某運(yùn)營地鐵搶險工程的安全監(jiān)測

周 山,包志軒,賀躍光,邵磊森

(1.廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司,廣東 廣州 510034;2.長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南 長沙 410004)

某運(yùn)營地鐵搶險工程的安全監(jiān)測

周 山1,包志軒2,賀躍光2,邵磊森2

(1.廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司,廣東 廣州 510034;2.長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南 長沙 410004)

以某運(yùn)營地鐵K19+933～K20+092區(qū)間段夾層板開裂隧道結(jié)構(gòu)搶險工程為對象,對搶險工程及相鄰建(構(gòu))筑物和地表進(jìn)行安全監(jiān)測。采用自動化監(jiān)測拆除夾層板的施工段和受影響的臨近段;采用人工監(jiān)測隧道上部基坑及其周邊環(huán)境。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:基坑卸土后,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍地表發(fā)生沉降,圍護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)墻朝基坑內(nèi)部傾斜,北側(cè)墻則背離基坑;夾板拆除后,南線地鐵隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,兩側(cè)墻朝內(nèi)側(cè)傾斜,隧道頂板底和板輕微隆起,隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,無需安裝支撐。

運(yùn)營地鐵;搶險;安全監(jiān)測;自動化監(jiān)測

城市地鐵處于特性復(fù)雜的淺表地層中,其整體結(jié)構(gòu)自投人建設(shè)到后期運(yùn)營,受外界因素影響較大。這些因素出現(xiàn)在已運(yùn)營地鐵上方或基坑開挖、管線架設(shè)、道路鋪設(shè)及房屋建設(shè)等周邊工程擾動隧道周圍土體,并對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一系列復(fù)雜影響。這些不確定性因素一旦發(fā)生,將導(dǎo)致突發(fā)性結(jié)構(gòu)變形、開裂[1]。實(shí)時安全監(jiān)測,可直觀反映結(jié)構(gòu)及其周圍地表的變形情況,并對其未來狀況進(jìn)行預(yù)測。

1 搶險工程概況

1.1 工程險情

現(xiàn)場勘察表明,連日大雨加上方基坑排水不暢,導(dǎo)致基坑內(nèi)大量積水,隧道頂板部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水,夾層板與頂板間有大量蓄水,最深處超過1 m;該隧道變形段側(cè)墻發(fā)現(xiàn)細(xì)小裂縫,頂板無明顯裂縫,整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;夾層板中部出現(xiàn)縱向裂縫,區(qū)間段出現(xiàn)夾層板中部向下凹陷嚴(yán)重,下沉最大處達(dá)30 cm;夾層板與隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁結(jié)合處出現(xiàn)滲水。這表明該段夾層板與隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁結(jié)合處已發(fā)生剪切破壞,如不及時處理,將可能發(fā)生坍塌,并可能引發(fā)災(zāi)難性后果。

1.2 緊急搶險措施

夾層板突然開裂后,已勒令地面基坑停止填土,南線段地鐵停開。根據(jù)現(xiàn)場情況,實(shí)施初步搶險工作:對夾層板上及隧道內(nèi)部的積水和淤泥進(jìn)行清理,對可能失穩(wěn)的夾層板段進(jìn)行支撐,以免破裂進(jìn)一步擴(kuò)大。隨后,擬對已經(jīng)遭破壞的夾層板進(jìn)行拆除,同時進(jìn)行地面基坑卸荷處理,初步要求卸土至頂板上覆土為3～4 m。對于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形以及滲漏水的隧道段,需要進(jìn)行地面基坑監(jiān)測、上(下)行隧道的自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測項目

結(jié)合搶險方案,監(jiān)測項目包括:運(yùn)營隧道結(jié)構(gòu)的收斂和底板變形;隧道上部周圍地表沉降;基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂位移和沉降。采用自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測相結(jié)合的方法,其中:隧道內(nèi)部采用自動化監(jiān)測,明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍地表采用人工監(jiān)測[2—3]。各監(jiān)測項目和監(jiān)測頻率見表1。

表1 監(jiān)測項目監(jiān)測頻率Table 1 Monitoring project and monitoring frequency

2.2 監(jiān)測方法

誰知，楊力生不說這話，楊秋香火氣還小點(diǎn)，一說這話，楊秋香氣得幾乎暈倒在地?！澳恪恪彼徚艘豢跉?，很快眼里似噴火一般，大聲嚷起來：“楊力生，你是不是不打算和我過了？要是不打算和我過就早早說話！”

