地鐵變形監(jiān)測方法的探討

【摘要】城市交通問題，已經(jīng)成為城市社會無法面對的通病，地鐵便捷性和可靠性恰好可以彌補這個缺陷。由于地鐵施工與周邊環(huán)境緊密相關(guān)，因此，地鐵變形監(jiān)測是保證安全的重要手段之一。本文在這里詳細探究地鐵變形監(jiān)測的內(nèi)容和方法。

【關(guān)鍵詞】地鐵;變形;監(jiān)測

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

18.

1、引言

近年來，隨著地鐵的發(fā)展如火如荼。在開挖過程中，地鐵施工的安全至關(guān)重要。通過現(xiàn)場監(jiān)測隨時掌握變化情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，以確保周邊環(huán)境的安全。因此，特詳細探究地鐵變形監(jiān)測的方法。

2、工程概況

長沙市軌道交通4號線一期工程第一標段（普瑞大道～湖南大學），共13站12區(qū)間。長沙市軌道交通4號線 一期工程一標段第三項目部土建工程包含2站2區(qū)間，分別為福元大橋西站、茶子山站、漢王陵公園站～福元大橋站盾構(gòu)區(qū)間、福元大橋站～茶子山路站盾構(gòu)區(qū)間。

福元大橋西站位于長沙市瀟湘北路上，在瀟湘北路與長望路交叉口北側(cè)，南北向布置。車站有效站臺中心里程為DK20+389.000，車站設(shè)計起點里程DK20+265.200，車站設(shè)計終點里程DK20+464.200。

車站主體為地下兩層島式站臺、雙層雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)。車站有效站臺中心里程處周邊道路標高約為37.5米左右。車站采用明挖法施工，車站主體結(jié)構(gòu)總長199m，標準段寬20.7m，車站施工時基坑深約15.7m～18.3m。

漢王陵公園站-福元大橋西站區(qū)間隧道起訖里程為：左線ZDK18+414.600-ZDK20+265.200，長鏈10.324m，全長1860.924m。右線YDK18+414.600-YDK20+265.200，全長1850.6m。線間距為13-15 m，線路平面最小曲線半徑為550m，最大縱坡為28.00‰。本區(qū)間隧道埋深為11-21m。

漢王陵公園站-福元大橋西站區(qū)間從福元大橋西站始發(fā)后，側(cè)穿好家園小區(qū)樓群、簡易矮房等建（構(gòu)）筑物，下穿北津城遺址保護范圍、漢代長沙王陵墓保護范圍、北二環(huán)立交橋。

福元大橋西站～茶子山站區(qū)間起訖里程為：左線ZDK20+464.200-ZDK21+318.300，長鏈1.642m，全長855.202m。右線YDK20+464.200-YDK21+318.300，全長853.66m。線間距為15 m，線路平面最小曲線半徑為1000m。

福元大橋西站-茶子山站區(qū)間，線路出福元大橋西站后，沿瀟湘北路往南依次下穿福元路大橋、6m×2.5m雨水箱涵、6m×2.5m過水箱涵和人行過街地下通道，后繼續(xù)沿瀟湘北路往南到達茶子山站。

3、監(jiān)測重要性及目的

（1）為信息化施工提供依據(jù)。

（2）為周邊環(huán)境中的建筑、各種設(shè)施的保護提供依據(jù)。

（3）為優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

4、監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)項目的周邊環(huán)境、車站基坑、區(qū)間盾構(gòu)施工的特點以及設(shè)計文件中對監(jiān)測工作的具體要求，確定項目的監(jiān)測項目為：

4.1周邊環(huán)境監(jiān)測

（1）鄰近地表變形監(jiān)測

（2）鄰近建筑物變形監(jiān)測

（3）鄰近地下管線變形監(jiān)測。

4.2支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測

（1）支護結(jié)構(gòu)頂部沉降、水平位移監(jiān)測

（2）支護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測

（3）坑外地下水位監(jiān)測

（4）支撐軸力監(jiān)測 。

4.3區(qū)間內(nèi)隧道監(jiān)測

（1）隧道中心沉降

（2）隧道凈空收斂。

5、測點布設(shè)

