探討地鐵沿線開發保護區范圍結構監測技術

毛玉平

南昌軌道交通集團有限公司運營分公司 江西南昌 330072

1 項目概況

市民中心站為雙層側式站，開發建設市民中心工程項目基坑東側為已投入運營的地鐵2號線市民中心站及市-鷹區間隧道部分區段，車站整體距離基坑較近。車站3、4號口通道外墻距基坑邊線最近距離約為3米，車站距基坑邊線最遠距離約為26米，平均距離約15米；地鐵2號線下行線區間矩形隧道結構距基坑邊線最近距離約38米。據周邊場地勘察顯示在豐水期，在局部裂隙發育地段可能存在地下水。據勘察設計研究院鉆孔抽水試驗資料，該層滲透系數最大可達5.087m/d，滲透等級屬中等透水性。一般滲透系數3.84×10-3m/d左右，滲透等級屬微透水性。

2 項目監測的必要性

2.1 地鐵影響等級分析

根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》CJJ/T202,明挖法外部作業的工程影響分區、接近程度及外部作業影響等級劃分確定：

（1）明挖、蓋挖法外部作業的工程影響分區：①強烈影響區（A），結構正上方及外側0.7h范圍內；②顯著影響區（B），結構外側0.7h-1.0h范圍；③一般影響區（C），結構外側1.0h-2.0h范圍。h為基坑底板的開挖深度，市民中心地塊基坑約10.5米。

（2）接近程度及外部作業影響等級劃分見表1、2。

表1 接近程度的判斷標準

表2 外部作業影響等級劃分

2.2 監測的必要性

根據本項目基坑與地鐵結構的位置關系，可判斷市民中心車站整體處于基坑施工強烈影響區區域內（部分區域為一般影響區）。同時按照影響分區和接近程度確定基坑施工對地鐵結構的整體影響等級為：一級。根據《市軌道交通條例》、市地鐵保護相關規定及市民中心建設工程基坑設計要求，應在外部基坑施工期間應對地鐵2號線結構實施監測。

3 監測范圍、監測項目

根據基坑工程影響范圍確定地鐵保護監測范圍為基坑所對應地鐵市民中心站的軌行區、車站結構、車站附屬設施結構及部分區間隧道[1]。

為保證地鐵結構的安全，在基坑施工的各個階段必須對地鐵結構進行現場監測。項目主要有：①隧道道床沉降監測，包含整個車站道床及部分區間隧道道床；②矩形隧道結構變形縫差異沉降；③車站附屬結構水平位移監測；④車站附屬結構沉降監測；⑤車站結構裂縫巡查與監測；⑥車站周邊地下水位監測（基坑與地鐵車站間位置）。⑦基坑靠近地鐵側深層土體水平位移監測。除以上監測項目，還應對靠近地鐵側基坑圍護結構頂部水平位移及沉降量進行監測，該項監測內容由基坑監測單位實施，收集監測數據并納入地鐵保護監測項目中綜合分析。

4 監測預警

根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》CJJ/T202及以往類似工程經驗，設定各個監測項目的累計變形量預警值及報警值：①隧道道床沉降監測，預警值4.2mm、報警值6.0mm；②矩形隧道結構變形縫差異沉降，預警值2.1mm、報警值3.0mm；③車站附屬結構沉降監測，預警值3.5mm、報警值5.0mm；④車站附屬結構水平位移監測，預警值3.5mm、報警值5.0mm；⑤車站周邊地下水位監測，預警值700mm、報警值1000mm；⑥深層土體位移監測，預警值14mm、報警值20mm。以上監測項目及警戒值需經專家審查后確認后執行。

5 監測工期及頻率

根據規范要求及相關監測經驗，基坑開挖施工前布設完成監測點布設及初始值測量，基坑工程開始施工時進行地鐵保護區監測，施工至±0.00后并跟蹤監測至地鐵結構變形穩定后停止觀測。正常情況下地鐵結構監測分為四個部分：基坑開挖前階段、基坑開挖階段、底板澆筑后階段、基坑回填后階段。各施工階段的監測頻率安排如表3所示。

