地鐵變形監(jiān)測(cè)方法的探討

【摘要】城市交通問題，已經(jīng)成為城市社會(huì)無法面對(duì)的通病，地鐵便捷性和可靠性恰好可以彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。由于地鐵施工與周邊環(huán)境緊密相關(guān)，因此，地鐵變形監(jiān)測(cè)是保證安全的重要手段之一。本文在這里詳細(xì)探究地鐵變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和方法。

【關(guān)鍵詞】地鐵;變形;監(jiān)測(cè)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

18.

1、引言

近年來，隨著地鐵的發(fā)展如火如荼。在開挖過程中，地鐵施工的安全至關(guān)重要。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)隨時(shí)掌握變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，以確保周邊環(huán)境的安全。因此，特詳細(xì)探究地鐵變形監(jiān)測(cè)的方法。

2、工程概況

長沙市軌道交通4號(hào)線一期工程第一標(biāo)段（普瑞大道～湖南大學(xué)），共13站12區(qū)間。長沙市軌道交通4號(hào)線 一期工程一標(biāo)段第三項(xiàng)目部土建工程包含2站2區(qū)間，分別為福元大橋西站、茶子山站、漢王陵公園站～福元大橋站盾構(gòu)區(qū)間、福元大橋站～茶子山路站盾構(gòu)區(qū)間。

福元大橋西站位于長沙市瀟湘北路上，在瀟湘北路與長望路交叉口北側(cè)，南北向布置。車站有效站臺(tái)中心里程為DK20+389.000，車站設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程DK20+265.200，車站設(shè)計(jì)終點(diǎn)里程DK20+464.200。

車站主體為地下兩層島式站臺(tái)、雙層雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)。車站有效站臺(tái)中心里程處周邊道路標(biāo)高約為37.5米左右。車站采用明挖法施工，車站主體結(jié)構(gòu)總長199m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7m，車站施工時(shí)基坑深約15.7m～18.3m。

漢王陵公園站-福元大橋西站區(qū)間隧道起訖里程為：左線ZDK18+414.600-ZDK20+265.200，長鏈10.324m，全長1860.924m。右線YDK18+414.600-YDK20+265.200，全長1850.6m。線間距為13-15 m，線路平面最小曲線半徑為550m，最大縱坡為28.00‰。本區(qū)間隧道埋深為11-21m。

漢王陵公園站-福元大橋西站區(qū)間從福元大橋西站始發(fā)后，側(cè)穿好家園小區(qū)樓群、簡易矮房等建（構(gòu)）筑物，下穿北津城遺址保護(hù)范圍、漢代長沙王陵墓保護(hù)范圍、北二環(huán)立交橋。

福元大橋西站～茶子山站區(qū)間起訖里程為：左線ZDK20+464.200-ZDK21+318.300，長鏈1.642m，全長855.202m。右線YDK20+464.200-YDK21+318.300，全長853.66m。線間距為15 m，線路平面最小曲線半徑為1000m。

福元大橋西站-茶子山站區(qū)間，線路出福元大橋西站后，沿瀟湘北路往南依次下穿福元路大橋、6m×2.5m雨水箱涵、6m×2.5m過水箱涵和人行過街地下通道，后繼續(xù)沿瀟湘北路往南到達(dá)茶子山站。

3、監(jiān)測(cè)重要性及目的

（1）為信息化施工提供依據(jù)。

（2）為周邊環(huán)境中的建筑、各種設(shè)施的保護(hù)提供依據(jù)。

（3）為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

4、監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)項(xiàng)目的周邊環(huán)境、車站基坑、區(qū)間盾構(gòu)施工的特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)文件中對(duì)監(jiān)測(cè)工作的具體要求，確定項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為：

4.1周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)

（1）鄰近地表變形監(jiān)測(cè)

（2）鄰近建筑物變形監(jiān)測(cè)

（3）鄰近地下管線變形監(jiān)測(cè)。

4.2支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降、水平位移監(jiān)測(cè)

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)

（3）坑外地下水位監(jiān)測(cè)

（4）支撐軸力監(jiān)測(cè) 。

4.3區(qū)間內(nèi)隧道監(jiān)測(cè)

（1）隧道中心沉降

（2）隧道凈空收斂。

5、測(cè)點(diǎn)布設(shè)

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的區(qū)域、基坑開挖順序、被保護(hù)對(duì)象的位置及特性相匹配;同時(shí)遵循設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際，進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置。

5.1地表沉降剖面監(jiān)測(cè)

