地鐵施工監測重難點分析及存在問題對策研究

崔曉 許鋒 馬俊成 孫明峰

【摘? ? 要】：針對目前地鐵施工監測特點，分析了施工監測實施過程中技術、管理重難點及存在問題并給出了完善風險源識別和方案編制，建立合理的控制網，科學布點及初始值采集，加強數據分析及安全巡視，加強資料過程管理，積極推進技術創新，不斷完善人員、成本及組織管理，優化技術指標和全過程風險源監測等解決措施。

【關鍵詞】：地鐵；施工；監測；管理

【中圖分類號】：U231.3【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-30-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.010

Analysis of Key Difficulties and Research on Existing Problems in Subway

Construction Monitoring

CUI Xiao1， XU Feng1， MA Juncheng2， SUN Mingfeng1

（1. China Railway Liuyuan Group Co. Ltd.， Tianjin 300308，China；2. Dongguan Institute of Building Research Co. Ltd.，? Dongguan 523820，China）

【Abstract】：Aiming at the characteristics of subway construction monitoring at present， this paper analyzes the technical and management difficulties， existing problems in the process of construction monitoring，and gives some solutions such as improving risk source identification and program formulation， establishing reasonable control network， scientific location distribution and initial value collection， strengthening data analysis and security patrol， strengthening data process management， actively promoting technological innovation， constantly improving personnel， cost and organization management， optimizing technical indicators and risk source monitoring in the whole process， etc.

【Key words】：subway; construction; monitoring; management

地鐵大規模建設的同時，重大安全事故頻繁發生；為減少和預防地鐵安全事故的發生，必須加強地鐵建設過程的安全監測，施工監測是地鐵施工安全監測體系重要的組成部分。眾多學者對地鐵監測技術及生產管理方面行了研究：胡薛毅等[1]通過建立一種基坑安全狀態的安全評價等級和指標體系，將監測數據轉化為風險值，使基坑的安全狀態更加明確清晰；崔曉等[2]通過對地鐵第三方監測管理模式進行調查和分析，給出了監測管理模式合理化建議；張能等[3]、廖高毅[4]針對施工監測項目特點，研究設計了地鐵施工監測信息管理系統；何欽等[5]對人工、自動化監測模式進行對比分析，提出兩者協同應用的基本原則和建議參數。

本文對施工監測目的、特點、技術及管理重難點和目前存在問題進行分析并給出一些控制措施和合理化建議。

1 施工監測目的及特點

1.1 監測目的

1）對工程結構自身及周邊環境的穩定情況進行監測，通過預警機制對可能發生的風險及時預報，將可能發生的險情控制在初期。

2）為設計單位提供真實可靠的監測數據，作為驗證和不斷優化設計方案的重要依據。

3）為相關重難點工程科技攻關和科研創新提供監測數據。

1.2 監測特點

1）任務重：前期需埋設大量深基坑、區間及周邊建（構）筑物的監測點；實施過程中，對各類工程及周邊環境進行高頻次監測和巡視，數據異常時，進行4、6次/d，甚至1次/h的加密監測及巡視；完工后，仍需對周邊環境進行不定期的監測和巡視。

2）周期長：作為全過程監測技術服務項目，相較于一般市政、房建項目監測周期長，短則3～4 a、長則5～6 a。

3）測項多：包括樁（墻）頂水平（豎向）位移，樁（墻）體水平位移，支撐軸力，地表沉降，管線沉降，建（構）筑物沉降、傾斜、裂縫，地下水位，拱頂沉降，凈空收斂，現場巡視等。

4）關注度高：地鐵線路一般位于主城區，施工過程中，一旦發生安全事故，不僅造成重大經濟損失，還會造成巨大的社會影響。

5）精度高：地鐵建設過程中，線路經常大量正穿越老舊建（構）筑物、河流、高架橋梁、市政隧道、快速路、既有地鐵線路等，風險源等級較高，部分建（構）筑物、高架橋梁、既有地鐵線路對監測數據極為敏感；因此需提供高精度數據來反映工程自身及周邊環境的變化。

2 監測重難點

2.1 技術重難點

2.1.1 風險源識別

只有充分了解施工過程中的重大風險源才能把握監測重點，有效減少和杜絕安全事故。車站風險源包括鄰近重要建（構）筑物及管線，不良地質及水文條件，基坑開挖過程中的坑邊動態堆載，支撐架設過程的不規范操作以及后期施工過程增加的其他工程施工等。區間風險源包括盾構正側穿及鄰近重要建（構）筑物及管線，盾構始發到達，盾構穿越河流，盾構停機及開倉換刀，礦山法施工塌陷，涌水等。

