大連地鐵109標段施工監測研究

吳會軍，白海峰，王忠昶

(大連交通大學 土木與安全工程學院，遼寧 大連 116028)*

0 引言

地鐵作為一種快速地下交通工具，在21世紀初得到了蓬勃發展，但也出現了一些技術問題和安全隱患，比如城市地下工程引起的地表沉降可能危及周邊建筑物，地下管線安全的問題，隧道塌方隱患，明挖基坑的坡頂沉降和水平位移是否會引起滑坡等，如何解決這些問題是地鐵施工關鍵［1-5］.大連地鐵開建一年多來，已經發生了多次塌方事故，造成了人民生命財產的損失，并引起了較壞的社會影響.而監控量測是施工中重要的組成部分，是地鐵施工中不可缺少的一個環節，是監測圍巖和邊坡支護穩定性的重要手段和判斷設計、施工是否正確合理的主要依據，是實現地鐵信息化施工的基礎［6-7］.地鐵施工方法又分為明挖法施工、暗挖法施工、蓋挖法施工，而監控量測作為必要的手段存在于各個施工過程［8-9］.明挖法施工過程中，為了防止邊坡滑坡塌方，通過現場監控量測，分析施工動態，保證監測數據反饋指導設計與施工的暢通，保證施工的順利進行，為解決地下工程施工中的技術問題提供了必要的數據支持，并可以指導施工的順利進行，保障施工安全［10-11］.

1 工程背景概況

大連地鐵1號線一期工程第109合同段包括東海公園站及站后區間、東海新區站、東海公園站－東海新區站區間.東海公園站在大連東港地區規劃三橫路與二十縱路交叉口下.設計范圍包括自車站起點里程CK0+329.210至車站終點里程CK0+480.010，總長 150.8 m.車站中心里程為CK0+404.611.本站為地下單層側式站，總建筑面積9697.3 m2.車站共設4出入口.

東海公園站為地下一層結構，站臺寬度為3.55 m.站臺計算長度中心處軌面高程－2.460 m，底板頂面高程－3.070 m.車站主體結構尺寸為:車站主體長度158.8 m，主體寬度48.7 m.車站中心處規劃地面標高為6.390 m.本車站長150.8 m，區間全長329.210 m，基坑開挖深度約為11.50 m.基坑安全等級為二級，由于本站及站后區間場地開闊且地下無管線，具備放坡條件，故本站圍護結構選擇1∶1.2放坡開挖外加旋噴樁止水帷幕.混凝土強度等級為 C25，配筋取鋼筋直徑為φ8mm，面積為150mm×150mm.

2 施工監測方案

在深刻理解本工程的特點、難點和重點的基礎上，以“精準量測，提供優質服務”為目標方針，按照“技術領先、監控指導、動態施工、組織合理、措施得力”的指導思想，通過技術經濟比較，選定先進的監控量測儀器和安全可靠的量測技術方案，配備高素質的監控量測隊伍，保質保量地及時反饋監控量測數據，確保施工過程中主體結構與地面相關建筑設施的絕對安全和正常使用.根據大連市地鐵一期109合同段地下工程埋深、地質條件、結構類型、施工方法、工程規模、工程的重要程度以及周邊環境條件等因素，將現場監控量測的內容和方法介紹如下.

2.1 巡視

開挖后對無支護圍巖的巡視內容包括:

(1)圍巖類型及分布特征，節理裂隙發育程度以及幾何特征、節理的裂隙填充物性質和狀態等;

(2)開挖工作面的圍巖是否穩定，頂板有沒有剝落掉塊現象.

開挖后已支護段的目測內容包括:

(1)有無錨桿被拉斷或墊板陷入圍巖內部的情況發生;

(2)噴錨混凝土是否產生裂隙或剝落現象，特別注意觀察噴錨混凝土是否剪切破壞.

2.2 測點布置

地面沉降觀測點應在施工前在結構的對應地面沿隧道縱向中線位置間隔一定距離提前布設，以監測工程開挖過程中地面沉降變化的全過程.當沉降值或沉降變化速率超過規定允許值時，應采取相應措施，以確保工程施工及地面建筑物的安全.布點范圍為2.5～3.0倍的隧道直徑，測點間距2.0～5.0 m，測點布置要求如圖1所示，實際測點布置圖如圖2所示.測點橫斷面縱向布設間距一般與拱頂沉降測點相對應，并結合工程埋深情況適當增減.沉降觀測點采用沖擊鉆鉆深約0.6 m的孔，埋設0.5 m長的φ16 mm鋼筋，鋼筋露出地面約10 mm，孔隙用水泥砂漿填充實.