為監(jiān)控基坑開挖、結(jié)構(gòu)施工對(duì)周圍道路地表的影響范圍，在地表布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，在垂直支護(hù)樁身測(cè)斜位置處布設(shè)一組地表點(diǎn)，每組布設(shè)3～4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距5、10、15、20米。采用鉆孔打破混凝土路面，將鋼筋插入原狀土30cm以上的埋設(shè)辦法。加工至硬化路面下，并加蓋保護(hù)。實(shí)際觀測(cè)點(diǎn)數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

5.2鄰近建筑物沉降監(jiān)測(cè)

沉降監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法為：在建筑物的四角點(diǎn)、大轉(zhuǎn)角處;沿建筑物的周邊，每隔10m～20m或每隔2～3根柱基上;對(duì)于寬度大于15m的建筑物，盡可能的將觀測(cè)點(diǎn)布置在承重墻或支柱上。

5.3周邊地下管線監(jiān)測(cè)

基坑的附近分布了煤氣管線、給水管線、污水管線和大型的雨水管線等，為了了解地下管線的變形情況，防止地下管線滲漏和破壞，在基坑土方開挖時(shí)需要對(duì)各種管線進(jìn)行監(jiān)測(cè);監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜布置在管線的接頭處、施工沉降敏感的部位和能準(zhǔn)確反映管線變形的地方，對(duì)于管線較為密集、平面間距較小的情況，測(cè)點(diǎn)平面間距不大于20m，范圍為3倍基坑開挖深度內(nèi)的管線。

5.4坑外地下水位觀測(cè)

在基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)外圍2～5米范圍內(nèi)布置水位觀測(cè)孔，水位孔間隔20～40m。

埋設(shè)方法：在基坑周圍2～5米范圍內(nèi)布置水位觀測(cè)孔，用直徑為Φ110的鉆頭采用清水垂直鉆進(jìn)，埋設(shè)內(nèi)徑Φ70、管壁厚度為2.5的PVC管，按照設(shè)計(jì)要求下部放入有濾網(wǎng)的水位管，下管后回填礫料，孔頂約1米再填充泥球，防止地表水滲入管內(nèi)。

承壓水水位監(jiān)測(cè)孔布設(shè)基本同于上述微承壓水監(jiān)測(cè)孔，其深度必須進(jìn)入承壓水層，濾水段位于承壓水層內(nèi)，其外部用中細(xì)砂充填，其余段直至地面不設(shè)滲水孔，管外采用粘性土密封，以切斷地層中的承壓水與上部地層的水聯(lián)系。水位監(jiān)測(cè)孔布設(shè)完成后，須48小時(shí)后，待水位回落至穩(wěn)定水位，方可對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。

5.5圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移（豎向位移）

在圍護(hù)墻頂沿基坑周邊布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位布設(shè)在維護(hù)結(jié)構(gòu)的中部、陽角處以及代表性的部位，點(diǎn)位間隔距離20m。布設(shè)時(shí)采用沖擊鉆成孔，埋設(shè)十字測(cè)釘，并用水泥砂漿固定，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)兼做豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

5.6 圍護(hù)墻體深層水平位移監(jiān)測(cè)

采用綁扎的方法將連接好的測(cè)斜管綁扎在鋼筋籠上，隨鋼筋籠澆注在砼中。測(cè)斜管頂部應(yīng)高出圍護(hù)墻頂部冠梁20～30cm，管子的上端用兩層塑料編織袋包扎保護(hù)。圍護(hù)墻頂冠梁施工期間應(yīng)做好測(cè)斜管的保護(hù)，防止鑿除頂部圍護(hù)墻浮漿時(shí)損壞測(cè)斜管。

圍護(hù)墻體深層水平位移的測(cè)點(diǎn)間距為20～30m，測(cè)孔深度與圍護(hù)墻相等，具體視圍護(hù)墻深度而定。

5.7 支撐軸力監(jiān)測(cè)

土方開挖期間，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化，根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)各道支撐進(jìn)行軸力監(jiān)測(cè)。砼支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在支撐兩支點(diǎn)的1/3部位，并避開節(jié)點(diǎn)位置。在結(jié)構(gòu)主筋布設(shè)鋼筋應(yīng)變計(jì)，鋼筋應(yīng)變計(jì)在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)相對(duì)的鋼筋層上對(duì)稱布置，布置在4個(gè)角點(diǎn)處與主筋并聯(lián)。

