蘭州軌道交通1號線結(jié)構(gòu)狀態(tài)變形監(jiān)測及評估研究

劉海軍

(蘭州市軌道交通有限公司運(yùn)營分公司，甘肅蘭州730000)

1 背景及概況

1.1 工程概況

蘭州市軌道交通1 號線一期工程線路長約25.8km，皆為地下線，區(qū)間隧道（不含出入線）20.5km（雙延米），共設(shè)車站20 座。其中盾構(gòu)法段17.7km（占86%），礦山法段2.0km（占10%），明挖法段0.8km（占4%）。

1.2 氣象條件

蘭州區(qū)域內(nèi)氣候?qū)儆谥袦貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候。四季分明，春秋季較短，夏季較熱，冬季較長且寒冷而干燥。 全年降雨量偏少，平均降雨量287.6mm，且分布不平衡，降雨主要集中在7、8、9月。

1.3 地質(zhì)條件

蘭州市區(qū)屬于河谷地形，南側(cè)為大蘭山及馬銜山構(gòu)成的抬升地貌，北側(cè)為白塔山和九州臺及其周緣丘陵地帶，中間黃河穿城而過。市區(qū)平均海拔1500m，而南北兩側(cè)山地海拔為2500m，形成兩山夾一河的地貌特征。蘭州市東部的東崗地區(qū)和西部的西固地區(qū)，為第三系紅層隆起，第四系覆蓋層較薄，新近系砂巖、泥巖構(gòu)成了蘭州斷陷盆地的基底。

1.4 區(qū)域水文

勘察場區(qū)屬黃河干流水系。主要有黃河干流及其支流西果園溝、黃峪溝、雷壇河等。市區(qū)其余小型溝谷均為季節(jié)性溝谷，遇暴雨產(chǎn)生洪水或泥石流。

1.5 特殊性巖土

特殊性巖土包括濕陷性黃土、人工填土和膨脹巖。濕陷性黃土主要為黃土狀土，分部在黃河一、二級階地，一級階地黃土狀土厚不足10m，多為Ⅰ～Ⅱ級非自重濕陷性場地，西客站一帶最厚可達(dá)15m;二級階地黃土狀土厚度10～15m，為Ⅱ～Ⅲ級自重濕陷性場地，部分段落具Ⅳ級自重濕陷性。人工填土，分部于城區(qū)地表、道路路基、基坑回填、洼地回填及填灘造地區(qū)等，為城市發(fā)展所致。膨脹巖：蘭州市軌道交通1 號線陳官營一帶下伏的上第三系泥巖屬軟質(zhì)巖石，具弱膨脹性，自由膨脹率41%～50%，蒙脫石含量12.7%～14.5%，陽離子交換量113～178mmol/kg，屬弱膨脹巖。

1.6 不良地質(zhì)

不良地質(zhì)主要包括地震液化、人為坑洞和泥石流。蘭州市液化的土層一般分布于階地卵石層頂部的粉細(xì)砂層及水位以下的粉土層，多以薄層或透鏡體狀分布，局部具液化性，對該工程影響不大。主要為城區(qū)防空洞及黃河河邊采砂挖砂形成的空洞，空洞及洞穴一般無充填或充填一般，穩(wěn)定性差。該工程主要位于主城區(qū)道路地下，距排洪溝較遠(yuǎn)，泥石流溝對該工程影響較小。

2 監(jiān)測項(xiàng)目及布點(diǎn)方式

結(jié)合蘭州1 號線水文條件、氣象條件、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，參考監(jiān)測規(guī)范要求，主要監(jiān)測項(xiàng)目為基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、隧道收斂監(jiān)測、網(wǎng)架撓度監(jiān)測和隧道水平位移監(jiān)測五部分?，F(xiàn)場測點(diǎn)布設(shè)不同結(jié)構(gòu)形式、不同地質(zhì)類型，重點(diǎn)病害處所采取針對性布點(diǎn)方式。對以下部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，掌握變形情況：一是隧道與車站連接處；二是不同工法隧道連接處；三是隧道聯(lián)絡(luò)通道位置；四是不良地質(zhì)地段；五是穿黃地段；六是外部施工影響地段；七是結(jié)構(gòu)變形縫位置。

