地铁线路穿越沉降区域施工测量方法的研究

张立伟

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京100000)

一、引 言

随着国家城镇化建设的不断深入，特大型、大型城市涌现较多，这也带来了交通拥堵等一系列“城市病”。目前国内城市解决这个问题都是多种手段并用，最为广泛的就是大力建设地铁线路，逐步将地面交通人流转移至地下，这也符合节能减排、绿色出行的理念。目前北京、上海、广州等10余座城市建设了超过1000 km的地铁线路，除上述大型城市外，郑州、合肥、南宁、西安等20余座城市也逐步展开了地铁建设。在全国大中型城市建设地铁的热潮中，地铁线路穿越沉降区域成了多数城市面临的地铁建设难点，也给未来的地铁安全运营带来隐患。

二、区域沉降影响的分析

华北地区地势平坦，地表水资源较为匮乏，水资源利用主要来源于地下水开采。随着近年来经济的迅速发展，对水资源的需求也日益加大，华北平原地区已成为世界上超采地下水最严重的地区，也是地面沉降漏斗最大、沉降覆盖面积最大的地区，而且地面沉降呈加剧的趋势，北京大郊亭沉降中心就是华北地区区域沉降的一个具体体现。北京地铁7号线工程东段有8座车站、约13 km地下线路位于大郊亭沉降中心影响区域。地面高程控制网于2009年12月布设、施测完成，在2010年10月、2011年10月完成了水准网的复测工作。

北京地铁7号线工程地面高程控制网选用了玉渊潭原点、四惠桥基岩点2个基岩水准控制点作为地面高程控制网的起算点，I京西4新、Ⅱ苏旧1、Ⅱ呼十4、Ⅱ呼十2共计4个北京市一、二等水准点作为地面高程控制网的附和验算点。全网共布设65个水准点，由附合和闭合水准线路构成，线路总长76．1 km，根据现场情况，布设了3个深桩水准点(埋深约－20 m)，在各车站施工变形区外均设置了3个墙上水准点。建筑物上水准点标石按《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308—2008)的规格进行埋设(如图1所示)。在进行轨道交通一等水准网测量时将地面精密导线点纳入到一等水准网中一同进行了观测，精密导线点沿线路布设在施工变形区外的城市道路上，精密导线点标石按《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308—2008)的要求规格进行埋设(如图2所示)。

图1 墙上水准点标石埋设示意图(单位:mm)

图2 加密导线标石埋设示意图

经过两年的复测工作，对比分析复测与原测结果显示，一等水准点BM［7］1—BM［7］21共23点，各点高程沉降量在1～4 mm;一等水准点BM［7］22—BM［7］36共14点，各点高程沉降量在5～9 mm;一等水准点BM［7］38—BM［7］64共21点，各点高程沉降量在10～46 mm。另精密导线点高程变化值与一等水准点变化规律相同，东四环以西区段精密导线点比较稳定，东四环以东从导线点DT［7］81开始变化，高程变化值自西向东逐渐增大(沉降趋势如图3所示)。对比原测和复测成果后，发现地铁某线东四环(大郊亭桥)以西区段地面高程控制点相对稳定，原测和复测结果无明显变化;东四环以东地面高程控制点有明显的区域性沉降变化，自西向东沉降逐渐变大，水准点高程原测和复测结果相差较大。

图3 北京地铁某线工程东段(东四环以东—终点区段)近年累计沉降量图

在此期间，对地铁线路沿线地表沉降资料向有关部门进行了收集。从收集到的资料显示，地铁某线线路横穿的北京大郊亭沉降中心现阶段为沉降的一个快速发展时期，其中从2005—2010年5年间此沉降中心累计沉降量为182．23 mm，年平均沉降量为36．4 mm。

另外，北京市2005—2009年沉降等值线图与控制点沉降分析结果相比较，等值线图反映的情况与沿线地表沉降情况基本上一致，如图4所示。线路横穿的北京市大郊亭沉降中心在2008—2009年中最大沉降量为45 mm，沿东四环以东沉降量逐渐增大。

图4 等值线沉降图

通过对以上资料综合分析，基本判断出地铁某线东段(东四环以东)处于北京市一个区域沉降中心——大郊亭沉降中心，目前该沉降中心沉降趋势仍在继续。由于区域沉降造成东段(东四环以东)水准控制点普遍发生了沉降，区域沉降对地铁工程高程控制测量、地铁施工测量会产生一定的影响。

三、区域沉降对地铁施工测量的影响

地铁为线性工程，为确保线路圆顺，施工中各环节工艺间施工容许偏差要求严，相邻点相对精度要求高，地铁施工测量除按照传统精密测量工程测量技术进行高精度施工测量外，还结合工程特点引进现代工程测量高新技术，并注重相关学科技术在施工测量中的渗透与融合。

1．地铁施工测量的内容

地铁施工阶段分为土建结构施工阶段、轨道和设备安装阶段、竣工阶段。土建结构施工阶段的施工测量内容有加密施工控制测量、定线测量、竖井联系测量、施工放线测量、限界测量等;轨道和设备安装阶段的施工测量内容有铺轨基标测量、线路标志测量等;竣工阶段的施工测量内容有全线线路轨道竣工测量、区间、车站和附属建筑结构竣工测量、线路沿线设备竣工测量、地下管线竣工测量等。

