地鐵施工對(duì)上部建筑結(jié)構(gòu)安全性影響的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

李智慧，劉衛(wèi)景，劉文峰，郭興玲，楊 鵬

（1.青島地鐵集團(tuán)工程建設(shè)分公司，山東 青島 266000；2.江西飛尚科技有限公司，江西 南昌 330052）

0 引言

地鐵是城市現(xiàn)代化建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中緩解地面交通壓力的重要交通工具，城市地鐵大多貫穿于城市主干道和繁華區(qū)的地下。地鐵施工會(huì)引起周邊巖土變形，給地表建筑物及其附屬設(shè)施帶來(lái)安全隱患［1-2］。地鐵開(kāi)挖對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)，可能會(huì)引起地表及附近建筑物變形或沉降，危及附近建筑物的安全［3-4］。在地鐵施工過(guò)程中，采取何種措施和手段以保障地鐵項(xiàng)目自身及周邊建筑環(huán)境的安全是地鐵建設(shè)的一項(xiàng)重要工作［5］。地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)大、管理體系不科學(xué)等因素，導(dǎo)致地鐵施工重大安全事故頻頻發(fā)生，給社會(huì)造成了惡劣影響，并帶來(lái)了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失［6］。

施工監(jiān)測(cè)作為保證施工安全的一個(gè)重要手段，已經(jīng)在地鐵建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用?？茖W(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)地分析、預(yù)報(bào)地鐵施工對(duì)建（構(gòu)）筑物變形發(fā)展的影響，并以此來(lái)正確指導(dǎo)施工，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)分析和保存在地鐵施工過(guò)程中具有特別重要的意義［7］。結(jié)合施工期間三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)工況，駱建軍等［8］總結(jié)了北京地鐵四號(hào)線黃莊站在淺埋暗挖法施工下地表及拱頂沉降產(chǎn)生的原因及沉降規(guī)律，并提出控制沉降措施；邱冬煒等［9］對(duì)城市地鐵施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了探討，并指出施工監(jiān)測(cè)是保證施工安全和工程質(zhì)量十分重要的措施，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析涉及大量而復(fù)雜的計(jì)算、繪圖、地理定位和制表等工作，但施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)地鐵施工監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并及時(shí)給出安全預(yù)警；如何確保地鐵施工影響區(qū)環(huán)境安全，深圳地鐵提出了土建施工第三方監(jiān)測(cè)的概念，張成平等［10］詳細(xì)闡述了第三方監(jiān)測(cè)的目的、作用、管理體系、實(shí)施內(nèi)容和工作程序，論述了第三方監(jiān)測(cè)與業(yè)主、承包商、監(jiān)理之間的關(guān)系，實(shí)踐表明，第三方監(jiān)測(cè)是業(yè)主確保地鐵施工影響區(qū)環(huán)境安全的有效管理模式，在地鐵建設(shè)中極有推廣價(jià)值；印燈平［11］以上海地鐵9號(hào)線施工對(duì)港匯高層住宅樓實(shí)測(cè)為例，介紹了沉降監(jiān)測(cè)的實(shí)施方法，并分析了觀測(cè)成果，得出施工階段沉降變化的規(guī)律，對(duì)保障地鐵施工具有重要意義。

前人在在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面也做過(guò)很多研究，但應(yīng)用于具體工程的尚不多見(jiàn)。本文在傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)地上建筑物內(nèi)部沉降在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并應(yīng)用于工程實(shí)踐，對(duì)施工期地鐵隧道開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行全天侯數(shù)據(jù)收集，并利用云平臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)布監(jiān)測(cè)結(jié)果和預(yù)警信息，以期使相關(guān)人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解上部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，準(zhǔn)確分析地鐵施工對(duì)上部結(jié)構(gòu)物的影響，為地鐵安全施工提供有力指導(dǎo)。