2.1 監(jiān)測項(xiàng)目

第一，基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測在每期監(jiān)測工作開展前，以水準(zhǔn)深埋基準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行施測，并聯(lián)測車站外深埋點(diǎn)。

第二，垂直位移監(jiān)測主要包括全線垂直位移監(jiān)測、差異沉降監(jiān)測和段場建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測這三大部分。全線垂直位移監(jiān)測包括地下車站主體結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)法隧道、明挖法隧道、暗挖法隧道、聯(lián)絡(luò)通道。差異沉降監(jiān)測包括車站與隧道交接處以及隧道與旁通道的交接處。段場建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測包括綜合樓、列檢庫、內(nèi)燃機(jī)車庫等車輛基地主要建筑物的沉降。

第三，隧道收斂監(jiān)測是對盾構(gòu)法施工的襯砌圓隧道的水平向直徑進(jìn)行監(jiān)測。

第四，網(wǎng)架撓度監(jiān)測主要是對大面積單體建筑物屋面的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在豎直方向上的變形進(jìn)行監(jiān)測。

第五，隧道水平位移監(jiān)測是根據(jù)地鐵周邊施工影響對隧道的水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

2.2 布點(diǎn)方式

2.2.1 垂直位移監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)

垂直位移監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)分為隧道部分和基地附屬房屋部分。

（1）隧道部分

地下車站測點(diǎn)布設(shè)在道床上，每個(gè)車站不大于50m設(shè)一監(jiān)測斷面，每斷面左、右線各布設(shè)1 個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)。盾構(gòu)隧道測點(diǎn)布設(shè)在道床上，每20 環(huán)布設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。矩形隧道測點(diǎn)布設(shè)在道床上，每30m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。聯(lián)絡(luò)通道及對應(yīng)隧道上下行區(qū)間設(shè)3 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。區(qū)間隧道內(nèi)的布點(diǎn)如有特殊情況，可適當(dāng)加密。在不同結(jié)構(gòu)形式的交接處，每側(cè)各設(shè)置一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，用于進(jìn)行差異沉降監(jiān)測。

（2）基地附屬房屋部分

車輛段附屬房屋：點(diǎn)位宜布設(shè)在建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每30m 處或每隔2～3 根柱基上，高低層建筑、縱橫墻等交接處的兩側(cè)，建筑裂縫、后澆帶和沉降縫兩側(cè)，監(jiān)測點(diǎn)宜對稱布置。

2.2.2 直徑收斂監(jiān)測點(diǎn)每40 環(huán)布設(shè)一個(gè)斷面，水平收斂測點(diǎn)與沉降測點(diǎn)布設(shè)在同一斷面上。

2.2.3 水平位移監(jiān)測點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，目前蘭州軌道交通1 號線周邊有四個(gè)項(xiàng)目正在施工，分別為迎門灘附屬人防項(xiàng)目、西關(guān)附屬人防項(xiàng)目、中央商務(wù)區(qū)項(xiàng)目和東方紅廣場改造項(xiàng)目。針對這四個(gè)項(xiàng)目基坑正投影區(qū)域進(jìn)行水平位移監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。隧道水平位移監(jiān)測：基坑支護(hù)邊線范圍內(nèi)對應(yīng)的隧道每20m 布設(shè)1 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，且兩端各外擴(kuò)2 個(gè)點(diǎn)，每20m 布設(shè)1 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

3 測量基準(zhǔn)

根據(jù)蘭州市軌道交通1 號線一期工程結(jié)構(gòu)狀態(tài)變形監(jiān)測及評估項(xiàng)目的實(shí)際情況和要求，本監(jiān)測項(xiàng)目的測量基準(zhǔn)采用如下的標(biāo)準(zhǔn)。

高程控制系統(tǒng)采用舊大沽高程系統(tǒng)，首次基準(zhǔn)網(wǎng)高程系統(tǒng)的建立采用“中山橋基”和“迎門灘基”深埋基準(zhǔn)點(diǎn)作為高程起算點(diǎn)，整個(gè)高程控制網(wǎng)進(jìn)行兩次往返觀測，確定“東崗基”深埋基準(zhǔn)點(diǎn)的高程。一等水準(zhǔn)網(wǎng)將聯(lián)測“中山橋基”“東崗基”和“迎門灘基”深埋基準(zhǔn)點(diǎn)。

