深基坑開(kāi)挖及隧道下穿對(duì)既有地鐵車(chē)站影響的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)分析

文 /張 博

隨著城市軌道交通建設(shè)的飛速發(fā)展，地鐵線路正在加速布局成網(wǎng)，新建線路與既有運(yùn)營(yíng)線路的銜接施工逐步增多，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了一定的安全影響[1]。在新舊線路銜接過(guò)程中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握運(yùn)營(yíng)線路的安全狀態(tài)是眾所關(guān)心的；但是運(yùn)營(yíng)線路客流量大、運(yùn)行車(chē)輛間隔密集，行車(chē)區(qū)域封閉，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方法已不能滿足工程需要。

地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)或監(jiān)測(cè)傳感器、工控機(jī)、通信傳輸設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成[2]，具有全天候工作、不與地鐵車(chē)輛運(yùn)行互相影響、實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、快速處理數(shù)據(jù)、及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息等特點(diǎn)，能實(shí)時(shí)有效地監(jiān)控既有線道床、結(jié)構(gòu)的水平位移、沉降、收斂等安全狀態(tài)并將監(jiān)測(cè)成果及時(shí)反饋設(shè)計(jì)、施工部門(mén)，對(duì)信息化施工起到指導(dǎo)作用。

1 工程概況

既有1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站為地下2層，車(chē)站埋深約17 m，施工時(shí)已預(yù)留9號(hào)線下穿段主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁。新建工程包括9號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站、下穿1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站暗挖段和9號(hào)線鐵興區(qū)間。9號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站為地下3層，與1號(hào)線呈T字型交叉，采用明挖法施工，基坑開(kāi)挖深度約26 m；9號(hào)線下穿1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站采用暗挖法施工；9號(hào)線鐵興區(qū)間采用明挖法施工，基坑開(kāi)挖深度約25 m。見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 深基坑與既有地鐵車(chē)站關(guān)系

圖2 下穿隧道與既有地鐵車(chē)站關(guān)系

2 監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)

1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度約100 m，為9號(hào)線基坑臨近1號(hào)線車(chē)站、暗挖下穿段的投影對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度，根據(jù)平面位置關(guān)系，利用里程和坐標(biāo)精確定位。正射投影范圍每5 m布設(shè)一處監(jiān)測(cè)斷面，共布設(shè)5個(gè)斷面（斷面6～10）；擴(kuò)大投影范圍東西方向各外延40 m，每8 m設(shè)一處斷面（變形縫兩側(cè)各布設(shè)一個(gè)），共設(shè)10個(gè)斷面；車(chē)站共布設(shè)15個(gè)斷面。每個(gè)斷面布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，道床2個(gè)，結(jié)構(gòu)側(cè)壁2個(gè)，分別編號(hào)“1～4號(hào)點(diǎn)”。見(jiàn)圖3。

圖3 1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)

2.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)由工控機(jī)控制智能型全站儀TS30按照既定程序自動(dòng)完成周期監(jiān)測(cè)；每周期測(cè)量結(jié)束后，將原始觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)無(wú)線路由等設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心利用后處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地計(jì)算分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量與變形趨勢(shì)。正常情況下，每天進(jìn)行4個(gè)周期的測(cè)量，形成監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)。

3 沉降數(shù)據(jù)分析

新建工程對(duì)既有地鐵1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站產(chǎn)生沉降影響存在4個(gè)主要施工階段，以下僅對(duì)變形較為顯著的既有車(chē)站道床、結(jié)構(gòu)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中右線的沉降變形與左線的變形量、變形趨勢(shì)基本具有一致性，數(shù)據(jù)分析以左線為例。

3.1 階段一

9號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站深基坑明挖施工：基坑開(kāi)挖至26 m，低于1號(hào)線既有車(chē)站底板約9 m，臨近既有車(chē)站第一塊底板澆筑完成。此階段因土體開(kāi)挖，局部卸載，導(dǎo)致基坑附近地基隆起變形，既有地鐵車(chē)站左線各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的隆沉累計(jì)值普遍在±2.8 mm以內(nèi)，隆起最大變形量為2.8 mm（斷面9-2號(hào)點(diǎn)），近基坑側(cè)4號(hào)點(diǎn)比遠(yuǎn)基坑側(cè)1號(hào)點(diǎn)隆起量要小約0.5 mm。見(jiàn)圖4。

圖4 階段一各斷面沉降變形

3.2 階段二

9號(hào)線鐵興區(qū)間深基坑明挖段施工：基坑自開(kāi)挖至底板澆筑完成，此時(shí)新建鐵西廣場(chǎng)站基坑臨近既有車(chē)站的四段頂板澆筑完成，準(zhǔn)備進(jìn)行下穿隧道段導(dǎo)洞施工。此階段因土體開(kāi)挖，局部卸載，導(dǎo)致基坑附近地基繼續(xù)隆起變形，既有地鐵車(chē)站左線各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的變形量隆起累計(jì)值普遍在5.5 mm以內(nèi)，隆起最大變形量為5.4 mm（斷面9-2號(hào)點(diǎn)）。見(jiàn)圖5。

