探讨地铁沿线开发保护区范围结构监测技术

2019-04-23毛玉平

商品与质量 2019年41期

毛玉平

南昌轨道交通集团有限公司运营分公司江西南昌 330072

1 项目概况

市民中心站为双层侧式站，开发建设市民中心工程项目基坑东侧为已投入运营的地铁2号线市民中心站及市-鹰区间隧道部分区段，车站整体距离基坑较近。车站3、4号口通道外墙距基坑边线最近距离约为3米，车站距基坑边线最远距离约为26米，平均距离约15米；地铁2号线下行线区间矩形隧道结构距基坑边线最近距离约38米。据周边场地勘察显示在丰水期，在局部裂隙发育地段可能存在地下水。据勘察设计研究院钻孔抽水试验资料，该层渗透系数最大可达5.087m/d，渗透等级属中等透水性。一般渗透系数3.84×10-3m/d左右，渗透等级属微透水性。

2 项目监测的必要性

2.1 地铁影响等级分析

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T202,明挖法外部作业的工程影响分区、接近程度及外部作业影响等级划分确定：

（1）明挖、盖挖法外部作业的工程影响分区：①强烈影响区（A），结构正上方及外侧0.7h范围内；②显著影响区（B），结构外侧0.7h-1.0h范围；③一般影响区（C），结构外侧1.0h-2.0h范围。h为基坑底板的开挖深度，市民中心地块基坑约10.5米。

（2）接近程度及外部作业影响等级划分见表1、2。

表1 接近程度的判断标准

表2 外部作业影响等级划分

2.2 监测的必要性

根据本项目基坑与地铁结构的位置关系，可判断市民中心车站整体处于基坑施工强烈影响区区域内（部分区域为一般影响区）。同时按照影响分区和接近程度确定基坑施工对地铁结构的整体影响等级为：一级。根据《市轨道交通条例》、市地铁保护相关规定及市民中心建设工程基坑设计要求，应在外部基坑施工期间应对地铁2号线结构实施监测。

3 监测范围、监测项目

根据基坑工程影响范围确定地铁保护监测范围为基坑所对应地铁市民中心站的轨行区、车站结构、车站附属设施结构及部分区间隧道[1]。

为保证地铁结构的安全，在基坑施工的各个阶段必须对地铁结构进行现场监测。项目主要有：①隧道道床沉降监测，包含整个车站道床及部分区间隧道道床；②矩形隧道结构变形缝差异沉降；③车站附属结构水平位移监测；④车站附属结构沉降监测；⑤车站结构裂缝巡查与监测；⑥车站周边地下水位监测（基坑与地铁车站间位置）。⑦基坑靠近地铁侧深层土体水平位移监测。除以上监测项目，还应对靠近地铁侧基坑围护结构顶部水平位移及沉降量进行监测，该项监测内容由基坑监测单位实施，收集监测数据并纳入地铁保护监测项目中综合分析。

4 监测预警

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T202及以往类似工程经验，设定各个监测项目的累计变形量预警值及报警值：①隧道道床沉降监测，预警值4.2mm、报警值6.0mm；②矩形隧道结构变形缝差异沉降，预警值2.1mm、报警值3.0mm；③车站附属结构沉降监测，预警值3.5mm、报警值5.0mm；④车站附属结构水平位移监测，预警值3.5mm、报警值5.0mm；⑤车站周边地下水位监测，预警值700mm、报警值1000mm；⑥深层土体位移监测，预警值14mm、报警值20mm。以上监测项目及警戒值需经专家审查后确认后执行。

5 监测工期及频率

根据规范要求及相关监测经验，基坑开挖施工前布设完成监测点布设及初始值测量，基坑工程开始施工时进行地铁保护区监测，施工至±0.00后并跟踪监测至地铁结构变形稳定后停止观测。正常情况下地铁结构监测分为四个部分：基坑开挖前阶段、基坑开挖阶段、底板浇筑后阶段、基坑回填后阶段。各施工阶段的监测频率安排如表3所示。

表3 地铁保护区常态监测频率

若施工方工期延长，则相应的延长监测时间。当出现下列异常情况，应对相关项目提高监测频率：

（1）地铁自身异常：①监测数据达到报警值；②监测数据变化速率明显较快，变形趋势明显；③地铁结构出现开裂现象；④其他地铁结构异常情况。

（2）对应区域基坑支护异常：①基坑支护桩发生明显位移（位移量达到5mm，且有继续位移趋势）；②基坑内出现明显涌水涌砂现象；③基坑支护发生破坏；④地下水位变化较大；⑤其他对地铁结构有影响的基坑异常情况；⑥深层土体位移超预警。

