浅谈下穿已有地铁隧道的监测

张水华

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028)

近年来，我国城市轨道交通工程建设蓬勃发展，由于其在建筑物密集、地下管网繁多的城市环境中建设，且多为隧道，下穿已有运营线路隧道更是隧道施工中的重点和难点，因其下穿隧道的净距小，下穿长度大，周边环境复杂，且已有路线正在运营，监测时间、方法、仪器等都受到很大制约。因此，保障运营线路隧道结构的安全，控制施工隧道自身的变形，对工程施工和环境安全以及社会公共秩序具有重大的意义。

1 运营隧道沉降监测

1.1 基准点及工作基点的埋设

运营隧道监测的基准点埋设在隧道下穿影响范围以外的稳定区域内，按成组埋设，每组2个～3个，其相互间距不应过大，之间测站数控制在2站～3站以内。由于地铁隧道深度较深，基准点应埋设在运营线路隧道内，采用独立高程系统;且地铁正在运营，应考虑运营轨道震动对基点的影响，最好布设在远离轨道的区域，如出入口、横通道、竖井等，以保持精度的可靠性和稳定性。

靠近下穿隧道施工现场应布设工作基点，工作基点的埋设与布置的原则与基准点相同，也应成组埋设，每组2个。作为每次监测工作的起始点，应尽量靠近地铁下穿施工现场，并定期(最长不超过1个月)与基准点进行联测。

1.2 沉降监测

沉降监测按照《建筑变形测量规范》变形监测二级的精度要求进行，技术要求如表1所示。

沉降观测点的精度要求 表1

沉降监测作业测量的视线长度、前后视距差、视线高度的要求按照表2执行。

沉降监测点测量的视线长度、前后视距差、视线高度的要求 表2

观测点首次观测时，必须观测两次，取其平均值为初始值。各观测点的高程通过与工作基点或者基准点进行水准联测得到。

沉降值计算:监测时通过测得各观测点与工作基点(或基准点)的高程差△H，把第一次观测的观测点高程作为起始值，以后每次测得高程与前一次进行比较，差值△h即为该观测点的沉降值，与第一次比较的差值△H为累积沉降值。

受地铁运营影响，监测时间一般为凌晨0点～4点，由于作业时间短，隧道光线不足，监测时可采用支水准路线，保证作业时一次性完成所有点位观测。

2 隧道收敛监测

(1)监测目的:通过量测隧道侧壁间的相对位移，判断隧道内结构是否稳定。

(2)监测方法:利用收敛计对隧道净空进行观测，采用相对距离进行控制。

(3)监测仪器:隧道收敛计。

(4)布点方法及量测频率:已有隧道两侧内壁布满电缆及各种管线，布点时应尽量避开各种管线，选取合适的观测点位。净空收敛沿隧道轴线方向每3 m布设一组收敛点。监测点埋设在结构断面上，选用直径为22 mm螺纹钢，先用冲击钻在隧道结构断面两侧拱腰打孔，然后加入混凝土进行埋设，外露长度约5 cm，在外露的螺纹钢头，焊接一椭圆形钢环，用红油漆标记统一编号，并加设防护装置。监测时将收敛计连接在基线两端监测点上，拉紧后通过百分表读取测量数据，连续读取三次，取平均值作为观测值。为确保监测精度，每次测量时应使收敛计与监测点的连接方向、连接方式一致。

图1 收敛基线形式

地铁运营停止，轨道电网关闭，但轨道上还可能存有弱电，收敛监测时，严禁将收敛计钢尺搭在两条轨道上面，以免造成触电危险。

3 裂缝监测

已有隧道内的裂缝包括伸缩缝，原有的结构裂缝，下穿过程中产生的新裂缝，下穿过程中要对监测区域进行严格巡视检查。

监测前，先对裂缝进行编号，然后分别监测裂缝的位置、走向、长度及宽度等。根据观测数据的变化情况，预测裂缝的变化趋势。

图2 裂缝监测示意图

墙面上的裂缝，可采取在裂缝两侧设置钢片，平等固定在裂缝的两侧，使一片搭在另一片上，保持紧密，其密贴部分涂红色，两钢片重叠后露出部分涂白色，如图2所示。当裂缝变化时，测量两钢片错开的距离(无颜色部分)，即得裂缝宽度。测量时保证游标卡尺与红白颜色错开的空白线相垂直。对于比较整齐的裂缝(如伸缩缝)，可使用游标卡尺直接量取。

4 工程实例

4.1 工程概况

近期正在建设的深圳市轨道交通二期三号线西延段工程，于少莲区间下穿地铁4号线车挡隧道，4号线车挡隧道的净跨为9.9 m，为双线大跨度隧道。区间隧道下穿4号线车挡线长度为11.3 m，安全长度为40 m，两条隧道最小净距为左线1.878 m，右线1.835 m，隧道采用矿山法施工。下穿断面如图3所示。