圖5 階段二各斷面沉降變形

3.3 階段三

下穿1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站導(dǎo)洞開(kāi)挖施工：自暗挖段導(dǎo)洞施工左右導(dǎo)洞二襯施工全部完成，中洞準(zhǔn)備施工。此階段因下穿暗挖段左、右導(dǎo)洞開(kāi)始施工，既有地鐵車(chē)站左線斷面6、7及斷面9、10正下方開(kāi)挖，導(dǎo)致相應(yīng)位置出現(xiàn)下沉變形。中部隆起值較前階段有所回落，最大隆起量為2.5 mm（斷面9-2號(hào)點(diǎn)），中部位置1、4號(hào)點(diǎn)的相對(duì)高差由前階段的約-0.8 mm變?yōu)榧s-1.8 mm。見(jiàn)圖6。

圖6 階段三各斷面沉降變形

3.4 階段四

下穿1號(hào)線鐵西廣場(chǎng)站中洞圍護(hù)樁破除：自中洞圍護(hù)樁破除全部完成至中洞二襯施工完成，跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，停止監(jiān)測(cè)。此階段因下穿暗挖段中洞開(kāi)始施工，既有地鐵車(chē)站左線監(jiān)測(cè)斷面7～9正下方開(kāi)挖且既有地鐵車(chē)站施工時(shí)為9號(hào)線下穿預(yù)設(shè)的兩排支撐樁全部破除，導(dǎo)致斷面7～9下沉明顯，斷面8的1號(hào)點(diǎn)沉降量最大，約-3.3 mm，4號(hào)點(diǎn)約-0.1 mm，中部形成明顯的不均勻沉降槽。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的變形量總體上表現(xiàn)為中部沉降，最大變形量為約-3.3 mm（斷面8-1號(hào)點(diǎn)）。見(jiàn)圖7。

圖7 階段四各斷面沉降變形

4 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與信息反饋

以上4個(gè)施工階段的有序銜接，從變形監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，變形規(guī)律明顯，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，既有車(chē)站變形量一直處在可控范圍。為更好地指導(dǎo)和服務(wù)施工，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)做了大量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與信息反饋，主要分為4個(gè)類型：正常監(jiān)測(cè)周期的日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)上報(bào)（存在每個(gè)施工階段）；既有車(chē)站道床與結(jié)構(gòu)的隆起、回落、沉降等關(guān)鍵階段，變形統(tǒng)計(jì)與變形趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析[3]；安全風(fēng)險(xiǎn)易變情況下的專項(xiàng)跟蹤實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋；高風(fēng)險(xiǎn)施工工序的專項(xiàng)跟蹤實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋。見(jiàn)表1。

5 總結(jié)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在監(jiān)控既有運(yùn)營(yíng)地鐵安全狀態(tài)中的應(yīng)用愈加廣泛，準(zhǔn)確獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，服務(wù)和指導(dǎo)施工，主要體現(xiàn)以下幾點(diǎn)：

1）監(jiān)測(cè)斷面的布設(shè)范圍，應(yīng)充分覆蓋變形影響區(qū)域并適當(dāng)向外延伸；易受變形影響區(qū)域，需加密布設(shè)斷面，以全面掌握差異、不均勻變形；

2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析與預(yù)測(cè)應(yīng)貫穿始終，特別在安全風(fēng)險(xiǎn)易變、施工轉(zhuǎn)序、特殊部位施工等階段；

3）4種類型的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與信息反饋，使標(biāo)準(zhǔn)化施工警鐘長(zhǎng)鳴，為優(yōu)化施工工藝提供數(shù)據(jù)支撐，與專項(xiàng)施工措施形成印證，面對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的高壓，從監(jiān)控角度方面保證了既有車(chē)站變形在安全可控狀態(tài)；

4）現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)做到根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不斷反饋，及時(shí)優(yōu)化施工工藝與制定有效措施，將安全隱患縮減至最小。

表1 主要的既有地鐵車(chē)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與信息反饋

6 展望

對(duì)既有地鐵產(chǎn)生較高安全影響的新建地鐵工程或其他市政工程，應(yīng)參考類似工程的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在風(fēng)險(xiǎn)源設(shè)計(jì)、安全評(píng)估、施工方案編制等方面，綜合考慮相互平面與剖面位置關(guān)系、地質(zhì)條件、支護(hù)形式、施工工藝、施工專項(xiàng)措施等多個(gè)因素；同時(shí)，應(yīng)建立科學(xué)的變形分析預(yù)測(cè)模型[4]，利用變量因子將新建工程的施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與既有線的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建統(tǒng)一關(guān)系，增強(qiáng)分析預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。