1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安全性評(píng)估

1.1 預(yù)期效果

城市隧道開(kāi)挖具有不同于一般山嶺隧道開(kāi)挖的特殊性，大多具有淺埋、大跨等特點(diǎn)，其施工風(fēng)險(xiǎn)高、施工難度大、安全事故后果嚴(yán)重。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論分析表明，風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生存在多方面原因，既有內(nèi)在因素也有外在因素。地上建筑物是一個(gè)地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)密切作用的整體，上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形非常敏感，結(jié)構(gòu)的變形破壞機(jī)制復(fù)雜，形式多樣，受不均勻沉降和沉降速率變化的影響最大，破壞后果也更加嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)隧道施工引起的建筑物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評(píng)估，掌握建筑物當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，是后續(xù)施工過(guò)程中各種控制工作的基礎(chǔ)，對(duì)保護(hù)建筑物的安全至關(guān)重要。

傳統(tǒng)檢測(cè)是由人工定期用儀器到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)工作量大，受天氣、人工、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素的限制，存在一定的系統(tǒng)誤差和人為誤差。同時(shí)，人工檢測(cè)還存在不能及時(shí)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)，難以及時(shí)掌握工程的安全技術(shù)指標(biāo)等缺點(diǎn)。

在地鐵施工期間，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物沉降等可進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，從而真正保障地鐵施工期間周邊建（構(gòu)）筑物的安全。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是提供獲取建筑物結(jié)構(gòu)信息的工具，使決策者可以針對(duì)特定目標(biāo)做出正確的決策。本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)原則為：1）保證系統(tǒng)的可靠性；2）保證系統(tǒng)的先進(jìn)性；3）可操作和易于維護(hù)性；4）具有完整和擴(kuò)容功能；5）以最優(yōu)成本控制。

1.3 系統(tǒng)功能要求

該系統(tǒng)具有全方位、全天侯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力。可實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析、管理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)掌握工程整體運(yùn)行的安全狀態(tài)。

1）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地鐵周邊建筑物變形的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。可依據(jù)設(shè)定進(jìn)行定時(shí)采集、特殊事件采集等，無(wú)需人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

2）能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線傳輸。無(wú)需長(zhǎng)距離布設(shè)線纜、光纜，可有效保證系統(tǒng)的整體穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。系統(tǒng)具備應(yīng)答式和自報(bào)式2種方式，即可按設(shè)定的方式自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)測(cè)量或接收命令進(jìn)行選點(diǎn)、巡回檢測(cè)及定時(shí)檢測(cè)。

3）具備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能。

4）推斷結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的安全狀況。通過(guò)實(shí)施監(jiān)測(cè)得到豐富的數(shù)據(jù)樣本，通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)分析功能，獲得施工作業(yè)環(huán)境的影響因素。

5）自動(dòng)預(yù)警/報(bào)警。當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常時(shí)，在監(jiān)測(cè)中心以聲音以及警示燈方式進(jìn)行報(bào)警，并通過(guò)短信及時(shí)通知相關(guān)人員。

6）資料管理及歷史資料存儲(chǔ)。可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，顯示各項(xiàng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的歷史變化過(guò)程及當(dāng)前狀態(tài)，為安全生產(chǎn)管理提供簡(jiǎn)單明了、直觀有效的參考信息；安全監(jiān)測(cè)管理分析模塊具備基礎(chǔ)資料管理、測(cè)量參數(shù)設(shè)定、監(jiān)測(cè)內(nèi)容適時(shí)發(fā)布、圖形報(bào)表制作、數(shù)據(jù)分析及綜合預(yù)警等功能。

7）與相關(guān)部門(mén)數(shù)據(jù)互連和數(shù)據(jù)共享查詢。能夠?qū)崿F(xiàn)：工程安全監(jiān)測(cè)信息在公司內(nèi)部及主管部門(mén)的多級(jí)共享；安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)、管理及維護(hù)；系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)發(fā)布。

