西安城市轨道交通工程控制网点稳定性分析

胡自全,姜雁飞,刘志平

(1．西安市地下铁道有限责任公司,陕西西安 710018;

2．中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘地理信息局重点实验室,江苏徐州 221116)

西安城市轨道交通工程控制网点稳定性分析

胡自全1∗,姜雁飞1,刘志平2

(1．西安市地下铁道有限责任公司,陕西西安 710018;

2．中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘地理信息局重点实验室,江苏徐州 221116)

西安地区特殊的区域地质的构造活动、地裂缝活动及地面沉降的叠加严重影响了城市轨道交通工程测量工作。城市轨道交通工程建设工期长,地面控制网受城市建设、轨道交通工程施工的影响,点位容易破坏和失稳。本文结合工程建设实际,对西安市城市轨道交通工程控制测量的影响因素进行了分析,提出了解决措施。

城市轨道交通;地裂缝;地面沉降;工程测量

1　引 言

西安城市轨道交通工程穿越临潼-长安断裂、众多地裂缝及西安区域地面沉降区域,特殊的地质条件影响城市轨道交通工程控制网的稳定性。城市轨道交通工程及其他城市建设也是造成地面控制点破坏及失稳的重要因素。在城市轨道交通工程控制网布设及检测过程中,应综合分析影响工程测量的相关因素,研究相关技术及管理措施,保证工程能按设计方案正确施工、运营。

2　地面控制点破坏及失稳的影响因素

2．1地质条件

(1)区域地质

西安市位于渭河盆地的中部,处在西安凹陷的东南隅。西安地区区域边界存在三组断裂,分别为NEE向渭河断裂、NE向临潼-长安断裂和近NE向秦岭北侧断裂,其影响着西安地区的地层构造活动。以临潼～长安断裂带构为主断裂带,附带多条小断裂带,错综复杂。临潼-长安断裂带南起秦岭丰裕口,北至骊山。全长约60 km,宽3 km～7 km,第四纪以来其活动显著,断层两盘垂直断距为57 m～74 m。沿着临潼-长安断裂带多处有明显的地裂缝、构造凹地。根据地质调查资料对比,临潼-长安断裂可分为三条断裂,自东向西分别为江伊-鲍坡断裂、马腾空断裂和斜口-东大断裂[1]。西安地铁二号线南延段、四号线、五号线、临潼线均穿越临潼-长安断裂带。

(2)区域地面沉降

在西安地区,由于承压水过量开采,导致了地面沉降,地面不均匀沉降导致和促使了地裂缝的发展[2,3]。西安地区地面沉降速率在1997年以前是不断加快,1997年以后因黑河引水工程的通水及自备井开采量减少,承压水位趋于稳定后回升,地面沉降速率有所减缓。但由于远郊地区承压水仍持续下降,区域沉降漏斗的范围仍在不断扩大,沉降速率东郊和南郊大于西郊和北郊,总趋势是沉降量由东南向西北递减[4]。如图1所示,地铁3号线、4号线穿越位于高新区和曲江新区的区域沉降地带。

图1　西安地区2007～2008年沉降速率图

(3)地裂缝

西安地裂缝自东向西延伸分布,目前已发现有14条[5],包括已出露地表的地裂缝和未出露地表的隐伏地裂缝。地裂缝分布在黄土梁洼地貌范围内,覆盖面积约150 km2,出露总长度72 km,延伸长约103 km,单条地裂缝出露最长11．38 km,最短2 km。西安城市轨道交通工程穿过众多地裂缝,如图2所示。

图2　西安城市轨道交通工程穿越地裂缝示意图

2．2城市轨道交通工程

城市轨道交通工程建设周期长、工序复杂、施工场地狭小、影响工程建设的因素较多,在施工过程中由于交通疏解、分期围挡施工、设计变更等因素的影响,沿轨道交通线路布设的平面和高程控制点有时会被破坏[6]。