图3 下穿断面图

场地地下水按含水性质不同可分为3种类型:①赋存于上覆填土中的上层滞水;②赋存于填土层、含有机质砂层、冲洪积层等第四系土层中的孔隙性潜水;③赋存于基岩中的基岩裂隙水。根据室内渗透试验，结合地区经验，含有机质砂层透水性相对较强，具微承压性，属中等透水性土层;填土层、冲洪积层中的粉质粘土、残积层、全、强风化及中等风化岩层均属弱透水层;冲洪积层中的砂层属中等透水层，粘土层为微透水层;微风化岩石裂隙连通性差，属微透水性。

4.2 监测实施

由于工期紧张，下穿时间较短，观测条件较困难，如果采用自动监测，前期点位布设及调试时间较长，且成本较高。为保证下穿施工时已有地铁线路结构的稳定，又要保障施工隧道的安全，我们采用专门针对下穿运营隧道的监测方法。在运营轨道上布设沉降点位进行观测，影响范围内共布设观测点44点，平均间距约4 m。考虑到下穿施工时对隧道沉降影响呈正态分布［1］，即隧道上方沉降量大，两侧随距离增大逐渐减小，因此点位布设时靠近隧道下穿部位要缩小布点间距。隧道内壁收敛9组，收敛基线应与沉降点布设在同一断面上;沉降监测基准点布设在施工影响范围外的100 m处，对隧道内的2处伸缩缝布设裂缝观测标志。

图4 隧道内布点图

由于白天地铁在运营，观测工作只能在晚上进行，所以应配备手电筒以及足够的电源。作业时严格遵守地铁内部作业规定，进入隧道作业前接受地铁安保人员检查，检查设备安全。作业完成出隧道时检查仪器设备是否齐全，以免留在隧道内，造成运营安全。由于地铁轨道及轨道上面的接触网有高压电，所以严禁使用3 m因瓦尺，收敛观测时，严禁同时将钢尺搭在两轨道上，避免触电的危险。

观测频率及预警机制:隧道开挖至5倍洞径时开始观测，每两天观测一次;至2倍洞径时每天观测一次，下穿至影响范围外时，一周观测一次。预警机制按三级监测管理，以三分之一控制值为预警值，以三分之二控制值为报警值，当实测值落在这个范围内，则要提出警告，需要调整施工参数，采取施工对策。

4.3 数据处理分析

通过监测，各轨道沉降点变化速率介于－0.01～0.02之间(观测点下沉为负，隆起为正)，最大沉降量为1.8 mm，出现在下穿中间部位，隆起变化最大时间为暗挖至下穿隧道交汇面时，说明下穿施工时点位有隆起，下穿过后，点位略有下沉，最后趋于稳定，点位最大差异沉降量为2.6 mm，未影响轨道的安全。

隧道收敛速率介于－0.02～0.01之间，收敛变化最大量为1.42 mm。裂缝在整个施工过程中无明显变化，说明施工对隧道内侧结构影响较小。

本项目监测控制指标为:轨道水平沉降:±5 mm，两轨道横向高差 ＜8 mm，轨距(+9 mm、－4 mm)，水平及三角抗扭曲 ＜8 mm。

由以上数据表明，隧道下穿期间各监测点位变化匀在控制指标之内，已有隧道相对较稳定，施工期间地铁运营安全未受影响。

5 结语

随着城市建设规模日益扩大，今后遇到下穿已有地铁隧道的项目会越来越多，在保证工程进度及精度要求下，如何将隧道监测技术在地铁施工过程中灵活运用是一个值得探讨的课题。通过本工程的实践笔者得到如下一些体会。

(1)由于作业条件限制，运营停止后才能观测，且观测时间有限，故对于下穿的运营隧道监测不能采用常规的作业方式，同时地铁隧道下穿时间较短，采用自动化观测也不切合实际，要针对特定区域采用多种观测方法相结合，从而达到监控效果。

(2)下穿已有隧道，当隧道相交处净距较小时，可加载垫层和设置抗拔桩，发现监测数据异常时，及时调整施工参数，采取对策。监测结果表明，各项变形数据远小于控制值，安全穿越已有隧道。

［1］张庆贺，杨俊龙.盾构推进引起土体扰动理论分析及试验研究［J］.岩土力学与工程学报，1999，12(6):699～703.

［2］黄腾，张书丰，陶建岳.地铁盾构隧道下穿公路隧道安全监控的研究［J］.工程勘察，2004(2):60～63.

［3］秦长利.城市轨道交通工程测量［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［4］GB50497－2009.建筑基坑工程监测技术规范［S］.

［5］TB10121－2007.铁路隧道监控量测技术规程［S］.