自动化监测技术在桥梁孔桩近接地铁施工中的应用

2020-03-08李丹

工程技术研究 2020年3期

李丹

（广州宏达工程顾问集团有限公司，广东深圳 518001）

1 建设条件

1.1 工程概述

筑城广场大桥是贵阳市人民大道南段道路工程中的重要节点工程。大桥先后两次跨越南明河，桥梁桩基础布设时考虑避让蓝波湾小区、地铁1 号线区间隧道、金岸玉都小区等重要建（构）筑物。大桥主拱分为两跨，跨径为90m 和162m；主梁跨径为（93+63+80）m，桥梁全长236m。其中Gz1 号拱座桩基大致位于左右线隧道中间，桩与左右线隧道的净距约为2.5m，桩深入隧道底以下3m；Gz3 号拱座桩基位于右线隧道一侧，桩与右线隧道的最小净距约为2.6m，桩深入隧道底以下3m，拱座区域隧道基本位于南明河下方，最小埋深约为8.8m。

1.2 周边环境条件

拟建工程工程周边环境条件复杂，包括蓝波湾小区、南明河河堤、南明河拦河坝、南明河排污管及既有地铁1 号线区间隧道等。

1.3 轨道交通1 号线区间概况

贵阳运营轨道交通1 号线中山路站—人民广场站区间为矿山法暗挖隧道，全区间为双洞单线结构。全区间段采用喷锚构筑法施工。区间隧道下穿南明河段采用隧道外轮廓外扩4m 范围内的全断面注浆帷幕，防止南明河水通过未知岩溶通道与开挖隧道联通。

1.4 筑城广场大桥桩基与地铁轨道之间的关系

筑城广场大桥4 个桥台桩基距离地铁1 号线区间隧道净距最小2.3m，最大20m，均在轨道交通过河隧道50m重点保护区域以内。特别是1 号桥台位于地铁隧道上下行线中间，大桥桩基施工对地铁区间隧道的影响风险极大。

1.5 轨道交通1 号线运营时间

贵阳市轨道交通1 号线已经全线开通运营，根据《贵阳市城市轨道交通条例》规定，需要在施工中对地铁1号线区间隧道采取自动化监测+人工监测巡查手段相结合的方式进行不间断监测，以满足运营单位安全评估信息化需求。

2 施工方法及特殊地质处理

2.1 水磨钻开挖

本项目桩基工程施工方案，经地铁安全风险影响性评估和专家论证，确定采用对地层和地铁构造物扰动小的水磨钻工艺施工、跳孔开挖方式。

2.2 特殊地质处理

（1）该段落地下水较为丰富，极易导致钻孔过程中塌孔，水磨钻施工过程应密切关注孔内渗水、地质岩性等情况，综合判断，避免坍塌，普通塌孔采用采用钢护筒通过塌孔带，严重塌孔的采用C15 砼回填，重新成孔。（2）当施工中发现地下岩溶地质、岩溶形态等与设计地质资料相差较大或不明确时，必须采用合适的处理方法，本着安全第一、造价经济、施工方便、进度快速的原则进行处理，杜绝安全隐患。（3）施工过程中遇到地铁隧道支护锚杆及注浆管时，就要停止水磨钻施工，改用人工精细凿除锚杆附近混凝土，随后采用砂轮机对露头锚杆进行切割，磨平至不影响继续下挖为止。（4）施工致使地铁隧道渗水主要存在施工过程中损坏地铁隧道锚杆，破坏轨道交通隧道防水结构层。桩基穿过轨道交通隧道结构土体段安排在地铁非营运时段施工。施工致使地铁隧道渗水，立即停工，马上将险情报告地铁管理部门及相关管理部门，联系监控单位，监测渗水情况。当渗水量过大时停止地铁1 号线的运营，疏导乘客，进一步填桩以及隧道渗水修复处理。

3 自动化监测技术

3.1 自动化监测技术简介

自动化监测技术作为一种全天候实时化的监测手段，在捕捉渐变或突变位移变化上具有独有的优势，能够对地铁运营安全提供坚实的数据支撑。目前，地铁运营期常用的自动化监测手段包括测量机器人、静力水准、激光测距传感器及裂缝传感器等。根据本项目工程特点，拟采用静力水准仪、激光测距传感器、裂缝计传感器等自动化监测手段技术。

3.2 监测目的

通过对施工区域地铁隧道进行自动化监测，随时掌握道床及隧道结构变形情况。经过对监测数据的统计分析，可预测各监测点的变形量及是否有明显的变形趋势，从而了解地层、衬砌结构与隧道道床的动态变化。根据监测数据的分析结果，开展信息化施工，用实时的监测数据指导现场施工。

3.3 工程风险特点及监测重难点

根据规范、工程设计及现场实际情况，确定本工点监测等级为一级。本项目主要风险源为筑城广场大桥桥台桩基施工过程中对地铁1 号线区间隧道结构的影响，包括施工桩位放样、钻孔震动控制及应急处理等。在桥台桩基施工过程中，应当加强对现场自动化监测数据的查阅与分析，并利用列车停运后的天窗时间对现场隧道结构进行现场人工监测和巡视检查。