表3 地鐵保護區常態監測頻率

若施工方工期延長，則相應的延長監測時間。當出現下列異常情況，應對相關項目提高監測頻率：

（1）地鐵自身異常：①監測數據達到報警值；②監測數據變化速率明顯較快，變形趨勢明顯；③地鐵結構出現開裂現象；④其他地鐵結構異常情況。

（2）對應區域基坑支護異常：①基坑支護樁發生明顯位移（位移量達到5mm，且有繼續位移趨勢）；②基坑內出現明顯涌水涌砂現象；③基坑支護發生破壞；④地下水位變化較大；⑤其他對地鐵結構有影響的基坑異常情況；⑥深層土體位移超預警。

6 監測點位布設

對于主要影響區的地鐵站廳層（中板結構）的監測布點，在次要影響區的車站軌行區上行線及下行線道床中心布設沉降監測點，并在矩形隧道拼接縫兩側各1米道床中心位置分別布設差異沉降監測點[2]。在地鐵車站結構與基坑中間區域均勻布設地下水位監測點。布設原則：①變形監測點應在變形體上能反映出變形特征的部位埋設，監測點應埋設牢固并標識清楚，易遭破壞部位的變形監測點應加設保護裝置；②監測點應美觀、實用、不易破壞且有利于監測工作的實施。

7 監測實施

7.1 沉降監測

沉降監測。本次監測項目車站、區間隧道沉降監測采用人工測量方法。根據本工程監測要求及相關監測經驗，沉降監測等級精度定為II級，根據《城市軌道交通工程測量規范》（GB50308）規定，水準測量沉降監測主要技術指標要求：高程中誤差±0.5（mm），相鄰點高差中誤差±0.3（mm），往返較差、附合或環線閉合差

采用帶有自動記錄功能的、高精度電子水準儀實施監測。在水準觀測時采用相同的觀測路線和觀測方法，使用同一儀器和設備，固定觀測人員，采用統一基準處理數據。

為了提高監測精度和可靠性，沉降監測網以地下工作基點為起算點，在上行隧道區間、下行隧道區間各布置一條水準線路，并在車站兩側分別布設結點，完成軌行區上下行線及站廳層水準線路的連接，整體構成閉合監測網。沉降監測網示意圖如圖1所示。

圖1 沉降監測網示意圖

數據處理和分析：

（1）數據傳輸及平差計算。觀測記錄采用電子水準儀隨機記錄程序進行，觀測完成后形成原始電子觀測文件，通過數據傳輸處理軟件傳輸至計算機，并對各項觀測數據進行檢查。合格后，將工作基點與中間的監測點共同組成閉合水準路線網，經驗算各項閉合差滿足規范要求后，進行嚴密平差計算。

（2）沉降數據分析。①監測點變形穩定性分析：a.相鄰兩期監測點的變形分析通過比較相鄰兩期的最大變形量與極限誤差（取兩倍中誤差）來進行，當變形量小于極限誤差時，可認為該監測點在這兩個周期內沒有變形或變形不顯著；b.對多期變形監測成果，當相鄰周期變形量小，但多期呈現出明顯的變化趨勢時，應視為本期變形趨緩。②監測點報警判斷分析：a.將階段變形速率及累計變形量與控制標準進行比較，如階段變形速率或累計變形值小于報警值，則為正常狀態，如階段變形速率或累計變形值大于報警值則為報警狀態；b.如數據顯示達到警戒標準時，應結合巡視信息，進行綜合分析；c.分析確認有異常情況時，及時通過口頭、電話或短信等快捷方式上報地鐵運營部門及工程建設單位，且24小時內通過工作聯系單方式將正式成果報送工程建設單位。③監測數據成果規律分析：a.通過繪制沉降監測縱斷面圖，沉降歷時曲線圖對監測數據的變化規律、影響范圍進行變形趨勢分析；b.綜合工程建設基坑監測數據及地鐵安全評估報告進行綜合分析。