圖1 規范測點布置要求圖

圖2 實際測點布置圖

2.3 坡頂沉降監測

沉降觀測必須有基準點，基準點布設位置應在施工影響范圍之外，而且至少要有3個，基準點之間應定期聯測，以保證基準點不沉降，基準點的布設方法可參照圖1.每個沉降點變化速率不能超過1 mm/d，累計沉降量不能超過30 mm.電子水準儀精度不低于0.3 mm/km.

坡頂沉降一般采用二等水準路線測量，測量工作需要電子水準儀一臺，三腳架一個，3 m長銦鋼尺兩把，尺墊兩個，最少需要三個人才能進行二等水準測量，兩個人立尺，一個人測量和記錄.

調平水準儀，輸入基準點的高程.水準儀照準的第一個銦鋼尺是立于水準點上的，所以此時打開儀器電源開關，進入程序，進入二等水準測量，再輸入基準點的高程，然后就可以開始測量了.每一站的測量需要保證儀器距離兩把尺子的距離相差不超過0.5 m，并且距離不超過50 m，每一站測完后儀器都會有提示是否進入下一站，進入下一站之前記錄一下后視監測點的高程，在比較平緩的路線上進行測量時距離可以稍微大一些但一定不能超過50 m，在坡度比較大的路線上測量時應盡量使儀器與兩把尺子的距離小一些，測完所有的監測點后，還得反測回基準點，因為二等水準路線是閉合水準路線.

2.4 坡頂水平位移監測

坡頂水平位移點和靠近邊坡的沉降點共用，鋼筋頂部刻劃十字絲以便于立棱鏡支架.每個坡頂變化點位移變化速率不能超過1 mm/d，累計沉降量不能超過30 mm.所用全站儀精度不低于2".

坡頂水平位移采用極坐標法測量，測量工作需要電子全站儀一臺，三腳架一個，棱鏡一個，棱鏡支架一個，最少需要兩個人才能進行極坐標法測量，一個人立尺，一個人測量和記錄.全站儀對中，伸開架腿，讓三角架頂面大概與肩部齊平，然后進行調平，把全站儀對準后視點棱鏡的中心，坐標測量需要注意的是，千萬不要碰到三角架，同時也要保證支架上圓水準器的小氣泡居中且支架底下的尖端一定要立在水平位移點的十字絲上.測量的數據只需記錄N、E兩軸坐標值就可以了.利用電子全站儀測量監測點坐標，之后計算所得變化的位移、變化速率等.

3 監測實施及數據分析

對于需要監控量測的項目，如地面沉降、拱頂下沉等應在每次監控量測后及時按大連市地鐵監控量測報表格式，對數據進行整理，并按要求上報給業主、第三方監測和監理單位，同時作為施工單位工程竣工資料存檔.監測中所用儀器見圖3和圖4.部分測點數據見表1和表2.由于開挖到底部沉降穩定后改為兩天一測，故變形速率為本次變形量的1/2.

圖3 精密電子水準儀

圖4 精密全站儀

表1 部分沉降測點數據

表2 部分水平位移觀測點數據

為預測變化趨勢和最終變化值，判斷開挖后邊坡的穩定性，可根據位移—時間關系曲線(散點圖)的形狀，采用以下一元非線性函數回歸，進行變位趨勢擬合.

式中，u為位移值(mm);A、B為回歸系數;T為量測時間.

擬合結果見圖5沉降回歸曲線.部分測點變形曲線圖見圖6所示.

圖5 沉降回歸曲線

圖6 部分觀測點沉降曲線

4 結論

本文針對大連地鐵109標段施工進行監控量測工作.監測結果表明:

(1)明挖基坑坡頂監測點累計最大沉降點為DB-27-02點，對應最大沉降值為9.2 mm，小于規范允許值30 mm;變形速率最大值為0.8 mm/d，也小于允許值1 mm/d;

(2)坡頂水平位移監測點最大水平位移為SP-10-01點，對應最大水平位移值為17.8 mm，小于規范允許值30 mm;變形速率最大值為0.85 mm/d，也小于允許值1 mm/d;

(3)針對個別監測點預警情況進行分析，排除了施工安全隱患，保證了施工安全順利進行.

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