軸力計(jì)（反力計(jì)）一般設(shè)置在支撐端部的固定端側(cè)，X型外殼鋼托架與固定頭貼角全部圍焊，防止軸力計(jì)偏移支撐中心，維持支撐的穩(wěn)定性;而軸力計(jì)與鋼圍檁貼角圍焊，并保持其中心線與鋼支撐中心線的方向一致性。為防止軸力計(jì)直接接觸地連墻導(dǎo)致墻體損壞，需要在軸力計(jì)與墻體之間加墊一塊25cm*25cm，厚度為2.5cm的鋼板。

5.8隧道凈空收斂

隧道收斂測(cè)點(diǎn)布設(shè)如下：盾構(gòu)始發(fā)和接收站100m范圍內(nèi)，每20m設(shè)一斷面;其余地段，每30m設(shè)一斷面。

采用鋼尺收斂計(jì)量測(cè)，安裝測(cè)點(diǎn)時(shí)，用人工鉆孔直徑為40～80mm的鉆機(jī)在同一斷面兩側(cè)被測(cè)結(jié)構(gòu)面鉆出深20mm的孔，同時(shí)在孔中填塞水泥砂漿，并插入收斂預(yù)埋件，或者將預(yù)埋件垂直焊接在管片連接螺栓上。

采用全站儀非接觸式測(cè)量時(shí)，須將反射膜片直接粘貼在管片的表面，反射片在管片水平直徑方向上。

5.9隧道中心沉降

隧道中心沉降測(cè)點(diǎn)預(yù)埋件的埋設(shè)，先在隧道拱頂和拱底中線處用電鉆鉆孔，在孔內(nèi)填塞滿水泥沙漿后插入預(yù)埋件并固定牢靠，埋設(shè)時(shí)應(yīng)使預(yù)埋件軸線垂直拱頂和拱底，待砂漿凝固后即可進(jìn)行量測(cè);或者將預(yù)埋件垂直焊接在管片連接螺栓上。隧道中心沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)擬按每5環(huán)一組布設(shè)。

隧道拱頂沉降也可采用全站儀非接觸式方法監(jiān)測(cè)，布置測(cè)點(diǎn)時(shí)需將反射片粘貼在相應(yīng)監(jiān)測(cè)斷面的拱頂位置。

6、監(jiān)測(cè)實(shí)施方案

6.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直位移測(cè)量

垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)按照《城市規(guī)道交通工程測(cè)量規(guī)范》GB50308-2017內(nèi)的Ⅱ等水準(zhǔn)測(cè)量要求實(shí)施。通過二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)工作基點(diǎn)間的閉合線路，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程由線路的支點(diǎn)來測(cè)得，取三次測(cè)定的平均值作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程初始值。其中i角控制在15”內(nèi)，視準(zhǔn)線長度不大于50m，閉合差±0.5√n，測(cè)量數(shù)據(jù)保留至0.1mm。

6.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移監(jiān)測(cè)

平面位移觀測(cè)按變形觀測(cè)三等測(cè)量要求進(jìn)行。采用J1型全站儀進(jìn)行，采用極坐標(biāo)的方法進(jìn)行觀測(cè)，將觀測(cè)的數(shù)值直接轉(zhuǎn)換為平面直角坐標(biāo)：

xi=x0+Sicosαi

yi=y0+Sisinαi

式中：xi 、yi 為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面直角坐標(biāo);αi為觀測(cè)的方位角; Si為基準(zhǔn)點(diǎn)至觀測(cè)點(diǎn)的水平距離。

計(jì)算前后兩次觀測(cè)的坐標(biāo)差值，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化量。

6.3支護(hù)墻體深層水平位移監(jiān)測(cè)

在基坑開挖前作3次重復(fù)觀測(cè).待測(cè)斜管處于穩(wěn)定狀態(tài)后，取其平均值作為初始值，開始正式測(cè)試工作。

觀測(cè)時(shí)，探頭緩緩沉至孔底，待適應(yīng)管內(nèi)溫度一段時(shí)間后，自下而上，逐段測(cè)出X方向上的位移。每次采用全站儀測(cè)量管頂位移，計(jì)算時(shí)用孔口位移實(shí)測(cè)修正。

計(jì)算公式：

式中： △Xi 為i深度的累計(jì)位移（計(jì)算結(jié)果精確至0.1mm ）

Xi 為i深度的本次位移（mm）

Xi0 為i深度的初始坐標(biāo)（mm）

Aj為儀器在0°方向的讀數(shù)

Bj為儀器在180°方向上的讀數(shù)