項目前期，監測單位應詳細搜集各類資料和進行現場踏勘，對于已知的風險源應制定詳細的監測措施；對于項目實施中增加的風險源要做到動態更新，針對重大風險源特點不斷優化和調整監測方案。

2.1.2 方案編制

地鐵工程周邊環境、地質條件、施工工法、工序轉換等十分復雜，為科學開展監測工作，方案編制成為監測工作的重中之重。

開工前，監測單位應根據項目概況和特點編制適合本工程的監測實施方案，針對每個測項和風險源制定詳細具體的應對措施；同時及時上報監理、第三方監測等單位進行方案審核。當施工工法發生改變時，如明挖法改蓋挖法、盾構法改礦山法、礦山法隧道CRD法改CD法或上下臺階法等，應及時調整監測方案并重新進行方案報審，將新方案作為原方案的附件補充使用。

2.1.3 控制網建立

為真實反映變形情況，控制網的建立非常重要。水平位移監測基準網宜根據基坑結構特點建立獨立坐標系并設置多個檢核點；控制點宜采用強制對中裝置，減小對中誤差。豎向位移基準網宜根據車站或區間的周邊環境布設成附和水準網，采用顯性或隱性保護裝置，確保控制點穩定可靠[6]。監測過程中，需要定期對控制點進行復測，復測的精度不低于建網精度要求。當控制點被破壞或在測量過程中不方便使用時，應及時埋設新的控制點并提供新的坐標。每次監測前需對控制點穩定性進行檢核，確保點位的穩定。

2.1.4 監測點布設

地鐵施工監測布點環境極其復雜。主城區地鐵施工監測范圍內建（構）筑物眾多，建（構）筑物外部裝修尺度參差不齊；管線埋深、數量、走向錯綜復雜，部分院落私設管線較多且無詳細資料。基坑測斜管預埋和鋼支撐軸力計安裝過程中極易受現場施工影響，操作不規范容易造成測斜管堵塞、軸力計漏裝、破壞等情況發生。主干道地表沉降布點受行人、車流及市政、環衛部門等多重約束。礦山法施工現場空間狹小、多種作業交叉、環境惡劣。

宜成立布點小組，做好測斜管預埋，軸力計安裝，地表、管線及建（構）筑物沉降等監測點埋設技術交底；與施工單位、產權單位、街道、社區、市政和環保部門做好溝通，根據工程特點，編制專項布點方案，制定應急和安全保證措施，確保監測點高質量、高標準完成。

2.1.5 初始值采集

在初始值采集過程中應注意不同項目采集的時間，如樁（墻）體水平位移、地表及建（構）筑物沉降等，應在基坑開挖前采集；礦山法洞內監測等應在監測點布設完成后立即采集；盾構區間監測等應在盾構機達到前200 m完成初始值采集。初始值應獨立采集至少3次，取較差滿足要求的3次測量成果均值作為最終成果。當監測點破壞時，應及時進行恢復并重新采集初始值并將前期累計值進行疊加；同時還應建立監測點破壞及恢復臺賬，詳細記錄破壞及修復時間、破壞原因、補救措施等。

2.1.6 數據分析

地鐵監測項目眾多，監測數據量龐大，數據處理和分析成為了重點和難點。應加強數據的整理和復核，及時剔除粗差，對有效監測數據進行回歸分析，預測最終位移值和各階段的位移速率。結合現場施工工況，給出具體的監測結論和針對性的施工建議。

2.1.7 安全巡視

監測數據雖然能定量反映工程結構及周邊環境的變化情況，但科學的巡視卻可以直觀、迅速發現潛在和微小的異常變化[7]。安全巡視工作可以有效避免險情的發生，因此在日常及惡劣天氣監測過程中，要做好安全巡視工作。

巡視信息應第一時間通知各參建單位。重點巡視基坑圍護結構有無滲水、裂縫、流砂，基底是否積水；周邊堆載是否異常；支撐架設是否及時、支撐是否明顯變形；建（構）筑物有無裂縫、錯臺、傾斜等；管線及周邊地表有無裂縫、塌陷等異常情況。針對重難點工程及數據異常區域，應安排專人定點巡視，可現場巡視和監控視頻巡查相結合，提高工作效率，及早發現安全隱患。

2.1.8 資料整理

監測過程中會形成大量的過程資料和成果報告，文件資料的整理與歸檔成為另一大難點。

宜根據項目特點制定資料整理和歸檔制度，如按照施工監測方案，安全技術交底，項目管理制度，工作聯系單及險情報告，監測成果報告，會議紀要，項目培訓記錄，班前講話記錄，文件發送記錄，監測點破壞及恢復臺賬，區間掘進異常臺賬，人員、儀器臺賬，重大風險源臺賬，預警消警臺賬等不同文件類型分類整理。已完工的車站或區間，應第一時間按照歸檔要求，編制總結報告，進行歸檔資料的初步整理。