为了满足支护结构和开挖施工的要求,多采用降水施工,降水在工程中应用广泛,会造成地面不同程度的地表沉降。城市轨道交通测量的水准点和导线点都是沿线路布设,受施工降水影响会出现水准点下沉。

2．3其他影响因素

其他城市建设如市政道路桥梁建设、道路维护、管线施工、绿化施工等均有可能对城市轨道交通的控制点产生破坏。此外,强降雨、地下管线渗漏引起的地表塌陷也会破坏城市轨道交通的控制点。

3　西安地铁工程测量控制网点稳定性分析案例

3．1网点垂直位移分析

(1)地铁三号线为例

采用地铁三号线自2011年4月～2014年4月,从机电学院深埋桩水准点至西安国际港务区西塘村深埋水准点共52个水准点的5期水准复测相对高差数据进行比较分析,发现鱼化寨～小寨段高程控制点存在较大沉降,且呈持续下沉的趋势,网点沉降结果如图3所示。其中高程变化最大的点位为都市印象,累计沉降-449 mm。

图3　西安地铁三号线水准检测

图3中水准线路沉降最大段位于西安高新技术产业开发区。该区是十年来西安发展最快的区域,也是西安区域地面沉降最大的区域之一[7],与图1的结论相一致。

(2)地铁四号线为例

采用地铁四号线自2012年～2014年,从北客站至航天城站共109个水准点的3期水准复测相对高差数据进行比较分析,发现和平门至航天城段存在两个沉降区,分别为中铁一局～富力城、富力城～航天城,如图4所示。

图4　西安地铁四号线航天城～火车站段水准检测

中铁一局～富力城段水准线路穿过曲江沉降槽,富力城～航天城段水准线路穿过长安沉降槽[8],该区域的地面沉降导致了西安地铁四号线精密水准点的沉降。

在三、四号线暗挖及车站施工区段水准点高程也会发生沉降,沉降量基本在3 cm之内。

3．2四号线西延澜山GPS点位移

在西安地铁二号线、一号线、三号线和四号线施工期间,均发现有平面控制点发生的现象,其中以四号线西延澜山GPS点位移最为显著。2011年～2014的4次控制网测量成果显示位于雁塔南路西延澜山小区楼顶的GPS控制点存在北偏东方向的位移,年均变化量为58 mm,如图5所示。

该栋建筑物位于雁塔南路西侧,高30层;根据地质勘测资料发现此处位于临潼-长安断裂带和fc1地裂缝交汇处[8,9],小寨-观音庙沉降槽的南边缘(如图1、图2所示)。通过分析该建筑物沉降监测数据认为地裂缝的活动导致的基础不均匀沉降,是该GPS点位移的主要原因。

图5　西延澜山GPS控制点坐标位移图

3．3控制点破坏及失稳情况

为查明城市轨道交通工程建设过程中控制点的破坏及失稳情况,作者查阅了西安地铁一、三、四号线的控制网测量资料,并对其进行统计分析,如表1所示。

城市轨道交通工程控制点破坏及失稳统计表　表1

根据表1统计可知,每条城市轨道交通工程线路在全线开工建设的第一年有40%左右的精密导线点失稳及破坏,50%左右的水准点失稳及破坏,工程建设过程中每年有将近40%左右的水准点年沉降量超过5 mm。

4　应对措施

为减小地质构造、区域地面沉降、地裂缝和城市工程建设对控制点网点的影响,主要采取了以下解决措施:

(1)在长安-临潼大断裂南北两侧分别埋设深埋水准点,标底选在稳定的土体持力层上,钻孔约360 m,采用太乙宫基岩点起算,组成闭合环[3]。

(2)通过联测国家GPS连续参考站,建立由5个GPS控制点组成的平面控制基准网,作为西安地铁工程平面控制测量的起算点。

(3)采用水准测量、GPS/INSAR集成技术开展区域地表沉降监测的研究工作,确定地面沉降的区域,并分析其沉降量、沉降速率及相关变化规律[10,11],为城市轨道工程控制网的布设及优化设计提供动态的参考资料。