2 萬(wàn)隆商廈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安全監(jiān)測(cè)要求

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

萬(wàn)隆商廈地基軟弱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且多次改擴(kuò)建后造成許多結(jié)構(gòu)缺陷，存在多處結(jié)構(gòu)性安全隱患。萬(wàn)隆商廈建設(shè)在承載力僅有140 kN/m2的軟弱地基上，且后期經(jīng)過(guò)改擴(kuò)建（將原來(lái)L形（6層）和方形（3層）部分加高至9層）。圖1所示粗實(shí)線即沉降縫所在位置。原有1—3層的沉降縫依然存在，4—6層的沉降縫在擴(kuò)建過(guò)程中無(wú)法與原結(jié)構(gòu)水平連接，7—9層在擴(kuò)建時(shí)已通過(guò)水平梁連接為一體。整棟建筑在1—6層為分體結(jié)構(gòu)，7—9層合為一體。

圖1 萬(wàn)隆商廈內(nèi)部沉降縫位置示意圖Fig.1 Positions of settlement joints ofWanlong Mall

經(jīng)過(guò)調(diào)取1992年萬(wàn)隆商廈的地基設(shè)計(jì)圖發(fā)現(xiàn)：當(dāng)時(shí)的地基設(shè)計(jì)在沉降縫兩側(cè)采用了不同的方案。L形部分的地基較寬，配筋多；方形部分的地基寬度小，配筋少。因此，該樓目前必然會(huì)產(chǎn)生較大的沉降量。圖1還標(biāo)示了首層平面布置與地鐵隧道的相對(duì)位置。

萬(wàn)隆商廈6層以上的平面布置如圖2所示。6—9層的大量客房布置大大增加了結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，且7—9層不再保留原有結(jié)構(gòu)的沉降縫，改為整體框架式結(jié)構(gòu)，而這樣的結(jié)構(gòu)改建往往存在結(jié)構(gòu)上的安全隱患。一旦沉降縫兩側(cè)產(chǎn)生不一致的豎向沉降或者水平位移，必然會(huì)引發(fā)上部結(jié)構(gòu)的附加受力和變形，嚴(yán)重時(shí)可能引起上部結(jié)構(gòu)不可修復(fù)的損壞或破壞。該建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樓內(nèi)住戶眾多，結(jié)構(gòu)損壞或破壞必然會(huì)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)損失，并造成不良的社會(huì)影響。

圖2 萬(wàn)隆商廈6層以上的平面布置（單位：mm）Fig.2 Plan layoutof floors ofWanlong Mall above the6th floor（mm）

2.2 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)《建筑物變形測(cè)量規(guī)范》，沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)能全面反應(yīng)建筑物及地基變形特征，并結(jié)合地質(zhì)情況、建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及本項(xiàng)目的實(shí)際情況，沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在以下位置：

1）為了盡量避免地鐵施工對(duì)地面產(chǎn)生的沉降影響，主要監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇在距離本次監(jiān)測(cè)建筑60 m的位置。

2）考慮到暗挖區(qū)間對(duì)地面建筑物的影響，沉降測(cè)點(diǎn)在區(qū)間上方的，沿建筑物橫軸的柱上布置。

3）考慮到受沉降槽寬度的影響，沉降觀測(cè)點(diǎn)在近似垂直于區(qū)間掘進(jìn)方向的縱軸及其輔助軸線上布置。

4）在建筑的四角、建筑裂縫、后澆帶和沉降縫的兩側(cè)進(jìn)行布置。

2.3 結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案

1）如圖1所示，在靠近掘進(jìn)方向的縱軸5—6軸線之間，在該沉降縫周邊垂直于地鐵線方向設(shè)置多個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2）沿著掘進(jìn)方向的橫軸C—D軸線之間，靠近C軸線的沉降縫、垂直于地鐵線方向設(shè)置多個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3）考慮到2條沉降縫的交叉點(diǎn)形成的結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)，建議在軸線C和軸線6交點(diǎn)附近區(qū)域布置多個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