2.1.9 技術創新

積極開展例如提高測斜管預埋存活率，樁體水平位移數據修正，樁體水平位移監測點破壞后補救措施，混凝土支撐軸力監測數據異常分析，自動化監測及新技術應用，不良地質條件基坑變形規律及預測分析，基于多源信息融合的地鐵監測系統技術研究，地方及行業團體標準規范編制等的研究。對項目實施過程中一些經典案例和重點工程監測經驗進行總結，作為項目培訓學習及科研的重要支撐材料。

2.2 管理重難點

2.2.1 溝通協調

施工監測項目涉及的部門及單位眾多。在方案報審、點位埋設、監測點報驗、資料申報過程中需與建設單位、設計單位、監理單位、施工單位、產權單位、街道、社區、市政環保、交通等眾多部門做好溝通。應建立暢通的溝通機制，針對每個施工標段，建立專門的監測信息溝通群，將監測工作進展及監測數據第一時間發送各方，保證信息溝通順暢。

2.2.2 組織管理

施工監測過程復雜，生產管理組織難度大。生產中動態合理組織設備、人員的投入，通過編制健全合理的監測技術方案、嚴格執行各項制度、建立完善的質量體系等，為施工過程提供準確的監測信息及施工決策建議。定期組織開展安全、質量專項檢查活動，積極推進項目自查自糾，保證項目高質量高水平的完成。

2.2.3 成本管理

施工監測需要購買大量材料，如測斜管、水位管、分層沉降管、軸力計等，產生大量布點費用；如何控制成本成為了項目管理的難點。

應做好市場調研，選擇最優的材料供應商；采購中，應做到數據準確，避免浪費。如軸力計測線，不同位置的軸力計所需測線長度不同，不同位置安裝的軸力計量程不同；倡導節約用水、用紙、用電，提倡對地表監測點保護蓋、局部破損的測斜管等生產材料進行回收，在滿足要求的情況下重復利用等。

2.2.4 人員管理

1）思想教育。相較于勘察、設計、施工單位合同額而言，監測合同額往往較小且作為技術服務項目提供基礎數據，一般不直接涉及工程實體建設，參建單位難以對監測工作足夠重視；施工監測人員行業認同感不足，流動頻繁。

應通過開展一系列團建和思想教育活動等，增強監測人員的行業認同感、專業榮譽感。

2）技能培訓。監測作為一項技術服務型工作，對于員工的技術能力有著較高的要求。一名合格的監測人員不僅要熟悉監測理論知識、熟練操作各種監測儀器，還應充分了解地質、結構、施工等其他專業知識。

應根據工程進展不斷加強員工的專業技術培訓和繼續教育；同時為確保人員自身安全，監測人員的進場安全教育及過程安全教育培訓也是不可或缺的一部分。

3 存在問題及解決措施

3.1 自動化監測

3.1.1 自動化程度偏低

目前地鐵基坑圍護結構變形、周邊建（構）筑物、支撐軸力、地下水位、高大模板監測等方面自動化、智能化程度較低，僅僅依靠大量人力、物力來進行數據采集，當遇到如暴雨、大雪、臺風等惡劣天氣及突發公共安全事件影響時，往往無法及時采集數據，不能形成有效的全過程實時監測。

3.1.2 解決措施

考慮監測周期和成本等因素，建議地鐵重點部位或周邊環境復雜區域可優先采取自動化監測方案，其余區域采取常規人工監測的工作模式進行；人工監測+部分自動化協同監測的工作模式可較好解決惡劣天氣下重點工點無法實時監測，破解地鐵工程自動化監測程度低以及因為成本原因而難以推廣的問題。

3.2 監測指標

3.2.1 個別指標不合理

1）地下水位：部分監測圖紙常給出一個具體數值作為控制指標，如單次變化量不超過0.5 m/d、累計變化量不超過2 m。連續墻結構的深基坑采用坑內降水方式，地下水位監測可按上述監測指標進行實施。圍護樁結構且無止水帷幕的深基坑采用坑外降水方式，為達到較好施工效果，水位面常要求在基坑開挖面以下1.0 m，滲透系數較低的地層或無水的基坑采取明排方式，監測圖紙提供的水位控制值2 m便無參考意義。

2）樁（墻）體水平位移：部分監測圖紙在確定樁（墻）體水平位移控制值時常給出相對基坑深度H的變化值而忽略累計變化絕對值。如某基坑開挖深度為25 m，控制值為0.15%H～0.25%H，計算得37.5～62.5 mm，控制值明顯與實際監測要求不符；樁（墻）體水平位移控制值設定時，還應考慮不同地質情況，如砂卵石地層、膨脹性土、軟土、濕陷性黃土等不良地質，基坑變形規律本身就不同，單一的控制值無法有效指導監測工作開展。