高程控制網(wǎng)按兩級控制的原則布設(shè)。以深埋基準(zhǔn)點(diǎn)為起算點(diǎn)，沿地鐵線路及車站附近布設(shè)若干工作基點(diǎn)，深埋基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組成首級監(jiān)測控制網(wǎng)（基準(zhǔn)網(wǎng)）。垂直位移監(jiān)測水準(zhǔn)路線附合到這些工作基點(diǎn)上，構(gòu)成沉降監(jiān)測的次級控制網(wǎng)。

4 技術(shù)要求

垂直位移、收斂、撓度和水平位移測量應(yīng)滿足國家和地方各項(xiàng)有關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求?；鶞?zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）中國家一等水準(zhǔn)要求施測，起算于沿線深埋基準(zhǔn)點(diǎn)。垂直位移監(jiān)測、網(wǎng)架撓度監(jiān)測根據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）中國家二等水準(zhǔn)要求施測，附合到工作基點(diǎn)上。隧道收斂監(jiān)測采用標(biāo)稱精度不低于±1mm 的測距儀，進(jìn)行4 次獨(dú)立測量。水平位移監(jiān)測根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB/T 50308—2017）中變形監(jiān)測二級水平位移要求測量。

5 監(jiān)測方法

監(jiān)測項(xiàng)目主要分為基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、隧道直徑收斂監(jiān)測、網(wǎng)架撓度和隧道水平位移監(jiān)測五部分內(nèi)容。

5.1 基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測

首先需建立基準(zhǔn)網(wǎng)，為垂直位移監(jiān)測提供全面的高程控制基準(zhǔn)。蘭州市軌道交通1 號線沿線既有深埋基準(zhǔn)點(diǎn)2 個(gè)，新建深埋基準(zhǔn)點(diǎn)1 個(gè)。首次基準(zhǔn)網(wǎng)以“中山橋基”和“迎門灘基”作為起算點(diǎn)，整個(gè)高程控制網(wǎng)進(jìn)行兩次往返觀測。一等水準(zhǔn)網(wǎng)將聯(lián)測“中山橋基”“東崗基”和“迎門灘基”深埋基準(zhǔn)點(diǎn)。監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)中工作基點(diǎn)的選取，盡量利用鄰近的深基樁和相對穩(wěn)固的構(gòu)筑物，布設(shè)在不易被破壞的位置。地下車站的水準(zhǔn)工作基點(diǎn)可以布設(shè)線路附近的高層建筑物或高架柱墩上。由于這些工作基點(diǎn)也會隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象，所以在布設(shè)工作基點(diǎn)時(shí)，采用同一位置布設(shè)一組兩個(gè)的形式，其中一個(gè)是主點(diǎn)，參與平差計(jì)算，另一個(gè)作為檢查點(diǎn)，用于高差校核。這樣保證每個(gè)測段都能有四個(gè)固定結(jié)點(diǎn)，可以進(jìn)行測段高差校核，也能對工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行初步判斷分析[1]。

5.2 垂直位移監(jiān)測

垂直位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)測量方法。根據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）要求測量，垂直位移監(jiān)測按二等垂直位移監(jiān)測網(wǎng)技術(shù)要求進(jìn)行。地下隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測在上行線、下行線分別布設(shè)，并與地面上的沉降基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測共同組成三條平行的水準(zhǔn)線路。水準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)分別與監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測。上、下行線的兩條水準(zhǔn)路線附合于每個(gè)區(qū)間站臺設(shè)置的工作基點(diǎn)，構(gòu)成空間上的閉合水準(zhǔn)路線；上下行道床水準(zhǔn)線路在旁通道的位置進(jìn)行聯(lián)測，這樣就形成了多余觀測，有效地消除了由于采用不同的水準(zhǔn)線路可能帶來的水準(zhǔn)測量精度范圍內(nèi)的“假性”差異沉降，提高了垂直位移監(jiān)測的精度?；馗綄俜课荽怪蔽灰票O(jiān)測網(wǎng)水準(zhǔn)線路以CGY-1 和DG-1 為基準(zhǔn)點(diǎn)，分別施測房屋的結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)，水準(zhǔn)線路組成閉合線路[2]。

