城市地鐵建設(shè)第三方監(jiān)測技術(shù)探討及部分測項(xiàng)研究

【摘要】根據(jù)中華人民共和國安全生產(chǎn)法，業(yè)主委托獨(dú)立于城市地鐵設(shè)計(jì)方、施工方和監(jiān)理方，以具有相應(yīng)資質(zhì)的單位作為第三方監(jiān)測，從而在地鐵施工期間對地鐵施工沿線一定范圍內(nèi)的地表、道路、管網(wǎng)、重要建（構(gòu)）筑物等進(jìn)行沉降和水平位移進(jìn)行監(jiān)測，為業(yè)主提供及時(shí)、可靠的用以評定地鐵施工對周邊環(huán)境影響的監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息，并對可能發(fā)生的安全隱患或事故進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，使有關(guān)部門有時(shí)間做出相應(yīng)決策，避免重大事故的發(fā)生。由于城市地鐵和城市軌道交通施工的特殊性，為了加強(qiáng)對其施工和運(yùn)營階段的監(jiān)測，提前預(yù)知和避免不必要的損失，第三方監(jiān)測就尤其重要。文章結(jié)合西安市地鐵2號線南延段第三方監(jiān)測實(shí)例，論述了第三方監(jiān)測各監(jiān)測項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)方法，并對其中部分測項(xiàng)的實(shí)施及數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了研究。文中以會展中心站至三爻站暗挖區(qū)間地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)了淺埋暗挖法施工過程中該隧道地表沉降的一種變化趨勢及規(guī)律，分析了該區(qū)間地表沉降嚴(yán)重的原因，為隧道的正常、安全、順利施工提供了保障。

【關(guān)鍵詞】城市地鐵；第三方監(jiān)測；地表沉降

第三方監(jiān)測的實(shí)施，是業(yè)主為地鐵工程土建施工加設(shè)的一道安全防線，適合我國在重大工程建設(shè)領(lǐng)域與國際接軌的要求。第三方監(jiān)測可對承包商的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督、對比和檢驗(yàn) ，并利用現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和預(yù)測[1]，可為發(fā)包人提供及時(shí)、可靠的信息用以評定地鐵結(jié)構(gòu)工程在施工期間的安全性及施工對周邊環(huán)境的影響，并對可能發(fā)生的危及環(huán)境安全的隱患或事故提供及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，以便及時(shí)采取有效措施，避免事故的發(fā)生。

1、研究內(nèi)容

西安市地鐵二號線會展中心至韋曲南站段（含韋曲南站站后配線及潏河停車場出入段線）的地鐵基坑、隧道及站線結(jié)構(gòu)物外緣兩側(cè)30m范圍內(nèi)（或2倍基坑開挖深度或2倍隧道埋深范圍）的地下建（構(gòu)）筑物、地下管線、地表及道路等。本工程第三方監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：

（1）圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測

（2）圍護(hù)樁（土）體變形監(jiān)測

（3）支撐軸力監(jiān)測

（4）隧道拱部下沉監(jiān)測

（5）隧道內(nèi)凈空收斂監(jiān)測

（6）建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測

（7）地下管線沉降監(jiān)測

（8）地表沉降監(jiān)測

（9）地下水位監(jiān)測

2、作業(yè)方法、數(shù)據(jù)計(jì)算與成果分析

2.1道路地表及建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測

地表沉降監(jiān)測點(diǎn)布置于受施工影響范圍內(nèi)的地表，工程的重大風(fēng)險(xiǎn)源應(yīng)加密布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)；建（構(gòu)）筑物的沉降監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)于受施工影響范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物的主要墻角或柱基上，及不同結(jié)構(gòu)分界處的兩側(cè)等[2]。地表及建（構(gòu)）筑物沉降觀測采用幾何水準(zhǔn)測量方法，使用Trimble DiNi03電子水準(zhǔn)儀觀測。

觀測完成后形成原始電子觀測文件，通過數(shù)據(jù)傳輸處理軟件傳輸至計(jì)算機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)檢驗(yàn)或測量平差計(jì)算 ，最后求出每個(gè)觀測點(diǎn)的當(dāng)期變化量、累計(jì)變化量及變化速率等數(shù)據(jù)[3]。監(jiān)測點(diǎn)預(yù)警判斷分析原則如下：①將階段變形速率及累計(jì)變形量與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷警戒狀態(tài)情況。②如階段變形速率或累計(jì)變形值大于預(yù)警值而小于控制值則為預(yù)警狀態(tài)，如數(shù)據(jù)顯示大于控制值時(shí)，為報(bào)警狀態(tài)，如數(shù)據(jù)顯示達(dá)到警戒標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合巡視信息，綜合分析施工進(jìn)度、施工措施情況，查看附近支護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、地表表觀變化情況，進(jìn)行綜合判斷；③當(dāng)分析確認(rèn)有異常情況時(shí)，應(yīng)立即通知有關(guān)各方采取措施。

