監(jiān)控量測技術(shù)在地鐵保護區(qū)近距離施工中的應(yīng)用

舒 波， 吳泰楨， 趙仕淞， 任 建

(成都地鐵運營有限公司，四川成都 610000)

隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，軌道交通以高速度、低能耗、高容納率、低污染等優(yōu)點成為公共交通系統(tǒng)的重要組成部分[1]。同時越來越多的項目沿地鐵線路開發(fā)，在項目的實施過程中可能會影響運營線路地鐵結(jié)構(gòu)的安全。因此監(jiān)測技術(shù)對運營線路地鐵結(jié)構(gòu)的安全性及施工項目自身安全具有重要現(xiàn)實意義。本文就以某地下通道頂管工程為例進行分析，為以后地鐵保護區(qū)近距離地下通道施工提供參考依據(jù)。

1 工程概況

該地下通道頂管工程下穿市政主干道，上跨地鐵運營一號線。通道頂板上部覆土厚度約4.5 m，依次為地面道路路面結(jié)構(gòu)層、雜填土、粉質(zhì)黏土、砂層、松散卵石，其中頂管穿越地層為松散卵石和稍密卵石，局部為砂層，地下水位處于地下14 m。該通道與地鐵1號線十字交叉，與地鐵隧道左右線垂直凈距約為3 m(圖1)。相交位置的地鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，隧道埋深約12 m。根據(jù)CJJ/T 202-2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》，判定該頂管工程對地鐵隧道作業(yè)影響等級為特級[2]。為確保地鐵運營線路與頂管施工安全，進行監(jiān)控量測是非常有必要的。

圖1 地下人行通道與地鐵1號線位置關(guān)系

2 監(jiān)測方案

2.1 地鐵1號線區(qū)間隧道監(jiān)測方案

2.1.1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的建立

由于地鐵運營的限制，人工監(jiān)測只能在列車停運后進行，時效性不能滿足要求，因此對地鐵運營隧道的監(jiān)測采用全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要包含GeoMoS軟件、徠卡TM50監(jiān)測機器人、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠?圖2)。

圖2 自動化監(jiān)測流程

GeoMoS軟件是由徠卡測量系統(tǒng)研發(fā)的自動化監(jiān)測軟件平臺，可以實現(xiàn)計算機遠(yuǎn)程控制和配置，可以按照既定的程序設(shè)置開展監(jiān)測作業(yè)，并實時反映當(dāng)前監(jiān)測對象的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。GeoMoS主要分為監(jiān)測器(Monitor)和分析器(Analyzer)，都連接于SQL Server數(shù)據(jù)庫。徠卡TM50實現(xiàn)了調(diào)節(jié)焦距、正倒鏡監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、辨別目標(biāo)、對準(zhǔn)作用等自動化功能，自動照準(zhǔn)(ATR自動目標(biāo)識別)角度精度達到0.5″，距離達3 000 m，監(jiān)測精度滿足監(jiān)測要求。無線數(shù)據(jù)傳輸主要使用3G、4G網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)終端(DTU)進行數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.2 監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

地鐵運營隧道的監(jiān)測項目主要為豎向位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、結(jié)構(gòu)收斂監(jiān)測、道床差異沉降四類?？刂浦笜?biāo)應(yīng)根據(jù)城市軌道交通的結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)要求及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50157《地鐵設(shè)計規(guī)范》、CJJ/T 202-2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》確定，監(jiān)測項目控制值見表1。

隧道監(jiān)測點位主要包含固定設(shè)站點、基準(zhǔn)點、監(jiān)測測點。固定設(shè)站點點位應(yīng)選取在頂管工程對隧道的影響范圍之外，且在基準(zhǔn)點與監(jiān)測測點之間相對穩(wěn)定的位置進行布置?；鶞?zhǔn)點包含2個基準(zhǔn)點組，選取在地下通道施工影響范圍外地鐵1號線上下行線洞身處各布置基準(zhǔn)點4個，并牢固的安置觀測棱鏡。監(jiān)測測點布置在隧道洞身斷面上，平面垂直交叉區(qū)3 m一個斷面，交叉區(qū)以外每隔10 m布置一個斷面，每個斷面布設(shè)5個棱鏡，分別為隧道道床2個、拱腰2個以及靠近地下通道側(cè)拱部位置1個，沿隧道洞身環(huán)向布置(圖3～圖5)。

表1 運營地鐵1號線監(jiān)測項目控制值

備注：監(jiān)測過程中，及時與洞外(地下通道)監(jiān)測聯(lián)動，并進行數(shù)據(jù)綜合分析。道床縱向差異沉降控制值為0.04%Li，Li為沿隧道軸向兩測點間距。