5.3 隧道收斂監(jiān)測

管片收斂測量監(jiān)測對象為盾構(gòu)隧道的襯砌拼裝管片，采用測距儀直接測量的方法，測量盾構(gòu)隧道環(huán)片水平向直徑的收斂情況。為使激光測距儀能準(zhǔn)確測量隧道的直徑，在測距儀的外部安裝有配套的儀器支架，測量時(shí)能使測距儀固定，使儀器穩(wěn)定而準(zhǔn)確地對準(zhǔn)埋設(shè)于隧道壁上的對中釘?？紤]到激光測距儀測得的距離是器件本身到激光斑點(diǎn)即隧道標(biāo)志點(diǎn)間的距離，而非實(shí)際的管片直徑，因此，在實(shí)際作業(yè)前，還需要在專門的標(biāo)定場進(jìn)行標(biāo)定常數(shù)，對激光測距儀測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行加常數(shù)改正。

5.4 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)撓度觀測

網(wǎng)架撓度監(jiān)測主要是對運(yùn)用庫、檢修庫大面積單體建筑物屋面的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在豎直方向上的變形進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，對運(yùn)用庫、檢修庫等單體建筑物屋面的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所在立柱進(jìn)行撓度監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。觀測使用Leica DNA03 電子水準(zhǔn)儀及其配套因瓦條碼水準(zhǔn)尺，儀器標(biāo)稱精度為±0.3mm/km，考慮到水準(zhǔn)儀i 角大小及穩(wěn)定性直接關(guān)系到沉降測量的成果質(zhì)量，監(jiān)測過程中從嚴(yán)控制水準(zhǔn)儀i 角角值及i 角檢測措施。根據(jù)城市軌道交通結(jié)構(gòu)監(jiān)測的經(jīng)驗(yàn)，要求觀測用的水準(zhǔn)儀i 角＜5s，水準(zhǔn)測量班組每日出測前檢測儀器i 角。為確保免棱鏡觀測的數(shù)據(jù)精度，一般要求觀測點(diǎn)垂直角＞45o，測點(diǎn)視距不＞30m。測量精度為網(wǎng)架測點(diǎn)高程中誤差≤±2mm。

5.5 隧道水平位移監(jiān)測

隧道水平位移監(jiān)測是根據(jù)地鐵周邊施工情況對隧道的水平位移進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，目前蘭州軌道交通1 號線周邊有四個(gè)項(xiàng)目正在施工，分別為迎門灘附屬人防項(xiàng)目、西關(guān)附屬人防項(xiàng)目、中央商務(wù)區(qū)項(xiàng)目和東方紅廣場改造項(xiàng)目。針對這四個(gè)項(xiàng)目基坑正投影區(qū)域進(jìn)行水平位移監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。建立獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系統(tǒng)X 軸大致與區(qū)間隧道平行，Y 軸垂直于X 軸；第一個(gè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)處X 坐標(biāo)值取該點(diǎn)的里程值；為計(jì)算方便，Y 值滿足所有控制點(diǎn)與觀測點(diǎn)坐標(biāo)值不出現(xiàn)負(fù)值即可?；谒⒌钠矫孀鴺?biāo)系，本工程水平位移監(jiān)測主要為Y 分量的水平位移[3]。

基準(zhǔn)網(wǎng)作為平面位移監(jiān)測的起始依據(jù)，要求穩(wěn)定可靠。在地鐵1 號線水平位移監(jiān)測范圍外兩端的隧道內(nèi)各設(shè)置一組基準(zhǔn)點(diǎn)組。每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組均由6 個(gè)L 形小棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)組成。強(qiáng)制對中基準(zhǔn)點(diǎn)為具有防盜避震功能的強(qiáng)制對中支架，棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)安置固定小棱鏡?；鶞?zhǔn)網(wǎng)每次水平位移監(jiān)測時(shí)均進(jìn)行聯(lián)測，采用擬穩(wěn)平差法計(jì)算各點(diǎn)坐標(biāo)值、評定點(diǎn)位精度。每次測量后均應(yīng)對基準(zhǔn)點(diǎn)間的坐標(biāo)進(jìn)行比較評定，必要時(shí)補(bǔ)設(shè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，摒棄不穩(wěn)定的個(gè)別基準(zhǔn)點(diǎn)。檢測后基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)平差值與前期使用值之較差為基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)變化量，用△表示（X 方向?yàn)椤鱔、Y 方向?yàn)椤鱕，分別評價(jià)一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的X 分量、Y 分量）；點(diǎn)位精度的相應(yīng)坐標(biāo)分量用mx、my 表示，則穩(wěn)定性判定標(biāo)準(zhǔn)如下[4]。

