某地下商场监控量测及信息反馈技术

黄鑫

摘 要：本文针对拱顶下沉、洞内周边收敛等项目进行了监测，以便对工程结构的稳定性及其周围环境的影响适时评判，及时预测和预防施工中可能出现的不利局面，动态地组织和指导施工。

关键词：监测；拱项下沉；洞内周边；收敛

一、量测项目的确定及量测频率

（一）量测项目的确定。地下工程监测项目的确定、监测断面及测点的布置、仪器设备的选择及元件的埋设方法。主要考虑如下因素：① 工程地质和水文地质情况；② 结构的埋深、跨度、结构的类型和施工工艺；③ 结构施工影响范围内地表建筑物及地下结构物的结构特点。形状及其尺寸等；④ 设计提供的变形及其它控制值以及安全储备系数等；⑤ 业主或合同规定的需特殊注意的项目等；⑥ 监测项目应直观明了，且数据易于处理分析。

鉴于上述分析，量测项目如表5-1所示

说明：1.以上所设定的观测频率为正常情况下的固定频率，当出现异常情况，将根据现场实际情况增加观测频率。2.测点数量及布置参考规范要求和设计图纸，根据现场实际情况和量测的条件布置。

（二）监控量测的方法及测点布置。（1） 隧道内水平收敛量测。结构内水平收敛观测点的布置与地表沉降观测点在同一断面上，测点加工时应保证测点与量测仪器连接光滑密贴。埋设时保证测点锚栓与围岩或支护稳固连接，变形一致，并统一编号，做好明显警示标志，防止人为损坏。测点尽量靠近开挖面布置，结构开挖后，应及时埋设测点，以测得开挖后的变形，离开挖面不得大于2m，在每环初次支护完成24h以内，在下一循环开挖前，记录初次读数，以三次数据的平均值作为初始读数。采用Jss30型数显收敛计进行量测，量测精度为0.1mm。（2） 拱顶下沉量测。拱顶下沉观测点与水平净空收敛观测点布设在同一断面内，埋设时保证测点锚栓与围岩或初期支护稳定连接。测点尽量靠近开挖面布置，距开挖面不大于2m，在每次初次支护完成后24h以内，在下一开挖循环开始前，初次记录读数，以三次平均值作为初始读数。利用工作基点使用水准测量方法观测，观测精度为1mm。工作基准点设在竖井内，保证基点稳定可靠。（3） 隧道底部隆起量测。观测点埋设在隧道底板，每个量测断面埋设3个测点，采用水准测量方法观测，与拱顶下沉共用一个基准点。（4） 应力应变量测。应力应变量测包括围岩与初次支护之间、初期支护与二次衬砌之间接触应力的测试，支护结构内力测试。

围岩与初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间接触应力的测试采用TGH型振弦式压力盒，选择有代表性的断面埋设压力盒，每个测试断面共布置22个压力盒，埋设时应保证压力盒与围岩密贴，埋设后将压力盒的电缆线引出统一编号，并量测压力盒的初始读数。TGH型振弦式压力盒，量程为0.5MPa，接收装置为GSJ-2A型智能检测仪。TGH型振弦式压力盒主重要技术参数为：准确度0.5%FS～1.0%FS；重复性：0.2%FS～0.4%FS；分辨率0.01%FS。

衬砌结构钢筋受力量测采用GGLJ-25型钢筋应力计，可测拉应力，也可测压应力。接收装置为GSJ-2A型智能检测仪。在同一个格栅支撑上选择截面受拉，受压最大及拐点部位埋设。应力计的安设将所测受力主筋相应部位截去与钢筋应力计等长的部分，采用帮条双面焊将钢筋应力计与主筋焊成一整体。将钢筋应力计的电缆线统一编号，并测初始读数。

GGLJ-25型振弦式钢筋应力计由GGLJ型振弦式钢筋应力传感器和GSJ-2A型多功能电脑检测仪组成。应用时，传感器两端焊接在结构体内的钢筋上（替代一段钢筋），通过水工电缆连接到GSJ-2A型智能检测仪。启动电源，仪器里的激发电路使传感器中的钢弦振动，传感器将钢筋承受的拉应力或压应力转换为频率信号输出，检测仪精确测定频率，按传感器的精确数学模型计算、显示钢筋的应力值。GGLJ型振弦式钢筋应力计的主要性能参数为：连接杆长度：800mm；拉伸量程 0～200MPa；压缩量程 0～150MPa；准确度0.5%FS；1.0%FS。分辨率0.01%FS。

