皇姑屯地鐵車站豎井監(jiān)測方案

何鳳奎HE Feng-kui

（沈陽地鐵集團有限公司，沈陽 110011）

0 引言

地鐵作為大運量城市交通，對城市發(fā)展和交通規(guī)劃有著化腐朽為神奇的能力[1]。地鐵車站深基坑工程、地鐵區(qū)間豎井和聯(lián)絡通道工程是地鐵工程重要的組成部分[2]。地鐵車站豎井施工鄰近建筑物，對建筑物造成沉降變形、甚至開裂倒塌的危害，豎井開挖施工將不可避免地擾動周邊環(huán)境，甚至對生命、經(jīng)濟造成損失[3]。因此，對地鐵車站豎井的施工監(jiān)測工作有著重要的意義，可以通過監(jiān)測工作及時掌握危險信號，提前做好防范工作。

1 工程概況

1.1 工程簡介

皇姑屯地鐵車站位于沈陽市淮河街與景山路的交叉口處，與淮河街方向一致呈南北向布置。本車站起點里程DK2+720.7～DK2+898.0，車站的有效站臺中心里程DK2+824.1，全長177.3m。因淮河街交通繁忙，車站采用暗挖法（洞樁法）施工，主體結(jié)構(gòu)采用的是二層單柱雙跨島式站臺，有效站臺寬11m，車站標準段的寬度為19.7m。車站底板的埋深大約為24.1m，車站頂板的覆土大約為8.2m。

車站設2座豎井，1號豎井設在已拆的沈陽機車車輛廠內(nèi)，里程為DK1+952.000，為臨時施工豎井，與未拆除樓房的凈距為1.99m；2號豎井設在華山路與淮河街路口東南角，里程為DK2+414.000，豎井為施工使用兼做聯(lián)絡通道及泵房，豎井樁的邊緣與高層住宅樓的凈距為4.2m。兩座豎井基坑挖基深度約24m，豎井平面布置如圖1所示。

圖1 豎井平面布置圖

1.2 水文地質(zhì)條件

皇姑屯地鐵車站所在地域地勢平坦，地貌類型屬于第四系渾河老扇。地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層以及第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層組成。地鐵車站所在位置的地層由雜填土、粉質(zhì)粘土、細砂、中砂、粗砂、礫砂、細砂、圓礫等組成。

沈陽市的地貌類型屬于渾河沖洪積扇類型，主要的含水層位于沖洪積扇上部，巖性主要是礫砂和圓礫。沖洪積扇首部顆粒較大，向西沉積顆粒慢慢變細，直到市區(qū)西部，含水層中的粘性土夾層數(shù)量慢慢增加，含水層由原來的單層結(jié)構(gòu)逐漸變成雙層、多層結(jié)構(gòu)。皇姑屯地鐵車站的地下水以孔隙潛水為主，部分地段存在承壓水，局部存在上層滯水。在勘察期間，皇姑屯地鐵車站地下水位埋深11.2m～12.7m，大氣降水和地表徑流是主要的補給來源。水位的變化受季節(jié)影響，改變幅度為1.0～2.0m。

2 豎井監(jiān)測

2.1 監(jiān)測目的

為了在地鐵車站施工期間使豎井、橫通道及周邊建筑物的安全得到保證，所以要對豎井進行監(jiān)測[4]。豎井監(jiān)測時要滿足安全性原則、系統(tǒng)性原則、可靠性原則、與設計相結(jié)合原則、突出重點兼顧全局原則、與施工相結(jié)合原則以及經(jīng)濟合理原則。當監(jiān)測對象有危險信號時，通過監(jiān)測可以盡早的發(fā)現(xiàn)變形的過程和發(fā)展走向，在排險搶險工作過程中通過監(jiān)測信息來驗證所用方法是否有效，可以充分發(fā)揮監(jiān)測的防險作用[5]。具體有以下幾個方面：

①為施工開展提供及時準確的反饋信息。通過監(jiān)測能夠及時了解土層結(jié)構(gòu)、支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，以及臨近建筑的位移變形，將監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)與設計的估計值進行對比，用此判斷施工工藝以及施工參數(shù)是否滿足安全施工的要求，以此進行優(yōu)化施工工藝，可以實現(xiàn)信息化施工，監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)將作為施工技術(shù)人員判斷工程是否安全的重要依據(jù)。

②為周圍環(huán)境進行及時、有效的保護提供依據(jù)。通過對臨近建筑物的監(jiān)測，驗證開挖方案以及環(huán)境保護方案是否準確，針對出現(xiàn)的問題，采取相應的措施對周圍環(huán)境做好進一步的保護工作。

③將監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)應用在反饋優(yōu)化設計上，為改進設計提供實際依據(jù)。現(xiàn)場監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)能夠準確判斷工程的設計方案中定量化預算是否準確，此外，還可以判斷出施工現(xiàn)場不同的環(huán)境因素對工程設計的影響，進一步的進行修改完善。

④通過對比監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)與理論值，能夠檢驗設計理論是否正確。

⑤在施工的整個過程之中，通過對既有建筑物變形、位移等指標的監(jiān)測，控制結(jié)構(gòu)的變形、位移在允許限值范圍內(nèi)，保證既有建筑物的安全。