1)傳感器自動化監(jiān)測系統(tǒng)

隧道結(jié)構(gòu)主體應(yīng)變和收斂的傳感器分別選擇應(yīng)變計和位移計,它們均為振弦式傳感器。底板沉降采用靜力水準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)測,靜力水準(zhǔn)儀為液位傳感器。數(shù)據(jù)采集器通過采集振弦式傳感器的頻率,并將頻率直接換算為傳感器本身的應(yīng)變或位移,通過傳輸線路到達(dá)接收終端。液位傳感器采用壓力敏感傳感器,傳感器將壓力的變化轉(zhuǎn)化為電信號,通過內(nèi)置軟件將電信號換算成液位變化,然后,通過傳輸線路,將液位變化數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮战K端。靜力水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在施工區(qū)影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域,基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在地鐵站內(nèi)。

2)全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測

全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測程序[4—7]如圖1所示。

圖1 全站儀自動化監(jiān)測程序Fig.1 Automation monitoring program at the total station

3)人工監(jiān)測

①沉降監(jiān)測。采用閉合線路或附合線路,進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量,滿足變形監(jiān)測的“三定”要求。按規(guī)范規(guī)定要求,觀測數(shù)據(jù)的各項限差,并進(jìn)行控制。②位移監(jiān)測。采用前方交會、導(dǎo)線測量和后方交會法對工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查,用小角度法和極坐標(biāo)法對各變形監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

2.3 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

在施工區(qū)對應(yīng)的2號線南線位置YDK19+ 970～YDK20+042,監(jiān)測斷面按7.5 m布設(shè),將擺設(shè)儀器位置做適當(dāng)調(diào)整。每個斷面布設(shè)自動化監(jiān)測點(diǎn)7個,應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)5個,橫向收斂監(jiān)測點(diǎn)1個,底板沉降監(jiān)測點(diǎn)1個。結(jié)構(gòu)斷面監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)斷面監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)Fig.2 The layout diagram of structure section monitoring points

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂位移、沉降及地表沉降沿基坑方向按20 m布設(shè)一點(diǎn),地表沉降點(diǎn)距離基坑3～5 m。隧道上部基坑斷面布設(shè)如圖3所示。

圖3 隧道上部基坑監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)Fig.3 The layout diagram of tunnel excavation monitoring points

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 地鐵隧道上部基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)

地鐵隧道上部基坑和周邊地表監(jiān)測結(jié)果分別如圖4～6所示。

1)為確定地鐵隧道施工區(qū)間段上部土層厚度是否滿足不超過3～4 m的要求,需對基坑坑底地面現(xiàn)狀進(jìn)行縱斷面測量。測得坑底平均高程為30 m,而隧道頂板標(biāo)高為26.5 m,故隧道施工區(qū)上部基坑內(nèi)卸土達(dá)到要求厚度。

圖4 地表沉降與時間的關(guān)系Fig.4 The relationship between surface subsidence and the monitoring time

圖5 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降與時間的關(guān)系Fig.5 The relationship between the subsidence of foundation supporting structures and the monitoring time

圖6 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂水平位移與時間的關(guān)系Fig.6 The relationship between the horizontal displacement of the pile foundation supporting structures and the monitoring time

2)基坑北側(cè)地表最大沉降為3.9 mm;基坑南側(cè)地表最大沉降為4.6 mm。基坑周圍地表土體沉降量小,隧道周圍土體穩(wěn)定。

3)12月20日開始基坑卸土。隨著卸土量的增加,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)開始沉降,最大沉降為2.8 mm;趨于穩(wěn)定后,各監(jiān)測點(diǎn)的沉降均值為2.5 mm,表明基坑側(cè)墻沉降變形較小。

4)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的南側(cè)墻受到主動土壓力,水平位移為正,表明其位移方向朝向基坑,最大變形為1.7 mm;北側(cè)墻受到被動土壓力,水平位移為負(fù),表明其位移方向背離基坑,最大變形為1.4 mm。由于地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體靠近基坑南側(cè),基坑土體卸荷時土體發(fā)生應(yīng)力重分布。對圍護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)墻的作用較對北側(cè)墻的大。圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)墻位移總體穩(wěn)定,可預(yù)測。