最終的測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示，圖3中標(biāo)注出的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本覆蓋了地鐵隧道上方的施工影響區(qū)。

圖3 萬(wàn)隆商廈沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.3 Layout of settlementmonitoring points forWanlong Mall

根據(jù)《建筑物質(zhì)量鑒定報(bào)告》，沉降縫對(duì)建筑物地基變形最敏感，地基變形對(duì)建筑物損害最直觀。綜合以上情況并經(jīng)幾方討論，建議對(duì)以上測(cè)點(diǎn)的沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，以對(duì)施工期周邊建筑物的安全提供更為有效、科學(xué)的依據(jù)。

2.4 監(jiān)測(cè)設(shè)備選型和采集制度

建筑物不均勻沉降監(jiān)測(cè)擬采用壓差式變形測(cè)量傳感器FS-LTG-Y200。其技術(shù)指標(biāo)為：量程為200 mm，靈敏度為0.2 mm，綜合精度為±0.2%FS，輸出RS485數(shù)字信號(hào)，供電為24 V DC（7～24 V DC），采集頻率為5 min/次。

3 基于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集傳輸和預(yù)警系統(tǒng)

云計(jì)算（cloud computing）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通常通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。狹義云計(jì)算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需資源；廣義云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需服務(wù)，這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)，也可以是其他服務(wù)。它意味著計(jì)算能力也可作為一種商品通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行流通。云其實(shí)是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻，過(guò)去在圖中往往用云來(lái)表示電信網(wǎng)，后來(lái)也用來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。

云服務(wù)中心系統(tǒng)將在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與云計(jì)算有機(jī)結(jié)合，搭建起強(qiáng)大的技術(shù)支撐平臺(tái)，將各單一項(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯總整合，形成地方性或行業(yè)性的整體安全監(jiān)測(cè)中心，以方便各級(jí)分管單位統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控管理。

云服務(wù)中心系統(tǒng)以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，綜合管理在線監(jiān)測(cè)的各類(lèi)靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（沉降、傾斜、裂縫等），統(tǒng)一完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)據(jù)、報(bào)表、站點(diǎn)、權(quán)限、參數(shù)、任務(wù)的管理等功能。系統(tǒng)采用多層結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)模擬、安全評(píng)估、預(yù)警等融為一體，如圖4所示。

圖4 云服務(wù)中心系統(tǒng)示意圖Fig.4 System of cloud service center

3.1 云平臺(tái)系統(tǒng)功能簡(jiǎn)述

系統(tǒng)能夠提供良好的人機(jī)交互界面，便于使用者操作，可提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、結(jié)構(gòu)健康分析報(bào)告推送、異常氣象條件下實(shí)時(shí)分析推送、異常預(yù)警短信、郵件通知等功能。

1）拓?fù)?。目前，web端已經(jīng)裝載GIS地圖模塊，應(yīng)用打開(kāi)后能直觀地看到當(dāng)前業(yè)主下所有結(jié)構(gòu)物的地理位置和當(dāng)前結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

2）安全儀表盤(pán)。通過(guò)軟件端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，根據(jù)專(zhuān)家評(píng)估，并依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等給出結(jié)構(gòu)物安全狀態(tài)評(píng)分。

3）報(bào)表及告警拓?fù)洹８鶕?jù)結(jié)構(gòu)物數(shù)據(jù)分析結(jié)果，定期給業(yè)主方提供報(bào)表，并對(duì)結(jié)構(gòu)物的健康狀況按等級(jí)給出告警狀態(tài)。

4）預(yù)告警管理。對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生告警的監(jiān)測(cè)項(xiàng)，業(yè)主方可以直接進(jìn)入預(yù)告警模塊進(jìn)行告警信息的查看和確認(rèn)。