3）建（構）筑物及管線沉降：部分監測圖紙在制定建（構）筑物及管線監測控制值時，常給出籠統指標，如10～30 mm；忽略建（構）筑物建設年代、結構形式、層高，管線類型、材料、敷設方式及時間等，控制值不明確常造成工作混亂。

4）支撐軸力：部分監測圖紙給出鋼支撐承載能力值而不給出鋼支撐軸力預警值和預加軸力值。構件承載能力設計值一般與鋼支撐材料、尺寸、長度等參數有關，而鋼支撐軸力監測預警值常與基坑變形情況有關，二者概念不同。鋼支撐軸力預加過小，鋼支撐架設存在支撐失效或墜落等風險；鋼支撐軸力預加過大，又會導致鋼圍檁變形或鋼支撐快速預警等情況發生。

5）區間地表沉降：部分監測圖紙在設定地表監測點布設間距時，給出一個寬泛的指標，如軸線監測點間距5～10 m、斷面間距50～100 m；而在監測實施過程中，軸線監測點間距為5 m、斷面間距30 m，部分位置斷面點加密布設。圖紙監測指標不能較好指導現場施工。

3.2.2 解決措施

結合地質特性、水文情況、施工工法及地鐵建設經驗，制定符合各省市地鐵建設特點的監測標準規范。此外，建設單位應加強對設計單位的技術管理，加強監測設計圖紙的審核，確保各測項給出科學、合理、具體、詳細的監測指標，避免因指標不合理和籠統造成大量監測數據頻繁預警，使得監測工作難以科學開展。

3.3 重大風險源監測

3.3.1 部分風險源缺少監測

1）高大模板監測：高大模板工程具有事故征兆少、應急時間短、逃生率低、容易造成群死群傷重大事故等特點。對高大模板進行實時監控，及時反饋模板的變形情況，防止安全事故發生十分必要；而目前大部分城市在深基坑車站、高架車站、高架區間、車輛段等模板施工中仍采用常規人工監測。

2）土體深層沉降監測：盾構掘進過程中常采用地表沉降監測的形式進行，但由于地層的滯后性，數據反饋至地面時，可能出現局部或大面積塌陷等情況；因此在盾構始發、到達，穿越河流、建（構）筑物等重大危險源時應加強土體深層沉降監測[8]。

3）管線改遷監測：管線改遷一般為工程前期，地鐵監測往往忽略這一階段。管線改遷一般采用頂管或明挖施工等形式，在城區主干道或老舊街道區域，豎井施工和頂管掘進階段仍存在較大風險。

4）其他項目：盾構機吊裝時常采用重型吊機，為防止吊車傾覆，吊裝階段應對基坑結構及地面進行監測；塔吊在車站施工階段起著重要作用，為避免塔吊傾斜發生事故，應對塔吊基礎、吊臂結構等進行監測。

3.3.2 解決措施

地鐵建設單位應將監測作為風險管控的重要手段，提升對安全監測工作的重視度，不斷完善監測管理制度等。持續加大對監測項目投資和關注度，對高大模板、土體深層沉降、管線改遷等風險源監測納入監測合同范圍，加大監測管控力度，推動監測行業健康、科學的發展。

4 結論

項目實施過程中應做好常規監測和安全巡視，加強監測數據分析，完善和細化報告結論及建議，建立暢通的信息溝通渠道；同時鼓勵員工拓寬知識面和注重工程相關專業經驗的積累，積極引進巖土、結構等專業人員，改變項目人員專業、年齡結構。監測單位應加強監測工作的內涵研究，提升監測工作技術附加值，加大新技術的研究與應用，提高監測的自動化、智慧化程度，做到監測過程環保、綠色、低碳、高效。

參考文獻：

[1]胡薛毅.深基坑變形的動態預測及安全性評價研究[D].武漢：武漢大學，2017.

[2]崔曉，許鋒.地鐵工程第三方監測管理模式現狀研究與建議[J].天津建設科技，2021，31（3）：45-48.

[3]張能，畢永清，李威.城市地鐵施工監測信息管理系統的設計研究[J].測繪與空間地理信息，2019，42（8）：119-120+123.

[4]廖高毅. 地鐵施工安全監測數據處理與管理技術研究[D].成都：西南交通大學，2017.

[5]何欽，張記峰，陳金鋒.人工和自動化基坑監測協同應用研究[J].廣東土木與建筑，2020，27（10）：76-79.

[6]張先鋒.地鐵工程測量技術指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[7]GB 50497—2019，建筑基坑工程監測技術標準[S].

[8]GB 50911—2013，城市軌道交通工程監測技術規范[S].