2．区域沉降对高程控制点的影响

地面高程控制网共复测一等水准点58个，精密导线点120个。根据高程控制点复测结果，受区域沉降影响的一等水准点共21个，影响范围包括大郊亭站、大郊亭以东各站及焦化厂车辆段，沉降最小为BM［7］39号点，沉降量10．6 mm，位于百子湾站附近;最大为BM［7］62号点，沉降量45．8 mm，位于焦化厂站附近。精密导线点共43个，影响范围从大郊亭至百子湾区间开始向东至车辆段，沉降最小为DT［7］82号点，沉降量10．3 mm，位于百子湾站附近;最大为DT［7］122号点，沉降量58．8 mm，位于焦化厂站附近。另外，根据复测结果对各车站之间的差异沉降进行统计，结果见表1。

表1 各车站沉降情况统计表 mm

3．高程控制点沉降对施工测量的影响

高程控制点发生沉降后必然会出现差异沉降现象，对于地铁这种线路工程影响很大，因不同车站、区间采用同控制网内不同的控制点进行施工，差异沉降就在以下3个方面体现出对于地铁施工测量的影响。

1)由于各车站、区间一般使用分段招标、独立施工方式开展，各施工单位采用地面高程控制网内不同的水准控制点，这些水准点之间的差异沉降将造成相邻施工区段之间的土建结构、轨道结构及设备的衔接出现偏差，如果差异沉降较大，衔接偏差有可能超出设计允许的范围。

2)在同一施工标段内，车站主体施工与隧道施工一般不会同时开展，存在开工日期相差较远的情况，也会导致隧道与车站主体衔接产生偏差，影响线路平滑度、车辆限界、贯通等。

3)在单体工程(主要指车站、车辆段、停车场站等)施工时，由于场地因素等客观条件影响同一单体工程不同位置土建施工开工日期的差异性，所依据的水准点高程处于变化之中，如果水准点和结构本身发生差异沉降，有可能造成不同时期施工的土建结构出现错台现象。

四、沉降区域地铁施工测量的应对措施

1．车站施工测量采取的措施

北京地铁7号线工程东部8座车站施工工法主要以明挖法施工为主。在第一块底板混凝土浇筑前即在主体结构钢筋上绑定并焊接地下高程控制点。在车站第一块结构底板施工完成时，即通过高程联系测量将地面高程传递至地下埋设于结构体的水准点上，在以后整个车站结构施工过程中始终以地下水准点的高程指导施工。由于地下水准点将随结构体本身一起变化，这样单体工程施工将有一个相对稳定的、统一的高程放样依据，可以保证车站结构不同部位之间的衔接。但应在相邻施工区段贯通之前，及时将本施工区段的地面加密高程控制点、地下高程控制点与相邻的存在贯通面的施工区段之间的高程控制点进行连测，并对需要与其他施工区段进行衔接的已完成结构的关键部位高程进行复核，这里的结构关键部位是指车站底板、中板、顶板、出入口等预留结构开口位置、盾构洞门圈、马头门等部位。一旦发现关键部位由于沉降影响而使原有结构高程与设计值偏差过大，可能造成相邻施工区段的结构与原有结构不能顺利对接时，应与设计单位协商进行设计变更。

在实施过程中，埋设于地下结构体的水准点数量应在4个以上，且定期对水准点之间的高差进行复测。注意保护埋设于结构体上的地下水准控制点，避免发生同时破坏所有地下水准控制点的情况，以便于个别控制点破坏时能够及时利用其他地下水准点进行恢复。

2．附属结构施工测量采取的措施

车站附属结构的施工，一般是在车站主体结构施工完成后进行。在进行附属结构施工时，首先将原车站地下高程控制点高程引测至附属结构施工现场，附属结构施工时以引测的高程数据为准进行放样，实现主体与附属结构衔接部位的高程的对接。在与已建成建筑进行结构相接的施工作业前，应将原车站地下高程控制点联测至已建成建筑的衔接部位，并对该区域的主体结构特征点进行复测，与原竣工测绘成果进行比对，根据比对结果协助设计单位修正施工图。

3．区间施工测量采取的措施

区间土建施工开始之前，通过高程联系测量将高程从地面传递至位于竖井或车站结构上的地下稳固水准点上，并以上述地下水准点指导施工掘进，每次在隧道内增设新的水准点时均从位于竖井或车站的地下稳固水准点开始起算，地下稳固水准点成果不随地面高程控制点的更新而更新，在距贯通面一定距离(盾构为200～300 m，暗挖100～150 m)时或在预计贯通时间之前约一个月左右时，对存在贯通面的相邻施工区段之间的地下水准控制点进行连测，统一两个施工区段之间的高程系统，然后利用统一后的高程数据测量开挖面及贯通面预留结构(盾构洞门圈或暗挖隧道已完成衬砌)实际高程，根据实测结果调整开挖高程。采用盾构方式开挖的隧道根据连测结果对盾构接收环的中心高程进行测量，对隧道内指导盾构机掘进的高程控制点进行测量和成果更新，及时调整自动导向系统，减小由于施工误差及结构体本身沉降所带来的贯通误差以实现顺利贯通。

五、结束语

地铁工程参建单位多，工序复杂，测量工作头绪繁多且环环相扣，尤其受区域沉降影响的各施工区段高程控制点资料更新频率较高，而且控制点和结构本身均处于不断的沉降变化之中，需要面对更加复杂的情况。地铁工程相关设计单位、施工单位、监理单位除采取相应技术措施之外，需加强沟通、配合，及时了解沉降造成的施工影响，采用施工调整、设计变更等多种方法保证地铁工程的顺利完成。

［1］ 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．

［2］ 秦长利，于来法．GB 50308—2008城市轨道交通工程测量规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2008．