圖3 點位平面布置示意

圖5 區(qū)間隧道斷面測點埋設(shè)

2.1.3 計算方法的選取

地鐵區(qū)間隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，限制了許多監(jiān)測方法的使用，本項目主要選用極坐標(biāo)法進行計算。該方法是利用數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)原理，以兩個已知點為坐標(biāo)軸，以其中一個點為極點建立極坐標(biāo)系，測定觀測點到極點的距離，以及觀測點與極點連線和兩個已知點連線的夾角從而來計算觀測點坐標(biāo)的方法。其特點為方便靈活，能較好地避開各種遮擋，且工作效率高，適合于各種條件的監(jiān)測。

2.2 地表隆沉監(jiān)測

為監(jiān)控地下通道周圍土體的位移，了解土體穩(wěn)定性，對下穿通道與運營隧道的安全狀況間接判斷，應(yīng)進行地表監(jiān)測。監(jiān)測項目控制指標(biāo)參考頂管施工相關(guān)技術(shù)規(guī)范、設(shè)計要求和相關(guān)監(jiān)測經(jīng)驗，結(jié)合地區(qū)地層特性和項目特點確定(表2)。測點埋設(shè)主要采用窖井測點形式，利用人工開挖或鉆具成孔的方式進行埋設(shè)，要求穿透路面結(jié)構(gòu)層(圖6、圖7)。計算方法采用高程差計算，即利用測得的各監(jiān)測點與基準(zhǔn)點的高差計算監(jiān)測點隆沉情況。

表2 地下通道監(jiān)測項目控制值

(a) 測點設(shè)計

(b) 鉆孔

(c) 測點埋設(shè)圖6 地表沉降監(jiān)測點埋設(shè)示意

圖7 地表沉降斷面監(jiān)測設(shè)計(單位:mm)

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

該工程于6月18日始發(fā)，8月1日進入地鐵左線范圍，8月6日穿出地鐵左線外緣，8月10日進入地鐵右線范圍，8月13日穿出地鐵右線，順利完工。本文主要選取地鐵隧道結(jié)構(gòu)豎向與水平位移、地表沉降進行分析。

根據(jù)地鐵隧道區(qū)間監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：在頂管施工過程中對地鐵隧道的影響非常小，豎向位移最大隆起值0.54 mm(控制值：5 mm)；水平位移最大值為-0.79 mm(規(guī)范控制值：10 mm)；在施工過程中數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象(圖8、圖9)。

(a) 頂管機穿越右線隧道

(b) 頂管機穿越左線隧道圖8 地鐵隧道結(jié)構(gòu)豎向位移曲線

根據(jù)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：在頂管施工過程中對地表沉降的影響較大，部分監(jiān)測點位超過控制值，達到35 mm。具體數(shù)據(jù)分析如下：(1)盾構(gòu)頂管機穿越地鐵隧道左線過程中地表沉降遠(yuǎn)小于右線上方沉降值，主要原因為路面重新鋪設(shè)鋼板造成原有測點壓占、破壞，后期重新布設(shè)測點監(jiān)測，導(dǎo)致穿越過程中左線上方地表部分沉降值損失(刀盤擾動造成的沉降)。左線上方沉降值僅占右線上方沉降值的5 %～15 %，故說明施工造成沉降的主要原因為刀盤擾動造成的地層塌陷。(2)地表沉降值在-10 mm～-35 mm之間，遠(yuǎn)超出施工前評估值最大值-5 mm，且部分測點有沉浮現(xiàn)象，在實際施工過程中出現(xiàn)了塌陷及補注漿引起該現(xiàn)象(圖10)。

(a) 頂管機穿越右線隧道

(b) 頂管機穿越左線隧道圖9 地鐵隧道結(jié)構(gòu)水平位移曲線

圖10 地鐵保護區(qū)內(nèi)線路中線點累計沉降曲線

4 結(jié)束語

(1)地下通道頂管施工過程中，地鐵保護區(qū)內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)各個監(jiān)測項目的累計變化量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于控制值，無明顯異常，地鐵運營正常。

(2)施工期間由于刀盤擾動明顯甚至引起地表塌陷，地表沉降累計值超過控制值，應(yīng)在施工前對地層進行加固，施工完成后應(yīng)對地層進行補償注漿確保道路路面安全。

(3)結(jié)合地鐵隧道與地表監(jiān)測累計值分析，小面積塌陷不會影響地鐵隧道監(jiān)測值的突變。

(4)該工程地鐵保護措施有效，為以后類似的工程積累相關(guān)經(jīng)驗。