5）工作報(bào)表。為了更全面地分析結(jié)構(gòu)物狀態(tài)變化，web端可將監(jiān)測(cè)到的結(jié)構(gòu)物狀態(tài)按周期為業(yè)主提供分類(lèi)報(bào)表，包括日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表、異常數(shù)據(jù)報(bào)表、專(zhuān)家評(píng)分報(bào)表等。

6）數(shù)據(jù)查詢。為便于業(yè)主方對(duì)結(jié)構(gòu)物的安全監(jiān)測(cè)，軟件將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢功能，并對(duì)歷史數(shù)據(jù)可提供查看和打印功能。

7）推送服務(wù)。對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的告警信息和周期報(bào)表，軟件將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)推送功能。

8）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)了不同用戶和推送等級(jí)的管理。

9）SPI/API。用戶可以通過(guò)SPI/API方式訪問(wèn)云計(jì)算服務(wù)中心的數(shù)據(jù)接口，通過(guò)數(shù)據(jù)接口，用戶可以查看和下載關(guān)心的數(shù)據(jù)；同時(shí)，提供了二次開(kāi)發(fā)的支持，用戶可以使用數(shù)據(jù)接口，構(gòu)建自己的管理系統(tǒng)。

3.2 監(jiān)測(cè)預(yù)警值

3.2.1 周邊建（構(gòu)）筑物重要性等級(jí)的劃分

按照建筑物的重要性不同，國(guó)家規(guī)范將建筑物劃分為3級(jí)。

1）I級(jí)。古建筑物、近代優(yōu)秀建筑物，重要的工業(yè)建筑物，10層以上高層、超高居民用建筑物，大于24 m的地上構(gòu)筑物及重要的地下構(gòu)筑物。其破壞后果很?chē)?yán)重，具有重大國(guó)際影響或非常嚴(yán)重的國(guó)內(nèi)政治影響，經(jīng)濟(jì)損失巨大。

2）II級(jí)。一般的工業(yè)建筑物，4—6層的多層建筑物，7—9層中高層民用建筑物，10—24層的地上構(gòu)筑物，一般地下構(gòu)筑物。其破壞后果嚴(yán)重，政治影響嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)損失較大。

3）III級(jí)。次要工業(yè)建筑物，1—3層的底層民用建筑物，小于10 m的地上構(gòu)筑物，次要地下構(gòu)筑物。其破壞后果一般，有一定的政治影響和經(jīng)濟(jì)損失。

3.2.2 周邊建（構(gòu)）筑物控制指標(biāo)

依據(jù)建筑物重要性等級(jí)不同，允許沉降的控制值如表1所示。

3.2.3 工程監(jiān)測(cè)報(bào)警值

工程監(jiān)測(cè)報(bào)警值應(yīng)以監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)變化量和變化速率值兩個(gè)值控制。

表1 建（構(gòu)）筑物控制指標(biāo)參考值Table 1 Control standards for settlement of buildings（structures）

3.2.4 周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警值的極限值

周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警值的極限值應(yīng)根據(jù)主管部門(mén)的要求確定。如無(wú)具體規(guī)定，可參考表1和表2確定。

表2 不均勻沉降的預(yù)報(bào)警值及措施Table 2 Alarming values of differential settlement and countermeasures

參考GB 50007—2011中關(guān)于地基變形的規(guī)定，對(duì)于砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行局部?jī)A斜控制，砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱墻6～10 m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值為：對(duì)于中、低壓縮性土為0.002，對(duì)于高壓縮性土為0.003；對(duì)于框架結(jié)構(gòu)和單層排架結(jié)構(gòu)應(yīng)由相鄰柱基的沉降量控制，單層排架結(jié)構(gòu)（柱距為6 m）柱基的沉降量為200 mm，框架結(jié)構(gòu)對(duì)于中、低壓縮性土的沉降差為0.002l，對(duì)于高壓縮性土的沉降差為0.003l（l為相鄰柱基的中心距離）。