3.4 自动化监测方法

根据本项目特点，拟定地铁1 号线区间自动化监测项目为：道床沉降自动化监测、隧道净空收敛自动化监测、隧道结构裂缝自动化监测。

（1）沉降自动化监测系统。①系统架构。沉降智能监测系统采用三级架构模式，包括现场监测设备、采集单元、中心系统和监控终端。现场监测设备为液压式静力水准仪，主要通过静力水准仪监测道床的变形情况。②传感器技术指标。本次变形监测采用静力水准仪组合的方式，根据现场情况进行优化布置因传感器布设位置位于轨道板上，易受列车通行等振动因素干扰，为确保监测数据的可靠性，防止数据异常造成系统误报，本次设计方案要求传感器必须具备数字滤波功能，从而确保数据的准确性与可靠性。③传感器无线组网。沉降智能监测系统现场传感器采用无线组网技术建立无线传感器网络，以确保系统传感器设备的协调同步监测。现场设备通信采用有线加无线的方式，监测数据经RS485 总线发送至采集仪从站，从站将汇聚后的数据通过无线传感器网络上传至采集仪主站，主站通过无线GPRS 通讯装置与中心系统相连。④远程固件更新。沉降智能监测系统须具备固件远程更新功能，以有效降低现场维护工作量和保证固件运行稳定。⑤系统采样频率。沉降智能监测系统的采样频率范围为1min ～24h，并可根据当前系统评价状态自适应调节采用频率之功能。

（2）静力水准仪自动化监测实施。①监测段落。本次监测方案拟采用静力水准仪对工程施工影响范围内轨道板变形开展智能监测，实时掌握轨道板动态变化，以便及时采取措施，保障列车运营安全。②测点布设。沉降智能监测方案拟采用智能传感器无线组网技术或有线将各组静力水准仪系统进行无线或有线组网。因隧道内环境复杂高差偏大，技术方案均为人工测量结合长期实施方案定制。测点具体布设原则如下：为确保监测数据能真实反应隧道病害段的沉降变形发展情况，并考虑传感器设备安装、更换方便且不影响后期运营维护、检查，故将观测点设置在轨道板上隧道建筑限界外。隧道监测断面间隔20m，1 号桥台和4 号桥台区间加密布设，断面间隔10m，基准点位于病害段落外50m。③系统设备供电。现场所有设备均采用有线供电方式，电源分别就近引自隧道侧壁区间维修电箱。具体实施步骤如下：隧道监测用电线从区间维修电箱引出后穿PVC 电缆槽敷设引至系统采集箱处。系统采集箱位置以现场最终安装位置为准。对系统所需的12V 供电电缆及信号线需要使用与地铁轨道上原有的夹布橡胶高压管防护后，方可穿越轨道。④信号线及电线过轨。本项目涉及的过轨区域采用的防护管为夹布橡胶高压管。现场布设时采用电钻钻孔加骑马卡固定橡胶管，孔深5cm，孔内放置高强度内膨胀螺丝确保固定牢固，骑马卡间距50cm，拐角处加密布设。⑤系统终端设置。系统监控终端可设置在地铁相关建设或运营部门，工作人员可以根据隧道现场实测数据掌握沉降变形及轨道平顺情况，并可根据预警及报警功能及时采取措施，防止发生安全事故。

（3）隧道收敛自动化监测系统。①系统架构。隧道壁收敛自动化监测系统采用三级架构模式，包括现场监测设备、采集单元、中心系统和监控终端。现场监测设备为高精度激光测收敛计。通过高精度激光测收敛计监测隧道的空间相对距离变形收敛情况。②自动化激光测距仪系统安装。在指定位置安装激光测距仪支架，用电钻打孔，膨胀螺丝安装。保证支架安装稳固。将激光测距仪安装到支架上，用螺丝固定结实。按照指定的线序接上通讯电缆，中间测点采用接线三通。所有传感器安装完毕，将总线接到采集仪上，测读数据，并设置初值。信号线采用线卡固定，固定间距为1m，信号线顺着隧道边墙布设，就近接入采集箱。③激光测距传感监测实施。隧道内重点监测区段按照一定断面间距设置激光传感器，并配置相应数据采集和数据传输设备，根据设计的采样频率对隧道结构进行净空收敛数据采集，实时传输至监测信息管理平台，显示收敛数据及变化曲线，达到隧道结构净空收敛自动化监测的目的。

（4）裂缝自动化监测系统。①系统架构。隧道壁裂缝自动化监测系统采用三级架构模式，包括现场监测设备、采集单元、中心系统和监控终端。现场监测设备为裂缝计。通过裂缝计监测隧道的裂缝变形情况。②裂缝计安装固定方式。表面式裂缝计采用内膨胀锚栓的方式固定。安装时可先将锚栓直接钻孔在被测结构上，然后在将传感器通过万向节的螺栓安装在锚杆上。另外一种为锚杆，锚杆采用内膨胀螺栓与传感器的万向节相连。安装部件安装的时候使用便携式读数仪设置仪器预拉伸量测试然后固定好后测读初始读数调零。裂缝计信号线采用串联的方式进行布线，采用线卡固定，固定间距为1m。③裂缝自动化监测实施。对隧道内控制性裂缝安装裂缝计传感器，并配置相应数据采集和数据传输设备，根据设计的采样频率对隧道结构裂缝进行裂缝宽度数据采集，实时传输至监测信息管理平台，显示裂缝宽度数据及变化曲线，达到隧道结构裂缝宽度自动化监测的目的。④监测周期及频率。自动化监测周期应当根据监测服务周期及监测数据变形情况确定，初步拟定本项目服务周期为一年。在此服务周期内，实施自动化监测时，监测频率应当根据监测点数据采集完成时间确定。⑤监测精度。本项目监测仪器设备均选用国内外高精度产品，仪器精度及监测精度能够保证对结构变形过程进行实时捕捉，满足自动化监测和人工监测工作需求。