⑥積累監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)，對相似工程的設計、施工具有重要的參考價值。

2.2 監(jiān)測項目

沈陽地鐵皇姑屯站豎井監(jiān)測的項目主要有：地層及支護情況監(jiān)測、樁頂位移監(jiān)測、樁體變形監(jiān)測、沉降位移監(jiān)測、地下水位變化監(jiān)測、臨近建筑傾斜監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測，表1為豎井施工監(jiān)測表。

表1 豎井施工監(jiān)測表

2.3 監(jiān)測控制網(wǎng)

在進行監(jiān)測之前，第一步是布置監(jiān)測控制網(wǎng)，以便可以快速精準的反應監(jiān)測項目、監(jiān)測位置的變化情況。1號豎井附近共有平面監(jiān)測控制點2個，水準控制點2個；2號豎井附近共有平面控制點2個，水準控制點2個。監(jiān)測控制網(wǎng)的技術(shù)要求如表2所示。

表2 監(jiān)測網(wǎng)的技術(shù)要求

水準基準點在埋設時需要注意：①基準點運用鉆機鉆孔的方法埋深，基準點底部埋設深度應為地表下1.5m，鉆孔底封堵厚度宜為360mm，基點底靴厚度為1000mm；②保護井壁宜采用磚砌，井壁厚度為240mm，井底墊圈寬度為370mm，井深為1000mm，井蓋采用鋼板，井蓋直徑為800mm，井口標高與地面標高相同；③基準點應分為內(nèi)管和外管，且外管直徑為75mm，內(nèi)管直徑為30mm，基準點頂部距離井蓋為300mm，井底墊圈距基準點頂部高度為700mm。

平面基準點在埋設時需要注意：①基準點采用鉆機鉆孔的方式埋深，基準點底部埋設深度應為地表下1.5m；②保護井壁采用鋼板，井壁厚度為10mm，井底墊圈寬度為50mm，井深為200mm，井蓋采用鋼板，井蓋直徑為200mm，井口標高與地面標高相同；③平面基準點用“L“形的鋼筋放入混凝土之中，鋼筋直徑為25mm，頂部刻成十字，混凝土基石上部直徑宜為100mm，下部直徑為300mm，基準點頂部于井蓋頂部之間的距離為50mm。

3 監(jiān)測組織與實施

3.1 監(jiān)測流程

在正式施工前需要根據(jù)施工工藝、地形地質(zhì)條件、支護類型及參數(shù)、開挖方式等制定施工監(jiān)測方案，監(jiān)測方案經(jīng)過監(jiān)理單位、第三方監(jiān)測、總監(jiān)辦、業(yè)主依次審核合格后即可開展監(jiān)測工作。在監(jiān)測過程中，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境或建筑物等存在不安全因素，相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)指標達到警戒值，應及時進行復核并上報總工程師及相關(guān)部門，由施工單位、監(jiān)理單位、第三方監(jiān)測、設計院、總監(jiān)辦共同制定處理方案。

3.2 監(jiān)測實施

監(jiān)測實施前，需要進行準備工作，主要可分為：技術(shù)準備、儀器設備及物質(zhì)準備、人員組織準備和現(xiàn)場準備。

在監(jiān)測過程中儀器的選擇也是尤為重要的，選擇適合的儀器是監(jiān)測工作出色完成的前提。因為儀器的工作環(huán)境主要是在室外甚至地下，而且在監(jiān)測過程中儀器不能隨便置換。因此，若儀器的選擇失誤，不僅能夠引起資源浪費，還會因為不準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對工程設計、施工等造成錯誤的判斷，將會產(chǎn)生非常嚴重的后果，實現(xiàn)安全監(jiān)測將非常難。儀器的選用可從以下幾個方面進行考慮：可靠性、堅固性、通用性、經(jīng)濟性、不同測量原理儀器的選用以及不同量程和精度儀器的選用。

監(jiān)測儀器務必符合監(jiān)測精度的要求以及量程的需要，此外，還需要具備優(yōu)良的可靠性和穩(wěn)定性，必須按時校準檢定，檢定資料、校核記錄齊全。同一監(jiān)測項目應使用相同的監(jiān)測儀器，監(jiān)測路線以及監(jiān)測方法必須一樣，盡可能在一樣的環(huán)境和條件下進行監(jiān)測，對監(jiān)測儀器定期維護。

