大连地铁109标段施工监测研究

吴会军，白海峰，王忠昶

(大连交通大学 土木与安全工程学院，辽宁 大连 116028)*

0 引言

地铁作为一种快速地下交通工具，在21世纪初得到了蓬勃发展，但也出现了一些技术问题和安全隐患，比如城市地下工程引起的地表沉降可能危及周边建筑物，地下管线安全的问题，隧道塌方隐患，明挖基坑的坡顶沉降和水平位移是否会引起滑坡等，如何解决这些问题是地铁施工关键［1-5］.大连地铁开建一年多来，已经发生了多次塌方事故，造成了人民生命财产的损失，并引起了较坏的社会影响.而监控量测是施工中重要的组成部分，是地铁施工中不可缺少的一个环节，是监测围岩和边坡支护稳定性的重要手段和判断设计、施工是否正确合理的主要依据，是实现地铁信息化施工的基础［6-7］.地铁施工方法又分为明挖法施工、暗挖法施工、盖挖法施工，而监控量测作为必要的手段存在于各个施工过程［8-9］.明挖法施工过程中，为了防止边坡滑坡塌方，通过现场监控量测，分析施工动态，保证监测数据反馈指导设计与施工的畅通，保证施工的顺利进行，为解决地下工程施工中的技术问题提供了必要的数据支持，并可以指导施工的顺利进行，保障施工安全［10-11］.

1 工程背景概况

大连地铁1号线一期工程第109合同段包括东海公园站及站后区间、东海新区站、东海公园站－东海新区站区间.东海公园站在大连东港地区规划三横路与二十纵路交叉口下.设计范围包括自车站起点里程CK0+329.210至车站终点里程CK0+480.010，总长 150.8 m.车站中心里程为CK0+404.611.本站为地下单层侧式站，总建筑面积9697.3 m2.车站共设4出入口.

东海公园站为地下一层结构，站台宽度为3.55 m.站台计算长度中心处轨面高程－2.460 m，底板顶面高程－3.070 m.车站主体结构尺寸为:车站主体长度158.8 m，主体宽度48.7 m.车站中心处规划地面标高为6.390 m.本车站长150.8 m，区间全长329.210 m，基坑开挖深度约为11.50 m.基坑安全等级为二级，由于本站及站后区间场地开阔且地下无管线，具备放坡条件，故本站围护结构选择1∶1.2放坡开挖外加旋喷桩止水帷幕.混凝土强度等级为 C25，配筋取钢筋直径为φ8mm，面积为150mm×150mm.

2 施工监测方案

在深刻理解本工程的特点、难点和重点的基础上，以“精准量测，提供优质服务”为目标方针，按照“技术领先、监控指导、动态施工、组织合理、措施得力”的指导思想，通过技术经济比较，选定先进的监控量测仪器和安全可靠的量测技术方案，配备高素质的监控量测队伍，保质保量地及时反馈监控量测数据，确保施工过程中主体结构与地面相关建筑设施的绝对安全和正常使用.根据大连市地铁一期109合同段地下工程埋深、地质条件、结构类型、施工方法、工程规模、工程的重要程度以及周边环境条件等因素，将现场监控量测的内容和方法介绍如下.

2.1 巡视

开挖后对无支护围岩的巡视内容包括:

(1)围岩类型及分布特征，节理裂隙发育程度以及几何特征、节理的裂隙填充物性质和状态等;

(2)开挖工作面的围岩是否稳定，顶板有没有剥落掉块现象.

开挖后已支护段的目测内容包括:

(1)有无锚杆被拉断或垫板陷入围岩内部的情况发生;

(2)喷锚混凝土是否产生裂隙或剥落现象，特别注意观察喷锚混凝土是否剪切破坏.

2.2 测点布置

地面沉降观测点应在施工前在结构的对应地面沿隧道纵向中线位置间隔一定距离提前布设，以监测工程开挖过程中地面沉降变化的全过程.当沉降值或沉降变化速率超过规定允许值时，应采取相应措施，以确保工程施工及地面建筑物的安全.布点范围为2.5～3.0倍的隧道直径，测点间距2.0～5.0 m，测点布置要求如图1所示，实际测点布置图如图2所示.测点横断面纵向布设间距一般与拱顶沉降测点相对应，并结合工程埋深情况适当增减.沉降观测点采用冲击钻钻深约0.6 m的孔，埋设0.5 m长的φ16 mm钢筋，钢筋露出地面约10 mm，孔隙用水泥砂浆填充实.