C為探頭標(biāo)定系數(shù)

L為探頭長度（mm）

αj為傾角

計(jì)算以孔口作為固定點(diǎn)，每次通過監(jiān)測(cè)墻頂水平位移時(shí)測(cè)量各測(cè)斜孔口的位移值。

6.4水位監(jiān)測(cè)

為了保證基坑開挖和施工，將地下水位長期保持在作業(yè)面以下;需要對(duì)周邊地下水進(jìn)行抽排。基坑降水會(huì)會(huì)對(duì)周邊地表和構(gòu)筑物造成影響，為了保證施工安全，需對(duì)坑外水位的動(dòng)態(tài)觀測(cè)和分析。

采用水位儀監(jiān)測(cè)，讀數(shù)精度1mm。

6.5支撐軸力監(jiān)測(cè)

砼支撐軸力計(jì)算方法如下：

式中：

Ni—單根鋼筋測(cè)力傳感器的計(jì)算出的支撐軸力值（KN）;

Ec—砼彈性模量（KPa）;

A—鋼筋砼支撐截面積（mm ）;

fi—應(yīng)變傳感器任一時(shí)刻的觀測(cè)值（Hz）;

fo—應(yīng)變傳感器的初始觀測(cè)值（零值）（Hz）;

Ti—應(yīng)變傳感器任一時(shí)刻的溫度觀測(cè)值（°c）;

To—應(yīng)變傳感器的初始溫度觀測(cè)值（°c）;

Es—鋼筋彈性膜量（KPa）;

AS—鋼筋的截面積（mm ）;

b—鋼筋測(cè)力傳感器的溫度修正系數(shù)（KN/°c）;

K—鋼筋計(jì)的標(biāo)定系數(shù)（KN/Hz2）

對(duì)于混凝土支撐，其基本原理是利用振動(dòng)頻率與其應(yīng)力之間的關(guān)系建立的，受力后，鋼筋兩端固定點(diǎn)的距離發(fā)生變化。鋼弦的振動(dòng)頻率也發(fā)生變化。根據(jù)鋼弦的振動(dòng)頻率變化即可測(cè)得弦內(nèi)應(yīng)力的變化值。

鋼支撐軸力計(jì)算方法如下：

P=K（F12-F02）

P：被測(cè)軸力的菏載（kN）

K：：軸力計(jì)的標(biāo)定系數(shù)（Kn/F）

F1：軸力計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量頻率模數(shù)值

F0：軸力計(jì)基準(zhǔn)模數(shù)值

6.6隧道收斂監(jiān)測(cè)

隧道收斂監(jiān)測(cè)方法較多，大體分為兩類：收斂計(jì)量測(cè)技術(shù)和非接觸測(cè)量技術(shù)。較為經(jīng)濟(jì)和常用的是鋼尺收斂計(jì)量測(cè)。當(dāng)測(cè)量兩點(diǎn)間的距離時(shí)，先將兩掛鉤掛在待測(cè)兩點(diǎn)的鉤子上，將定位銷針插進(jìn)臨近測(cè)尺的定位孔中，調(diào)整調(diào)節(jié)螺母使游動(dòng)線與指示線重合（使拉力彈簧保持在恒力狀態(tài)）便可讀取百分表數(shù)值，加上尺子測(cè)值，即可得出兩點(diǎn)間的距離。

按下式計(jì)算凈空變化值：

Un=Rn-Rn-1

Un-第n次量測(cè)的凈空變形值

Rn-第n次量測(cè)時(shí)的觀測(cè)值

Rn-1-第n-1次量測(cè)時(shí)的觀測(cè)值

結(jié)語：

目前，城市地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目越來越多，地鐵監(jiān)測(cè)的方法同普通監(jiān)測(cè)方法不同，精度要求也不同;本文結(jié)合長沙軌道交通4號(hào)線一期工程第一標(biāo)段地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，闡述了地鐵監(jiān)測(cè)的每一個(gè)項(xiàng)目的具體布點(diǎn)方案和監(jiān)測(cè)方法，該項(xiàng)目已經(jīng)順利完成，論證了該方案的可行性，且行之有效，可為以后地鐵變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目做重要借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范： GB50911-2013[S].中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]王海飆.深基坑工程施工安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警[J].建筑技術(shù)，2010（3）

[3]盧士華.東莞地鐵深基坑施工監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)研究[J].安徽建筑，2014（1）

作者簡介：

楊哲（1982.02-），漢，男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：測(cè)繪工程。