5.5.1 mx≥2mm 或my≥2mm 時(shí)：認(rèn)為觀測精度不滿足要求，需重新進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)測量；否則進(jìn)行以下評判。

5.5.2 當(dāng)︱△X︱≤2mm 且︱△Y︱≤2mm 時(shí)，考慮到測量誤差的客觀存在，認(rèn)為點(diǎn)位穩(wěn)定，采用原用成果不作修正。

5.5.3 當(dāng)︱△X︱＞4mm 或︱△Y︱＞4mm 時(shí),基準(zhǔn)點(diǎn)位移明顯，采用修正后的成果。

5.5.4 當(dāng)4mm≥︱ △X︱＞2mm，︱ △Y︱＜4mm 或4mm≥︱△Y︱＞2mm，︱△X︱＜4mm 時(shí),再次復(fù)測確認(rèn)，若還位于此區(qū)間則取均值進(jìn)行成果更新。

6 監(jiān)測數(shù)據(jù)異常的處理措施

6.1 報(bào)警值的處理措施

監(jiān)測過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些區(qū)段的數(shù)據(jù)到達(dá)監(jiān)測控制指標(biāo)所定報(bào)警值時(shí)，異常區(qū)段應(yīng)加大監(jiān)測頻次。加強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)反饋，監(jiān)測數(shù)據(jù)異常后馬上進(jìn)行現(xiàn)場巡查，加強(qiáng)變形數(shù)據(jù)與周邊施工、地面荷載變化、隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)裂紋、滲漏等表象的結(jié)合，監(jiān)測報(bào)表進(jìn)行綜合敘述與初步分析。監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到或超過報(bào)警值時(shí)，除進(jìn)行計(jì)算、對算、復(fù)核的數(shù)據(jù)處理流程外，再次獨(dú)立進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)核算，避免因計(jì)算錯(cuò)誤發(fā)生“謊報(bào)”。

6.2 監(jiān)測過程中隧道結(jié)構(gòu)異常情況的處理

在監(jiān)測過程中，對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行巡視，如有發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)碎裂、滲水，應(yīng)立即進(jìn)行拍照記錄，并在第一時(shí)間上報(bào)。同時(shí)，對隧道結(jié)構(gòu)碎裂或滲水的部位進(jìn)行垂直位移和水平直徑收斂加密監(jiān)測。

6.3 隧道周邊存在環(huán)境變化情況的處理

在監(jiān)測過程中，如有發(fā)現(xiàn)地鐵結(jié)構(gòu)周邊環(huán)境發(fā)生變化，應(yīng)在第一時(shí)間上報(bào)。同時(shí)，對隧道結(jié)構(gòu)影響范圍段的監(jiān)測頻率進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，對隧道結(jié)構(gòu)的垂直位移和水平直徑收斂加密監(jiān)測。

7 結(jié)語

在軌道交通運(yùn)營過程中，軌道交通主體結(jié)構(gòu)難免會產(chǎn)生形變，城市軌道交通運(yùn)營單位要參考國家及行業(yè)規(guī)范，熟悉自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮臈l件、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等，對主體結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測采取針對性措施，并進(jìn)行定期全面監(jiān)測，避免對運(yùn)營安全造成影響。特別關(guān)注軌道交通范圍內(nèi)外部施工對主體結(jié)構(gòu)的影響，根據(jù)影響等級，采用相應(yīng)監(jiān)測方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)病害，盡早采取補(bǔ)救措施，確保軌道交通運(yùn)營安全。