图1 规范测点布置要求图

图2 实际测点布置图

2.3 坡顶沉降监测

沉降观测必须有基准点，基准点布设位置应在施工影响范围之外，而且至少要有3个，基准点之间应定期联测，以保证基准点不沉降，基准点的布设方法可参照图1.每个沉降点变化速率不能超过1 mm/d，累计沉降量不能超过30 mm.电子水准仪精度不低于0.3 mm/km.

坡顶沉降一般采用二等水准路线测量，测量工作需要电子水准仪一台，三脚架一个，3 m长铟钢尺两把，尺垫两个，最少需要三个人才能进行二等水准测量，两个人立尺，一个人测量和记录.

调平水准仪，输入基准点的高程.水准仪照准的第一个铟钢尺是立于水准点上的，所以此时打开仪器电源开关，进入程序，进入二等水准测量，再输入基准点的高程，然后就可以开始测量了.每一站的测量需要保证仪器距离两把尺子的距离相差不超过0.5 m，并且距离不超过50 m，每一站测完后仪器都会有提示是否进入下一站，进入下一站之前记录一下后视监测点的高程，在比较平缓的路线上进行测量时距离可以稍微大一些但一定不能超过50 m，在坡度比较大的路线上测量时应尽量使仪器与两把尺子的距离小一些，测完所有的监测点后，还得反测回基准点，因为二等水准路线是闭合水准路线.

2.4 坡顶水平位移监测

坡顶水平位移点和靠近边坡的沉降点共用，钢筋顶部刻划十字丝以便于立棱镜支架.每个坡顶变化点位移变化速率不能超过1 mm/d，累计沉降量不能超过30 mm.所用全站仪精度不低于2".

坡顶水平位移采用极坐标法测量，测量工作需要电子全站仪一台，三脚架一个，棱镜一个，棱镜支架一个，最少需要两个人才能进行极坐标法测量，一个人立尺，一个人测量和记录.全站仪对中，伸开架腿，让三角架顶面大概与肩部齐平，然后进行调平，把全站仪对准后视点棱镜的中心，坐标测量需要注意的是，千万不要碰到三角架，同时也要保证支架上圆水准器的小气泡居中且支架底下的尖端一定要立在水平位移点的十字丝上.测量的数据只需记录N、E两轴坐标值就可以了.利用电子全站仪测量监测点坐标，之后计算所得变化的位移、变化速率等.

3 监测实施及数据分析

对于需要监控量测的项目，如地面沉降、拱顶下沉等应在每次监控量测后及时按大连市地铁监控量测报表格式，对数据进行整理，并按要求上报给业主、第三方监测和监理单位，同时作为施工单位工程竣工资料存档.监测中所用仪器见图3和图4.部分测点数据见表1和表2.由于开挖到底部沉降稳定后改为两天一测，故变形速率为本次变形量的1/2.

图3 精密电子水准仪

图4 精密全站仪

表1 部分沉降测点数据

表2 部分水平位移观测点数据

为预测变化趋势和最终变化值，判断开挖后边坡的稳定性，可根据位移—时间关系曲线(散点图)的形状，采用以下一元非线性函数回归，进行变位趋势拟合.

式中，u为位移值(mm);A、B为回归系数;T为量测时间.

拟合结果见图5沉降回归曲线.部分测点变形曲线图见图6所示.

图5 沉降回归曲线

图6 部分观测点沉降曲线

4 结论

本文针对大连地铁109标段施工进行监控量测工作.监测结果表明:

(1)明挖基坑坡顶监测点累计最大沉降点为DB-27-02点，对应最大沉降值为9.2 mm，小于规范允许值30 mm;变形速率最大值为0.8 mm/d，也小于允许值1 mm/d;

(2)坡顶水平位移监测点最大水平位移为SP-10-01点，对应最大水平位移值为17.8 mm，小于规范允许值30 mm;变形速率最大值为0.85 mm/d，也小于允许值1 mm/d;

(3)针对个别监测点预警情况进行分析，排除了施工安全隐患，保证了施工安全顺利进行.

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