各監(jiān)測項目的測點布設(shè)應(yīng)與圍護結(jié)構(gòu)施工的區(qū)域、基坑開挖順序、被保護對象的位置及特性相匹配;同時遵循設(shè)計結(jié)合實際，進行測點布置。

5.1地表沉降剖面監(jiān)測

為監(jiān)控基坑開挖、結(jié)構(gòu)施工對周圍道路地表的影響范圍，在地表布設(shè)沉降監(jiān)測點，根據(jù)設(shè)計的要求，在垂直支護樁身測斜位置處布設(shè)一組地表點，每組布設(shè)3～4個測點，測點間距5、10、15、20米。采用鉆孔打破混凝土路面，將鋼筋插入原狀土30cm以上的埋設(shè)辦法。加工至硬化路面下，并加蓋保護。實際觀測點數(shù)根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。

5.2鄰近建筑物沉降監(jiān)測

沉降監(jiān)測布點方法為：在建筑物的四角點、大轉(zhuǎn)角處;沿建筑物的周邊，每隔10m～20m或每隔2～3根柱基上;對于寬度大于15m的建筑物，盡可能的將觀測點布置在承重墻或支柱上。

5.3周邊地下管線監(jiān)測

基坑的附近分布了煤氣管線、給水管線、污水管線和大型的雨水管線等，為了了解地下管線的變形情況，防止地下管線滲漏和破壞，在基坑土方開挖時需要對各種管線進行監(jiān)測;監(jiān)測點宜布置在管線的接頭處、施工沉降敏感的部位和能準確反映管線變形的地方，對于管線較為密集、平面間距較小的情況，測點平面間距不大于20m，范圍為3倍基坑開挖深度內(nèi)的管線。

5.4坑外地下水位觀測

在基坑維護結(jié)構(gòu)外圍2～5米范圍內(nèi)布置水位觀測孔，水位孔間隔20～40m。

埋設(shè)方法：在基坑周圍2～5米范圍內(nèi)布置水位觀測孔，用直徑為Φ110的鉆頭采用清水垂直鉆進，埋設(shè)內(nèi)徑Φ70、管壁厚度為2.5的PVC管，按照設(shè)計要求下部放入有濾網(wǎng)的水位管，下管后回填礫料，孔頂約1米再填充泥球，防止地表水滲入管內(nèi)。

承壓水水位監(jiān)測孔布設(shè)基本同于上述微承壓水監(jiān)測孔，其深度必須進入承壓水層，濾水段位于承壓水層內(nèi)，其外部用中細砂充填，其余段直至地面不設(shè)滲水孔，管外采用粘性土密封，以切斷地層中的承壓水與上部地層的水聯(lián)系。水位監(jiān)測孔布設(shè)完成后，須48小時后，待水位回落至穩(wěn)定水位，方可對其進行觀測。

5.5圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移（豎向位移）

在圍護墻頂沿基坑周邊布置沉降監(jiān)測點以及水平位移監(jiān)測點，點位布設(shè)在維護結(jié)構(gòu)的中部、陽角處以及代表性的部位，點位間隔距離20m。布設(shè)時采用沖擊鉆成孔，埋設(shè)十字測釘，并用水泥砂漿固定，水平位移監(jiān)測點兼做豎向位移監(jiān)測點。

5.6 圍護墻體深層水平位移監(jiān)測

采用綁扎的方法將連接好的測斜管綁扎在鋼筋籠上，隨鋼筋籠澆注在砼中。測斜管頂部應(yīng)高出圍護墻頂部冠梁20～30cm，管子的上端用兩層塑料編織袋包扎保護。圍護墻頂冠梁施工期間應(yīng)做好測斜管的保護，防止鑿除頂部圍護墻浮漿時損壞測斜管。