本系統(tǒng)選擇表2所示的預(yù)警和報(bào)警等級(jí)，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，必須立即報(bào)警。1）當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值；2）周邊建筑物的結(jié)構(gòu)部分、周邊地面出現(xiàn)可能發(fā)展的變形裂縫或較嚴(yán)重的突發(fā)裂縫。若情況比較嚴(yán)重，應(yīng)立即停止施工，并對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊的保護(hù)對(duì)象采取應(yīng)急措施。

3.3 雙重預(yù)警功能

3.3.1 系統(tǒng)報(bào)警

預(yù)警信息是根據(jù)用戶在設(shè)備設(shè)置里進(jìn)行配置得來(lái)的，用戶配置閥值會(huì)與系統(tǒng)采集的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，如果采集的數(shù)值比設(shè)置的閥值大，則會(huì)觸發(fā)報(bào)警功能，用戶會(huì)在進(jìn)入系統(tǒng)的第一時(shí)間得知報(bào)警數(shù)據(jù)。

3.3.2 短信報(bào)警

短信報(bào)警可根據(jù)設(shè)置的級(jí)別發(fā)送手機(jī)預(yù)警信息?？稍谙到y(tǒng)中添加報(bào)警時(shí)需要通知的用戶，并根據(jù)不同的用戶添加不同的報(bào)警等級(jí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按照?qǐng)?bào)警的級(jí)別進(jìn)行短信發(fā)送。例如：若用戶被設(shè)置的報(bào)警等級(jí)為一級(jí)，系統(tǒng)會(huì)將所有的報(bào)警發(fā)送給此用戶，若用戶被設(shè)置的報(bào)警等級(jí)為二級(jí)，只有系統(tǒng)發(fā)生黃色預(yù)警（二級(jí)預(yù)警）時(shí)才會(huì)發(fā)送給該用戶。

4 沉降監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例

在地鐵施工尚未進(jìn)入萬(wàn)隆商廈之前，系統(tǒng)已開(kāi)始工作。每小時(shí)自動(dòng)測(cè)試12個(gè)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目監(jiān)測(cè)期持續(xù)到地鐵作業(yè)完全穿越整棟建筑物的施工影響區(qū)。

分別選擇臨近左線的P19—P23沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，臨近右線的P6—P8和P18測(cè)點(diǎn)，以及遠(yuǎn)離左線和右線施工影響區(qū)的P26測(cè)點(diǎn)，P26是人工監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比的參考點(diǎn)。通過(guò)這些測(cè)點(diǎn)的高程變化，分析施工工藝參數(shù)對(duì)沉降和隆起的影響，以便更好的指導(dǎo)施工，減小地鐵施工對(duì)建筑物的影響。最后通過(guò)人工測(cè)量手段，對(duì)在線監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

4.1 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

圖5為2014年1月9日—3月16日左線測(cè)點(diǎn)P19—P23相對(duì)于P26的高程變化。圖5中實(shí)心水平黑色線表示注漿施工，空心水平線表示開(kāi)挖施工。左線的3次注漿時(shí)段內(nèi)，周邊測(cè)點(diǎn)持續(xù)隆起。注漿后的開(kāi)挖期，多數(shù)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)少許沉降。

由圖5可看出，左線在1月16—25日注漿期間，多數(shù)測(cè)點(diǎn)持續(xù)隆起，距離作業(yè)面最近的P20測(cè)點(diǎn)隆起幅度最大；2月22日—3月2日再次注漿，距離作業(yè)面最近的P19測(cè)點(diǎn)隆起幅度最大；3月13—16日又啟動(dòng)注漿，測(cè)點(diǎn)P19和P20已顯現(xiàn)出隆起態(tài)勢(shì)。

圖5 左線周邊測(cè)點(diǎn)沉降隔山Fig.5 Settlement/heave measured atmonitoring points near left tunnel tube