2.2圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測

監(jiān)測點(diǎn)按第三方監(jiān)測設(shè)計(jì)圖紙布點(diǎn)位置在基坑四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂上設(shè)置，布置的原則為：①測點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在基坑圈梁、圍護(hù)樁的頂部等較為固定的地方，以設(shè)置方便，不易損壞，且能真實(shí)反映基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂部的側(cè)向變形為原則；②邊長大于30m的按間距30m布點(diǎn)（按四舍五入原則計(jì)），小于30m的，按1點(diǎn)布置；結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置處增加布置測點(diǎn)；③測點(diǎn)設(shè)置強(qiáng)制對中標(biāo)志或在圍護(hù)樁頂部貼反射片。

觀測記錄采用全站儀測量記錄程序進(jìn)行，觀測時(shí)可完成各項(xiàng)限差指標(biāo)控制，觀測完成后形成電子原始觀測文件，通過數(shù)據(jù)傳輸處理軟件傳輸至計(jì)算機(jī)，使用控制網(wǎng)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，得出各點(diǎn)坐標(biāo)。

通過各期變形觀測點(diǎn)二維平面坐標(biāo)值，計(jì)算投影至垂直于基坑方向的矢量位移，并計(jì)算各期階段變形量、階段變形速率、累計(jì)變形量等數(shù)據(jù)。

2.3圍護(hù)樁（土）體變形監(jiān)測

測點(diǎn)布置于主體基坑圍護(hù)樁體內(nèi)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍土體內(nèi)。監(jiān)測儀器采用CX-06A型測斜儀以及配套PVC測斜管。

數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先必須設(shè)定好基準(zhǔn)點(diǎn)，圍護(hù)樁樁體變形觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)一般設(shè)在測斜管的底部。當(dāng)被測樁體產(chǎn)生變形時(shí)，測斜管軸線產(chǎn)生撓度，如圖2-1所示。用測斜儀確定測斜管軸線各段的傾角，便可計(jì)算出樁體的水平位移。設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)為O點(diǎn)，坐標(biāo)為（X0，Y0），于是測斜管軸線各測點(diǎn)的平面坐標(biāo)由下列兩式確定：

當(dāng)或>0時(shí)，表示向X軸或Y軸正向傾斜，當(dāng) 或<0時(shí)，表示向X軸或Y軸負(fù)向傾斜，由上式可計(jì)算出測斜管軸線各測點(diǎn)水平位置，比較不同測次各測點(diǎn)水平坐標(biāo)，便可知道樁體的水平位移量。

2.4地下管線監(jiān)測

本監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)采集及分析處理同地表及建筑物沉降監(jiān)測相關(guān)內(nèi)容。

2.5地下水位監(jiān)測

地下水位監(jiān)測可采用鋼尺水位計(jì)，鋼尺水位計(jì)的工作原理是在已埋設(shè)好的水管中緩慢向下放入水位計(jì)測頭，當(dāng)測頭接觸到水面時(shí)，啟動訊響器，此時(shí)讀取測量鋼尺在管頂位置的讀數(shù)，每次觀測讀數(shù)兩次，取平均值，每次讀取管頂讀數(shù)對應(yīng)的管頂位置應(yīng)一致，并固定讀數(shù)人員。根據(jù)管頂高程、管頂與地面的高差，即可計(jì)算地下水位的高程和埋深。

2.6洞內(nèi)拱頂沉降及隧道凈空收斂監(jiān)測

拱頂沉降觀測采用精密水準(zhǔn)測量方法，洞壁收斂采用數(shù)顯式數(shù)字收斂計(jì)進(jìn)行監(jiān)測?；c(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在穩(wěn)固不受施工影響的區(qū)域并應(yīng)定期與地面水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測。

隧道內(nèi)空收斂量測在鋼尺上選擇一個(gè)適當(dāng)孔位，將鋼尺套在尺架的固定螺桿上?？孜坏倪x擇應(yīng)能使得鋼尺張緊時(shí)支架與百分表（或數(shù)顯表）頂端接觸且讀數(shù)在0～25mm的范圍內(nèi)。擰緊鋼尺壓緊螺帽，并記下鋼尺孔位讀數(shù)。