圍護墻體深層水平位移的測點間距為20～30m，測孔深度與圍護墻相等，具體視圍護墻深度而定。

5.7 支撐軸力監(jiān)測

土方開挖期間，支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化，根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及設(shè)計要求，需要對各道支撐進行軸力監(jiān)測。砼支撐監(jiān)測點選擇在支撐兩支點的1/3部位，并避開節(jié)點位置。在結(jié)構(gòu)主筋布設(shè)鋼筋應(yīng)變計，鋼筋應(yīng)變計在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)相對的鋼筋層上對稱布置，布置在4個角點處與主筋并聯(lián)。

軸力計（反力計）一般設(shè)置在支撐端部的固定端側(cè)，X型外殼鋼托架與固定頭貼角全部圍焊，防止軸力計偏移支撐中心，維持支撐的穩(wěn)定性;而軸力計與鋼圍檁貼角圍焊，并保持其中心線與鋼支撐中心線的方向一致性。為防止軸力計直接接觸地連墻導致墻體損壞，需要在軸力計與墻體之間加墊一塊25cm*25cm，厚度為2.5cm的鋼板。

5.8隧道凈空收斂

隧道收斂測點布設(shè)如下：盾構(gòu)始發(fā)和接收站100m范圍內(nèi)，每20m設(shè)一斷面;其余地段，每30m設(shè)一斷面。

采用鋼尺收斂計量測，安裝測點時，用人工鉆孔直徑為40～80mm的鉆機在同一斷面兩側(cè)被測結(jié)構(gòu)面鉆出深20mm的孔，同時在孔中填塞水泥砂漿，并插入收斂預(yù)埋件，或者將預(yù)埋件垂直焊接在管片連接螺栓上。

采用全站儀非接觸式測量時，須將反射膜片直接粘貼在管片的表面，反射片在管片水平直徑方向上。

5.9隧道中心沉降

隧道中心沉降測點預(yù)埋件的埋設(shè)，先在隧道拱頂和拱底中線處用電鉆鉆孔，在孔內(nèi)填塞滿水泥沙漿后插入預(yù)埋件并固定牢靠，埋設(shè)時應(yīng)使預(yù)埋件軸線垂直拱頂和拱底，待砂漿凝固后即可進行量測;或者將預(yù)埋件垂直焊接在管片連接螺栓上。隧道中心沉降監(jiān)測點擬按每5環(huán)一組布設(shè)。

隧道拱頂沉降也可采用全站儀非接觸式方法監(jiān)測，布置測點時需將反射片粘貼在相應(yīng)監(jiān)測斷面的拱頂位置。

6、監(jiān)測實施方案

6.1監(jiān)測點垂直位移測量

垂直位移基準網(wǎng)按照《城市規(guī)道交通工程測量規(guī)范》GB50308-2017內(nèi)的Ⅱ等水準測量要求實施。通過二等水準聯(lián)測工作基點間的閉合線路，各監(jiān)測點的高程由線路的支點來測得，取三次測定的平均值作為監(jiān)測點高程初始值。其中i角控制在15”內(nèi)，視準線長度不大于50m，閉合差±0.5√n，測量數(shù)據(jù)保留至0.1mm。

6.2監(jiān)測點水平位移監(jiān)測

平面位移觀測按變形觀測三等測量要求進行。采用J1型全站儀進行，采用極坐標的方法進行觀測，將觀測的數(shù)值直接轉(zhuǎn)換為平面直角坐標：

xi=x0+Sicosαi

yi=y0+Sisinαi

式中：xi 、yi 為監(jiān)測點的平面直角坐標;αi為觀測的方位角; Si為基準點至觀測點的水平距離。

計算前后兩次觀測的坐標差值，確定監(jiān)測點的變化量。

6.3支護墻體深層水平位移監(jiān)測

在基坑開挖前作3次重復觀測.待測斜管處于穩(wěn)定狀態(tài)后，取其平均值作為初始值，開始正式測試工作。

觀測時，探頭緩緩沉至孔底，待適應(yīng)管內(nèi)溫度一段時間后，自下而上，逐段測出X方向上的位移。每次采用全站儀測量管頂位移，計算時用孔口位移實測修正。