3.2 洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

施工段結(jié)構(gòu)具體情況分別如圖7～11所示。

1)12月8日前南側(cè)墻的橫向變形在—1～0.5 mm之間浮動,變化小,穩(wěn)定;12月8日后所有斷面的側(cè)墻橫向變形均出現(xiàn)較大變化,變形的最大值為2.45 mm,之后趨于穩(wěn)定。北側(cè)墻橫向變形趨勢如同南側(cè)墻的,變形的最大值為2.35 mm。12月8日將支撐卸下,側(cè)墻失去支撐后向變形,變形趨勢朝向隧道內(nèi)側(cè)。南、北側(cè)墻橫向變形的最小斷面均為YDK20+029和YDK20+036.5,處于夾層板嚴(yán)重裂縫區(qū)。拆除支撐之前,夾層板對側(cè)墻的支撐效果已減弱,側(cè)墻產(chǎn)生一定變形。支撐拆除后,殘余支撐力對該段側(cè)墻橫向變形的影響不大,對其他斷面的影響則大一倍以上。

圖7 隧道南側(cè)墻橫向變形與時間的關(guān)系Fig.7 The relationship between the south side of the tunnel wall lateral deformation value and the monitoring time

圖8 隧道底板南測點(diǎn)縱向變形與時間的關(guān)系Fig.8 The relationship between tunnel floor measuring point south longitudinal deformation values and the monitoring time

圖9 隧道頂板縱向變形與時間的關(guān)系Fig.9 The relationship between tunnel roof longitudinal deformation value and the monitoring time

圖10 隧道橫向收斂與時間的關(guān)系Fig.10 The relationship between tunnel lateral convergence and the monitoring time

圖11 南線軌道沉降差與時間的關(guān)系Fig.11 The relationship between south line track differential settlement subsidence and the monitoring time

2)底板在夾層板支撐拆除前均處于穩(wěn)定狀態(tài),縱向變形處于—0.6～0.2 mm之間;夾層板支撐拆除后,縱向位移變大,南測點(diǎn)縱向變形的最大值為1.1 mm,北測點(diǎn)縱向變形的最大值為0.9 mm。至12月8日將支撐拆除,產(chǎn)生卸荷,隧道整體結(jié)構(gòu)自重減輕,底板在周圍土體壓力作用下產(chǎn)生輕微隆起。南側(cè)測點(diǎn)的底板隆起程度比北側(cè)測點(diǎn)的大,表明整個底板不均勻隆起,需參考左、右軌道差異沉降進(jìn)行計算,以確保變形在允許范圍內(nèi)。底板變形雖一直增加,未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),但總變形很小,之后不需要進(jìn)行搶險施工中的實(shí)時監(jiān)測,監(jiān)測頻率滿足日常監(jiān)測即可。

3)夾層板拆除施工完成后,開始進(jìn)行頂板位移監(jiān)測。從圖9中可以看出,夾層板拆除后的一段時間內(nèi),頂板縱向位移處于緩慢變形中,位移方向背離隧道朝基坑底隆起,縱向位移最大處位于YDK19+977.5斷面,其最大值為—2 mm。由于夾層板支撐拆除,兩側(cè)側(cè)墻朝隧道內(nèi)部擠壓,加之頂板上覆土層過薄,造成頂板上拱。

4)12月8日之前,各斷面橫向收斂值在—0.8～1.5 mm之間,且大部分收斂值為正,表明隧道整體結(jié)構(gòu)在橫向上輕微外擴(kuò),這是因為進(jìn)行夾層板拆除施工作業(yè)時設(shè)置有支撐架。12月8日后,收斂值變?yōu)樨?fù),表明結(jié)構(gòu)的橫向開始收斂。這是因為橫向支撐裝置拆除后,兩側(cè)墻朝隧道內(nèi)側(cè)傾斜,收斂的最大值為—4.5 mm。在警戒值以下,但由于YDK19+970等多個斷面收斂繼續(xù),存在安全隱患,需繼續(xù)對其觀測,直至收斂值趨于平穩(wěn)。

5)YDK20+006.5斷面左、右軌道沉降差的最大值為1.3 mm;其余斷面左、右軌道沉降差的最大值為0.7 mm。各區(qū)間段軌道沉降差均處于警戒值以下,建議對YDK20+006.5斷面附近區(qū)域的軌道沉降差進(jìn)一步跟蹤監(jiān)測。