(4)平面及高程控制点尽量布设在降水施工影响范围之外稳固且易于保存的区域;在地裂缝或地面沉降漏斗区域应适当增加水准点,找出其变化规律及漏斗区域变化边缘。

(5)增加控制网测量检测频率,及时确定控制点的变化量。

(6)加强控制点检测的动态管理,建立基于GIS的城市轨道交通工程控制网管理系统[12],对控制网进行动态管理。

5　结论与建议

影响西安城市轨道交通控制网稳定性的因素可以概括为地质因素和城市建设的影响两类。地裂缝的活动和区域沉降使控制点产生位移和沉降,可通过测量检测成果和InSAR地面沉降监测技术掌握其变化规律,定期进行控制网检测可减小或消除其影响。对于城市轨道交通建设和其他城市建设对控制点的破坏及失稳,除需应用本文的应对措施外,还需做好各参建单位的协调管理,并与其他轨道交通工程沿线建设单位及控制点保护单位的沟通与协调。

[1] 宋彦辉,李忠生,李新生等．临潼-长安断裂带内地裂缝特征[J]．中国地质灾害与防治学报,2012,(23)2:50～54．

[2] 彭建兵．西安地裂缝灾害[M]．北京:科学出版社,2012．

[3] 姜雁飞,马全明,唐红军等．地裂缝和地面沉降条件下的城市轨道交通工程高程控制测量探讨[J]．测绘通报, 2011(3):48～51．

[4] 张勤,赵超英,丁晓利等．利用GPS与INSAR研究西安现今地面沉降与地裂缝时空演化特征[J]．地球物理学报,2009,(52)5:1214～1222．

[5] 姜规模,吴群昌,李安定．西安市长安地裂缝场地勘察与工程设计探讨[J]．矿产勘查,2012,(3)1:123～126．

[6] 秦长利,马海志,于来法等．城市轨道交通工程测量[M]．北京:中国建筑工业出版社,2008．

[7] 西安市地下铁道有限责任公司．西安地铁三号线工程可行性研究报告[R]．西安:2012．

[8] 西安市地下铁道有限责任公司．西安地铁四号线工程可行性研究报告[R]．西安:2014．

[9] 西安市地下铁道有限责任公司．金滹沱～雁南四路区间岩土工程勘察报告[R]．西安:2012．

[10] 罗海滨．综合GPS和InSAR监测地表形变的理论方法和应用研究[D]．南京:河海大学,2008．

[11] 胡自全．基于GNSS的边坡变形监测与预报方法研究[D]．南京:河海大学,2010．

[12] 中铁隧道勘测设计院有限公司．城市轨道交通工程远程测量管理系统设计说明书[R]．天津:2011．

Stability Analysis of Xi′an Urban Rail Transit Project Control Network

Hu Ziquan1,Jiang Yanfei1,Liu Zhiping2

(1．Xi′an metro Co．,Ltd,Xi′an 710018,China; 2．Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of NASMG,CUMT,Xuzhou 221116,China)

Urban rail transit engineering survey has been seriously affected by tectonic activities,special regional geology,ground fissures and land subsidence in Xi'an．Urban rail transit engineering construction takes a long time,and the ground control network is influenced by urban construction,Urban rail transit engineering construction,it often leads to destruction and instability of the control point．The paper,combined with the actual construction,analyzes the influence factors of measurement and control of urban rail transit engineering,puts forward the solving measures．

urban rail transit;ground fracture;Land subsidence;engineering survey

1672-8262(2016)01-24-04

P224

B

∗2015—08—24

胡自全(1983—),男,工程师,硕士,研究方向:工程测量、岩土工程、城市轨道交通工程管理等。

国家自然科学基金青年基金(41204011)