準備工作完成后，再進行監(jiān)測，監(jiān)測實施一般可分3個階段進行，即測點布設階段、監(jiān)測階段及資料分析與整理階段。

3.2.1 測點布設階段

測點布設的原則為測點位置和數(shù)量應結(jié)合實際工程的工程性質(zhì)、工程特點、地質(zhì)條件、設計要求、施工工藝等綜合考慮[6]。布置在設計中的最不利位置和斷面的監(jiān)測點，能夠驗證設計數(shù)據(jù)。布置在相同工況下的最先施工部位的監(jiān)測點，能夠及時反饋信息，可以修改設計和指導施工。結(jié)構(gòu)內(nèi)測點（如拱頂下沉等）不能影響和妨礙結(jié)構(gòu)的正常受力，不能影響結(jié)構(gòu)的變形剛度和強度。表面變形測點選擇的位置是非常重要的，既要選擇能有效反映監(jiān)測對象的變形特征，又要選擇便于儀器觀測及測點保護的位置。在實施多項測試時，各類測點的布置在時間和空間上應互相結(jié)合，盡可能使同一位置能同時反映不同的變化量，以便發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在聯(lián)系以及變化規(guī)律。如果監(jiān)測點在施工過程中遭到破壞，必須盡快在原來的位置或其附近重新設置監(jiān)測點，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷鏈。

3.2.2 監(jiān)測階段

監(jiān)測點布設完成后，通過連續(xù)2～3次以上的觀測確定各監(jiān)測點的初始值，然后按監(jiān)測方案確定的監(jiān)測方法、周期、頻率和技術(shù)要求進行監(jiān)測。監(jiān)測是一項長期和連續(xù)的周期重復性工作，監(jiān)測過程中需要進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集時必須根據(jù)儀器的原理及監(jiān)測方案而制定的測試方法進行，數(shù)據(jù)采集必須堅持長期、連續(xù)、固定人員、固定時間、固定儀器、在相同的環(huán)境下進行，數(shù)據(jù)采集時需要使用專用表格進行記錄，并做好數(shù)據(jù)整理，保存好初始資料。對數(shù)據(jù)釆集的質(zhì)量控制需要做到：①確保基準點的穩(wěn)定性；②定期檢驗儀器設備；③保護好現(xiàn)場測點；④嚴守操作規(guī)程；⑤做好數(shù)據(jù)分析工作，剔除錯誤和粗差。

3.2.3 資料分析與整理階段

對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析時，看監(jiān)測數(shù)據(jù)是否達到允許值或報警值是最快捷的分析方法。若達到了設定的安全界限值則需要引起高度重視，必須盡快采取相應的應急措施。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可按照下面幾點進行：①從表中數(shù)據(jù)分析工程安全性；②從變形速率曲線圖和累計變化量曲線圖上判斷工程安全性；③從變形速率曲線圖和累計變化量曲線圖突變點分析工程安全性；④根據(jù)各監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)分析工程安全性；⑤根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)分析變形并做好預測。

對于監(jiān)測中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)或周邊環(huán)境不安全等異常情況，監(jiān)測組首先復核監(jiān)測數(shù)據(jù)并及時上報項目總工、駐地監(jiān)理、第三方監(jiān)測、總監(jiān)辦、安監(jiān)辦及安監(jiān)處，同時須加強現(xiàn)場監(jiān)測及巡視檢查，跟蹤分析、反饋監(jiān)測信息并預測變形發(fā)展趨勢，必要時增加監(jiān)測項目、加密監(jiān)測點位、啟動監(jiān)測應急搶險措施等。根據(jù)監(jiān)測信息及時采取針對性的安全技術(shù)措施，保證施工安全[7]。

監(jiān)測實施過程中還需要進行階段性監(jiān)測報告，階段性監(jiān)測報告分日報、周報、月報、停測報告及監(jiān)測總結(jié)報告。階段性監(jiān)測報告及時反饋給監(jiān)理單位，報告內(nèi)容重點包含以下幾項：工程概況、當前施工工況及監(jiān)測部位對應關(guān)系、監(jiān)測起算點位穩(wěn)定情況說明、采用的儀器設備及施工監(jiān)測方法詳述、現(xiàn)場巡視及監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析結(jié)論及評價、現(xiàn)場巡視檢查記錄、監(jiān)測結(jié)果匯總報表和分析曲線。日報的內(nèi)容應至少包括以下內(nèi)容：監(jiān)測數(shù)據(jù)成果、巡視表及工況、特殊情況說明、結(jié)論及建議。

4 總結(jié)

隨著城市建筑密集程度越來越高，豎井施工鄰近建筑物的情況也屢見不鮮。與明挖基坑類似，豎井開挖施工將不可避免地擾動周邊環(huán)境，改變了初始地層中的應力場和滲流場，從而引起了地層巖土體位移和變形，引起周邊地表及鄰近建筑物的沉降變形、傾斜甚至開裂，嚴重時可能造成一定的經(jīng)濟損失，甚至危害建筑物及周邊人員安全。本文根據(jù)沈陽地鐵的皇姑屯地鐵車站為實際案例，對地鐵車站的豎井監(jiān)測方案做了詳細的分析。在進行豎井監(jiān)測時，需要做到以下幾點：①豎井監(jiān)測要遵循安全性、系統(tǒng)性、可靠性等檢測原則；②豎井監(jiān)測實施前需要進行充分的準備工作，包括技術(shù)準備、儀器設備及物質(zhì)準備、人員組織準備和現(xiàn)場準備；③豎井監(jiān)測實施過程中需要分3個階段進行，即測點布設階段、監(jiān)測階段及資料分析與整理階段；④豎井監(jiān)測時要進行階段性監(jiān)測報告，要具備安全保證措施和環(huán)境保護措施。