4 結(jié)論

1)隧道施工區(qū)上部基坑內(nèi)卸土達(dá)到要求深度,符合安全要求?；有锻梁?其圍護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍地表發(fā)生沉降,圍護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)墻朝基坑內(nèi)部傾斜,北側(cè)墻則背離基坑。夾板拆除后,南線地鐵隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生三維變形,兩側(cè)墻朝內(nèi)側(cè)傾斜,隧道頂板和底板輕微隆起,總變形幅度較小。施工結(jié)束后,隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,無需安裝支撐。

2)采用自動化與人工相結(jié)合的實(shí)時動態(tài)監(jiān)測方法,經(jīng)濟(jì)合理,且為運(yùn)營地鐵隧道搶險工程施工安全提供了保障,并對類似工程具有借鑒與指導(dǎo)意義。

[1] 北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司.GB 50911—2013,城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.(Beijing Urban Construction Exploration&Surveying Design Research Co., Ltd..GB 50911—2013,Code for the monitoring measurement of urban rail transit engineering[S]. Beijing:China Architecture&Building Press,2013. (in Chinese))

[2] 北京市規(guī)劃委員會.GB 50308—2008,城市軌道交通工程測量規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008. (Beijing Municipal Commission of Urban Planning. GB 50308—2008,Code for the urban rail transit engineering survey[S].Beijing:China Architecture& Building Press,2008.(in Chinese))

[3] 中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 8—2007,建筑變形測量規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.(Ministry of Development of the People’s Republic of China. JGJ 8—2007,Code for the deformation measurement of buildings and structures[S].Beijing:China Architecture&Building Press,2007.(in Chinese))

[4] 賀躍光,熊莎,吳盛才.基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的某地鐵基坑工程安全風(fēng)險模糊評價[J].工程勘察,2013(9):47—50,55.(HE Yue-guang,XIONG Sha,WU Sheng-cai. Furry evaluation of safety risk based on the monitoring data of a subway foundation pit engineering[J]. Geotechnical Investigation&Surveying,2013(9): 47—50,55.(in Chinese)) [5] 吳楠.基于深基坑施工期風(fēng)險評估的安全指數(shù)研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2011(3):604—608.(WU Nan.Study of safety index system based on risk assessment in the construction of deep excavation project[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2011(3):604—608.(in Chinese))

[6] 衛(wèi)建東,包歡,徐忠陽,等.基于多臺測量機(jī)器人的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].測繪學(xué)院學(xué)報,2005(2):154—156. (WEI Jian-dong,BAO Huan,XU Zhong-yang,et al. Research on the monitoring network system with georobot[J].Journal of Institute of Surveying and Mapping,2005(2):154—156.(in Chinese))

[7] 賀躍光,吳盛才,徐鵬.城市地鐵安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與處理[J].工程勘察,2011(12):46—49,54.(HE Yueguang,WU Sheng-cai,XU Peng.Data processing and analysis methods for safety monitoring of city subway[J].Geotechnical Investigation&Surveying, 2011(12):46—49,54.(in Chinese))

The security monitoring of emergency work in an operating subway

ZHOU Shan1,BAO Zhi-xuan2,HE Yue-guang2,SHAO Lei-sen2
(1.Guangdong Zhonggong Architectural Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510034,China; 2.College of Traffic and Transportation Engineering,Changsha University of Science&Technology,Changsha 410004,China)

Taken the section from K19+933 to K20+092 of the tunnel structure of which the sandwich plate is cracked of an operating subway as the research object,security monitoring of the emergency project and the adjacent buildings(structures)and the ground surface was operated.Automatic monitoring was applying to the section of which the sandwich plate was removed and the section which is affected.The upside foundation pit of the tunnel and the ambient enviroment was artificially monitored.The settlement of the retaining structure for foundation pits and the surrounding ground after the excavation unloading soil was shown by the monitoring data,as well as the south wall of the retaining structure tilting toward the inner place of the the foundation pit,the north wall tilting away from the foundation pit.The monitoring data also showed that after the removal of the sandwich palte,the south part of the metro tunnel structure deformed from the walls of both side tilting inby,the roof and the bottom of the tunnel slightly raised, the tunnel structure is stable and reliable and no need for installing the support.

operating subway;emergency project;security monitoring;automatic monitoring

U456.3

A

1674—599X(2015)04—0038—05

2015—08—29

周 山(1973—),男,廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司高級工程師。