隧道拱部沉降數(shù)據(jù)處理及分析和地表沉降觀測的數(shù)據(jù)處理及分析一致。

3、監(jiān)測實(shí)例

本文以西安市軌道交通2號線南延段工程會展中心站至三爻站區(qū)間的第三方監(jiān)測為例，詳細(xì)說明第三方監(jiān)測的方法。

3.1工程概況

從2號線一期終點(diǎn)會展中心站引出后，沿長安路南行，其間下穿西安繞城高速，線路最終南行進(jìn)入三爻站。長安南路為城市主干道，車流量大，道路下有多條市政地下管線。區(qū)間穿f11、f12兩條地裂縫。在區(qū)間南北兩側(cè)處有多棟建筑物離線路較近。

3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工工法

采用礦山暗挖法施工。區(qū)間斷面為單線單洞馬蹄形隧道，最小線間距13m，線路為單面坡，最大坡度15.168‰。

3.3監(jiān)測工作內(nèi)容

（1）監(jiān)測對象和項(xiàng)目

本區(qū)間主要的監(jiān)測對象及監(jiān)測項(xiàng)目如表3-1所示。

2）監(jiān)測頻率

現(xiàn)場監(jiān)測頻率如表3-2所示。

（3）作業(yè)方法

監(jiān)測作業(yè)的實(shí)施方法如本文第二節(jié)中所述。

（4）成果分析

本區(qū)間施工周期長，擾動大，對地表及建（構(gòu)）筑物的影響較大。本區(qū)間穿兩條地裂縫，并下穿西安繞城高速立交橋，兩者皆屬重大風(fēng)險(xiǎn)源，在城市地鐵區(qū)間工程中較為典型。同時(shí)，地裂縫在國內(nèi)城市中屬少見的地質(zhì)情況，對于地裂縫區(qū)域工程的監(jiān)測，沒有先例可以借鑒。

本文選取會展中心至三爻站暗挖區(qū)間2號豎井隧道地表沉降項(xiàng)目為例，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖3-1為地表沉降時(shí)程曲線圖。

從圖3-1中可以看出：在監(jiān)測過程中，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)位在隧道開挖面前50m之前，沉降速率很小，累計(jì)沉降量一般都在0mm～10mm之間，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)位在隧道開挖面后20m～50m范圍內(nèi)時(shí)，點(diǎn)位沉降速率明顯增大，最大點(diǎn)位沉降速率達(dá)到4.47mm/天，最大累計(jì)沉降量達(dá)到約9cm。當(dāng)開挖面過監(jiān)測點(diǎn)位約50m后，沉降點(diǎn)位趨于穩(wěn)定。根據(jù)《西安地鐵2號線南延段巖土工程勘察報(bào)告》，人工填土在YDK21+160～YDK21+500段，填土厚度達(dá)2.7～10.0m，且主要以雜填土為主。由此可以看出，上述情況發(fā)生的主要原因?yàn)椋河捎陔s填土層受暗挖施工擾動影響較大，是本區(qū)間的重大風(fēng)險(xiǎn)源。但上述情況顯示，沉降速率是有一定規(guī)律的，只要發(fā)現(xiàn)此規(guī)律，就能在點(diǎn)位沉降急劇時(shí)采取一定的措施，避免因停止施工引起的工程事故及各種損失。

結(jié)論：

綜上所述，在第三方監(jiān)測中地表沉降速率的變化是有規(guī)律可循的，只要仔細(xì)研究大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)及沉降曲線圖，我們就能發(fā)現(xiàn)一定的規(guī)律，從而更好的保障城市地鐵的安全施工。

目前我國在建地鐵第三方監(jiān)測多采用人工方法進(jìn)行，浪費(fèi)了大量的人力、物力及財(cái)力。監(jiān)測工作智能化與自動化的實(shí)現(xiàn)需要測繪工作者進(jìn)一步的探索與努力。今后隨城市地鐵工程內(nèi)容的不斷豐富，城市地鐵第三方監(jiān)測項(xiàng)目也將不斷的完善與成熟，相信我國城市地鐵第三方監(jiān)測技術(shù)將在很短的時(shí)間內(nèi)有一個(gè)很大的發(fā)展，并步入世界先進(jìn)行列。

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