計算公式：

式中： △Xi 為i深度的累計位移（計算結(jié)果精確至0.1mm ）

Xi 為i深度的本次位移（mm）

Xi0 為i深度的初始坐標（mm）

Aj為儀器在0°方向的讀數(shù)

Bj為儀器在180°方向上的讀數(shù)

C為探頭標定系數(shù)

L為探頭長度（mm）

αj為傾角

計算以孔口作為固定點，每次通過監(jiān)測墻頂水平位移時測量各測斜孔口的位移值。

6.4水位監(jiān)測

為了保證基坑開挖和施工，將地下水位長期保持在作業(yè)面以下;需要對周邊地下水進行抽排?；咏邓畷χ苓叺乇砗蜆?gòu)筑物造成影響，為了保證施工安全，需對坑外水位的動態(tài)觀測和分析。

采用水位儀監(jiān)測，讀數(shù)精度1mm。

6.5支撐軸力監(jiān)測

砼支撐軸力計算方法如下：

式中：

Ni—單根鋼筋測力傳感器的計算出的支撐軸力值（KN）;

Ec—砼彈性模量（KPa）;

A—鋼筋砼支撐截面積（mm ）;

fi—應(yīng)變傳感器任一時刻的觀測值（Hz）;

fo—應(yīng)變傳感器的初始觀測值（零值）（Hz）;

Ti—應(yīng)變傳感器任一時刻的溫度觀測值（°c）;

To—應(yīng)變傳感器的初始溫度觀測值（°c）;

Es—鋼筋彈性膜量（KPa）;

AS—鋼筋的截面積（mm ）;

b—鋼筋測力傳感器的溫度修正系數(shù)（KN/°c）;

K—鋼筋計的標定系數(shù)（KN/Hz2）

對于混凝土支撐，其基本原理是利用振動頻率與其應(yīng)力之間的關(guān)系建立的，受力后，鋼筋兩端固定點的距離發(fā)生變化。鋼弦的振動頻率也發(fā)生變化。根據(jù)鋼弦的振動頻率變化即可測得弦內(nèi)應(yīng)力的變化值。

鋼支撐軸力計算方法如下：

P=K（F12-F02）

P：被測軸力的菏載（kN）

K：：軸力計的標定系數(shù)（Kn/F）

F1：軸力計實時測量頻率模數(shù)值

F0：軸力計基準模數(shù)值

6.6隧道收斂監(jiān)測

隧道收斂監(jiān)測方法較多，大體分為兩類：收斂計量測技術(shù)和非接觸測量技術(shù)。較為經(jīng)濟和常用的是鋼尺收斂計量測。當測量兩點間的距離時，先將兩掛鉤掛在待測兩點的鉤子上，將定位銷針插進臨近測尺的定位孔中，調(diào)整調(diào)節(jié)螺母使游動線與指示線重合（使拉力彈簧保持在恒力狀態(tài)）便可讀取百分表數(shù)值，加上尺子測值，即可得出兩點間的距離。

按下式計算凈空變化值：

Un=Rn-Rn-1

Un-第n次量測的凈空變形值

Rn-第n次量測時的觀測值

Rn-1-第n-1次量測時的觀測值

結(jié)語：

目前，城市地鐵監(jiān)測項目越來越多，地鐵監(jiān)測的方法同普通監(jiān)測方法不同，精度要求也不同;本文結(jié)合長沙軌道交通4號線一期工程第一標段地鐵監(jiān)測項目，闡述了地鐵監(jiān)測的每一個項目的具體布點方案和監(jiān)測方法，該項目已經(jīng)順利完成，論證了該方案的可行性，且行之有效，可為以后地鐵變形監(jiān)測項目做重要借鑒。

參考文獻：

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作者簡介：

楊哲（1982.02-），漢，男，本科，高級工程師，研究方向：測繪工程。