圖6為2014年1月9日—3月16日右線測(cè)點(diǎn)P6—P8和P18相對(duì)于P26的高程變化。在右線3次注漿時(shí)段內(nèi)，右線周邊測(cè)點(diǎn)不斷隆起，在開(kāi)挖過(guò)程中，多數(shù)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)少許沉降。

由圖6可看出，右線在1月9—16日注漿期間，右線測(cè)點(diǎn)隆起幅度差別不大；2月13—21日再次注漿，右線測(cè)點(diǎn)又一次劇烈隆起，距離作業(yè)面最近的P7測(cè)點(diǎn)隆起幅度最大；3月2—11日又開(kāi)始注漿，右線測(cè)點(diǎn)繼續(xù)隆起，距離作業(yè)面最近的P6測(cè)點(diǎn)隆起幅度最大，距離作業(yè)面最遠(yuǎn)的P8測(cè)點(diǎn)隆起幅度最小。在注漿結(jié)束后的開(kāi)挖過(guò)程中，多數(shù)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)少許沉降。

圖6 右線周邊測(cè)點(diǎn)沉降Fig.6 Settlement/heavemeasured atmonitoring points near right tunnel tube

在2014年春節(jié)停工期內(nèi)（1月26日—2月7日），所有測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都非常穩(wěn)定，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)波動(dòng)小于1 mm。特別是在萬(wàn)隆商廈停業(yè)期間，絕大多數(shù)測(cè)點(diǎn)的高程波動(dòng)均小于0.3 mm。

4.2 在線監(jiān)測(cè)與人工測(cè)量結(jié)果對(duì)比

為了印證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)結(jié)果的可信度。自2014年1月10日開(kāi)始，飛尚科技有限公司在萬(wàn)隆商廈2樓地面選擇了與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器距離最近的8個(gè)靠近立柱裝修層最近的位置進(jìn)行標(biāo)高的人工測(cè)量，以驗(yàn)證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出沉降數(shù)據(jù)的正確性。在長(zhǎng)達(dá)2個(gè)多月的對(duì)比觀測(cè)中，發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工測(cè)量的結(jié)果吻合度很好。

圖7為1月10—28日期間2樓地面的人工測(cè)點(diǎn)（PP6，PP18和PP20）相對(duì)于在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)（P6，P18和P20）的標(biāo)高變化情況。這些測(cè)點(diǎn)都是距離在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)P6，P18和P20最近的人工測(cè)點(diǎn)，布置在靠近測(cè)點(diǎn)立柱的2樓地面。從起伏變化規(guī)律看，其一致性很好，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)偏差小于1 mm，人工測(cè)量結(jié)果與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的結(jié)果吻合度很高。

圖7 人工測(cè)量與在線監(jiān)測(cè)的結(jié)果比較Fig.7 Comparison and contrast between manual monitoring results and on-linemonitoring results

4.3 檢測(cè)結(jié)果對(duì)地鐵施工的指導(dǎo)作用

通過(guò)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，開(kāi)挖前的超前加壓注漿造成的地面隆起值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)挖引起的沉降值?？刂谱{壓力和注漿速度可以很好的控制隆起量。通過(guò)隆起量控制可以適當(dāng)?shù)氐窒_(kāi)挖引起的沉降量，使地鐵開(kāi)挖對(duì)建筑物的影響降到最小。

5 結(jié)論

1）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解上部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，準(zhǔn)確分析地鐵施工對(duì)上部結(jié)構(gòu)物的影響。

2）傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物外圍人工監(jiān)測(cè)不能準(zhǔn)確反映地上建筑物的內(nèi)部變形，必須引入覆蓋地鐵施工影響區(qū)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化。

3）基于云平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其預(yù)警體系建設(shè)可以提供更全面及時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤和預(yù)警，以指導(dǎo)地鐵安全施工，保障地鐵施工區(qū)的地上建筑結(jié)構(gòu)的安全。

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