7.2 水平位移監測

根據相關規范及以往監測經驗，本項目水平位移監測等級為監測II級，并根據《城市軌道交通工程測量規范》（GB50308）規定，水平位移監測精度要求：變形點的點位中誤差±3.0（mm），坐標較差或兩次測量較差4（mm），主要測量方法為坐標法（極坐標法、交會法等），適用范圍為運營階段結構、軌道和道床等監測對象。

（1）位移監測。水平位移監測采用精密導線結合極坐標法進行測量。采用車站周邊地面4個平面基準點，通過市民中心站3號、4號出入口構成閉合導線，施測導線的同時采用極坐標法測量各監測點的平面坐標。

（2）基準網測量。按照項目要求，采用精密邊角導線方式進行基準網測量，基準網初始測量連續獨立觀測兩次，取兩次均值為水平位移監測初始值。

7.3 地鐵裂縫、滲漏巡查

隧道以及車站的裂縫、滲漏監測的具體步驟如下：①現場踏勘、記錄并觀測已有裂縫的分布位置，裂縫的走向、長度和寬度；②對于新發生的裂縫及時觀測，分析裂縫形成的原因，判斷裂縫的發展趨勢；3、③定期對監測范圍內的所有裂縫進行巡視，對于新發現的裂縫，做好記錄，及時埋設觀測標志進行量測；④對于大于0.3mm，不發展的裂縫，上報進行封閉；對于小于0.3mm的裂縫，進行監測⑤對于發現有滲漏的地方進行觀測，測量出滲漏面積和滲漏程度，并對滲漏做出分析。

對于地鐵裂縫和滲漏的監測，做好裂縫標識，記錄裂縫的位置、形態，用游標卡尺或裂縫測寬儀測量并記錄裂縫的寬度，并保存各個時期的照片，隨時進行對比分析，發現有擴大趨勢時及早反應并采取措施[3]。

7.4 地下水位測量

采用電測水位儀，儀器由探頭、電纜盤和接收儀組成。儀器的探頭沿水位管下放，當碰到水時，上部的接收儀會發生蜂響，通過信號線的尺寸刻度，可直接測得地下水位距管口的距離。管口高程用精密水準儀定期與基準水準點聯測。電測水位儀讀數精度為±1mm。

7.5 深層土體位移測量

首先必須設定好基準點，圍護體變形觀測的基準點一般設在測斜管的底部。當被測圍護體產生變形時，測斜管軸線產生撓曲，用測斜儀確定測斜管軸線各段的傾角，結合測斜探頭0.5m的固定長度，便可計算出圍護體的水平位移。設基準點為O點，坐標為（X0，Y0），于是測斜管軸線各測點的平面坐標由下列兩式確定：

式中i-測點序號，i=1，2……j；L-測斜儀標距或測點間距（m）；f-測斜儀率定常數；-X方向第i段正、反測應變讀數差之半；-Y方向第i段正、反測應變讀數差之半；為消除量測裝置零漂移引起的誤差，每一測段兩個方向的傾角都應進行正、反兩次量測，即

7.6 外部基坑巡查

對保護區范圍內施工的基坑進行巡查，具體要求：①現場踏勘、記錄基坑工程的施工工況信息；②收集基坑監測數據資料，并結合地鐵保護監測數據綜合分析；③巡查地鐵側基坑支護結構有無傾斜、破損等明顯異常；④巡查基坑地鐵側有無明顯涌水涌砂現象；⑤對其它有影響風險的現象進行巡查記錄。

8 結語

通過制定合理的監測技術方案，掌握在項目施工過程中地鐵結構的變化，為建設方及管理方提供及時可靠的數據和信息，評定項目施工對既有地鐵運營線路結構的影響，為及時判斷既有線路的結構安全提供依據，對可能發生的事故提供及時、準確的預報，使有關各方有時間做出反應，保障地鐵結構安全。