二次衬砌混凝土受力量测采用HGBJ型混凝土应变计，接收装置为GSJ-2A型智能检测仪。

二、监测数据的处理与反馈

采用如下三种方法进行处理

（1） 列表法：根据量测的预期目的和内容，设计数据的规格和形式，利于数据的填写和比较，重要数据和计算结果表示突出，该方法用于平时的数据积累和单报表的填写。（2） 图形表示法：在选定的坐标系中，根据量测数据画出几何图形来表示量测结果。该方法用于各阶段量测数据分析，直观、形象地反映量测项目的变化趋势，为分析报告的主要内容。（3） 解析法：通过对量测数据的计算，求出各变量之间关系的经验公式（回归公式），推算出最终位移值。该方法用于阶段性的量测数据分析、预测，为分析预测、预报的主要内容。

现场量测数据经过及时进行整理，绘制位移或应力的时态变化图，适时进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移或应力值，掌握位移及应力变化规律，评价施工、结构及可能影响的构筑物的安全度。

三、监控量测的成果与分析

（一）结构洞内水平收敛。从本结构施工过程中对各洞室进行水平收敛量测来看，结构水平收敛主要发生在结构的开挖支护结束后，喷射混凝土未达到设计强度之前，此时洞内水平收敛速率最大。由图1结构水平收敛历时曲线图可以看出，待支护结构充分发挥本身的强度后，水平收敛基本稳定，且最大收敛值为 15 mm。

（二）顶板下沉。顶板下沉主要体现在初期支护结构稳定前和初期支护结构稳定后的整个结构下沉两方面。在结构开挖后，初期支护未达到设计强度之前，顶板下沉主要由竖向围岩压力引起，沉降速率由2～3mm/d逐渐见小。初期支护结构稳定后，由于结构底部承载力不够，会产生结构整体下沉而引起顶板沉降。施工支护过程中，加强对结构底部及锁脚的注浆加固，可以减少结构的顶板沉降，这一点从图2顶板典型断面沉降历时曲线图和图3顶板沉降速率历时曲线图可以看出，顶板在后期的沉降很小。最大拱顶沉降为 54 mm。

（三）结构底部隆起。从监测的情况看结构底部隆起基本与顶板下沉同步，但与同期拱顶下沉速率相比偏小，具体见图4。最大底部隆起值25mm。

（四）围岩与衬砌之间的接触应力。围岩压力是隧道结构受力与安全的关键因素，可以动态地了解在开挖与支护中围岩应力场的分布状态，有利于调整初次衬砌的参数，达到安全施工的目的。图5-14为本工程的典型量测断面的围岩接触应力大致分布图，该图是应力盒埋设结束后的18天围岩与初次支护之间的接触应力的结果。从图中可以看出，围岩与初次支护接触应力最大的位置分布在结构底部、边墙与顶板的拐角、底板与边墙的拐角位置，其应力在0.07～0.65MPa，因此在结构施工中应加强这3个位置的监测力度，确保施工安全。

从图中可以看出，浅埋暗挖法施工的隧道，因其上方无法形成承载拱，理论上应按顶板以上全部土柱的重量计算地层的竖向压力。以本工程的平均覆土深度5m来计算，根据地质勘测资料，顶板覆土的平均容重为18.0kN/m，侧压应力系数取为0.5，则理论上地层的竖向压力应为0.09MPa，侧向压应力为0.045MPa。实测的地层竖向压力较理论值偏小，侧向土压力较理论值偏大，分析其原因一是由于地铁与隧道多次施工，土体开挖，围岩多次受扰动造成一定量的水土损失，二是两边对打Φ159mm大管棚，管棚支撑在支架上，相当于在隧道顶部形成一个板梁，则板梁可承载一部分土压力，且向两边传递。在侧向则不具备此效应，且由于侧向管棚的类墙作用，产生应力集中，因此侧向土压力较理论值偏大。小导管注浆更加大了这一管棚效应。

（五）格栅支撑的内力。地下结构主要采用Φ28的主筋加工的格栅钢支撑，针对主筋的工作状态及受力情况，对部分格栅进行不同部位的主筋受力量测，图5-15为格栅钢支撑的钢筋应力分布图，从图中可以看出，应力较大值分布于结构的侧边墙、顶板与边墙的拐角、结构的底部，在结构的底部最大应力为

119.237MPa，开挖跨度大的部位与顶板与边墙的拐角处应力较高，但均未超过180 MPa。

结论：（1） 从施工监测结果看，在施工过程中，地下管线及地下结构本身是安全的，这就说明该工程制定的超前大管棚支护、超前小导管注浆加固、掌子面及时封闭、临时型钢支撑、短台阶法等施工方法是成功的。（2） 围岩压力，理论值与实测值有所差别，究其原因双向对打超前大管棚支护的作用不可忽视。

参考文献：

[1] 王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论. 北京： 科学出版社， 2004

[2] 施仲衡. 浅埋暗挖法设计理论论述. 现代隧道技术， 2005， 42（2）： 37-39