4種類型的實時監(jiān)測與信息反饋，使標準化施工警鐘長鳴，為優(yōu)化施工工藝提供數(shù)據(jù)支撐，與專項施工措施形成印證，面對施工風險的高壓，從監(jiān)控角度方面保證了既有車站變形在安全可控狀態(tài)；

4）現(xiàn)場施工應做到根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的不斷反饋，及時優(yōu)化施工工藝與制定有效措施，將安全隱患縮減至最小。

表1 主要的既有地鐵車站實時監(jiān)測與信息反饋

6 展望

對既有地鐵產(chǎn)生較高安全影響的新建地鐵工程或其他市政工程，應參考類似工程的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，在風險源設計、安全評估、施工方案編制等方面，綜合考慮相互平面與剖面位置關系、地質(zhì)條件、支護形式、施工工藝、施工專項措施等多個因素；同時，應建立科學的變形分析預測模型[4]，利用變量因子將新建工程的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)與既有線的自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)構建統(tǒng)一關系，增強分析預測的準確性。