6 监测点位布设

对于主要影响区的地铁站厅层（中板结构）的监测布点，在次要影响区的车站轨行区上行线及下行线道床中心布设沉降监测点，并在矩形隧道拼接缝两侧各1米道床中心位置分别布设差异沉降监测点[2]。在地铁车站结构与基坑中间区域均匀布设地下水位监测点。布设原则：①变形监测点应在变形体上能反映出变形特征的部位埋设，监测点应埋设牢固并标识清楚，易遭破坏部位的变形监测点应加设保护装置；②监测点应美观、实用、不易破坏且有利于监测工作的实施。

7 监测实施

7.1 沉降监测

沉降监测。本次监测项目车站、区间隧道沉降监测采用人工测量方法。根据本工程监测要求及相关监测经验，沉降监测等级精度定为II级，根据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308）规定，水准测量沉降监测主要技术指标要求：高程中误差±0.5（mm），相邻点高差中误差±0.3（mm），往返较差、附合或环线闭合差

采用带有自动记录功能的、高精度电子水准仪实施监测。在水准观测时采用相同的观测路线和观测方法，使用同一仪器和设备，固定观测人员，采用统一基准处理数据。

为了提高监测精度和可靠性，沉降监测网以地下工作基点为起算点，在上行隧道区间、下行隧道区间各布置一条水准线路，并在车站两侧分别布设结点，完成轨行区上下行线及站厅层水准线路的连接，整体构成闭合监测网。沉降监测网示意图如图1所示。

图1 沉降监测网示意图

数据处理和分析：

（1）数据传输及平差计算。观测记录采用电子水准仪随机记录程序进行，观测完成后形成原始电子观测文件，通过数据传输处理软件传输至计算机，并对各项观测数据进行检查。合格后，将工作基点与中间的监测点共同组成闭合水准路线网，经验算各项闭合差满足规范要求后，进行严密平差计算。

（2）沉降数据分析。①监测点变形稳定性分析：a.相邻两期监测点的变形分析通过比较相邻两期的最大变形量与极限误差（取两倍中误差）来进行，当变形量小于极限误差时，可认为该监测点在这两个周期内没有变形或变形不显著；b.对多期变形监测成果，当相邻周期变形量小，但多期呈现出明显的变化趋势时，应视为本期变形趋缓。②监测点报警判断分析：a.将阶段变形速率及累计变形量与控制标准进行比较，如阶段变形速率或累计变形值小于报警值，则为正常状态，如阶段变形速率或累计变形值大于报警值则为报警状态；b.如数据显示达到警戒标准时，应结合巡视信息，进行综合分析；c.分析确认有异常情况时，及时通过口头、电话或短信等快捷方式上报地铁运营部门及工程建设单位，且24小时内通过工作联系单方式将正式成果报送工程建设单位。③监测数据成果规律分析：a.通过绘制沉降监测纵断面图，沉降历时曲线图对监测数据的变化规律、影响范围进行变形趋势分析；b.综合工程建设基坑监测数据及地铁安全评估报告进行综合分析。

7.2 水平位移监测

根据相关规范及以往监测经验，本项目水平位移监测等级为监测II级，并根据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308）规定，水平位移监测精度要求：变形点的点位中误差±3.0（mm），坐标较差或两次测量较差4（mm），主要测量方法为坐标法（极坐标法、交会法等），适用范围为运营阶段结构、轨道和道床等监测对象。

（1）位移监测。水平位移监测采用精密导线结合极坐标法进行测量。采用车站周边地面4个平面基准点，通过市民中心站3号、4号出入口构成闭合导线，施测导线的同时采用极坐标法测量各监测点的平面坐标。

（2）基准网测量。按照项目要求，采用精密边角导线方式进行基准网测量，基准网初始测量连续独立观测两次，取两次均值为水平位移监测初始值。

7.3 地铁裂缝、渗漏巡查

隧道以及车站的裂缝、渗漏监测的具体步骤如下：①现场踏勘、记录并观测已有裂缝的分布位置，裂缝的走向、长度和宽度；②对于新发生的裂缝及时观测，分析裂缝形成的原因，判断裂缝的发展趋势；3、③定期对监测范围内的所有裂缝进行巡视，对于新发现的裂缝，做好记录，及时埋设观测标志进行量测；④对于大于0.3mm，不发展的裂缝，上报进行封闭；对于小于0.3mm的裂缝，进行监测⑤对于发现有渗漏的地方进行观测，测量出渗漏面积和渗漏程度，并对渗漏做出分析。

对于地铁裂缝和渗漏的监测，做好裂缝标识，记录裂缝的位置、形态，用游标卡尺或裂缝测宽仪测量并记录裂缝的宽度，并保存各个时期的照片，随时进行对比分析，发现有扩大趋势时及早反应并采取措施[3]。