东上泽站地铁工程监测分析

甄俊亭

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

0 引言

地铁工程具有施工周期长、施工技术复杂、不确定因素多等特性，在施工中对周围环境造成的影响比较大，是一种安全风险系数比较高的工程。近年来，我国地铁事业飞速发展，很多城市都在大力兴建地铁，虽然方便了人们的出行，但在施工中频繁发生安全事故，造成了严重的经济损失和人员伤亡。基于周边环境安全的地铁工程监测可全方位监测地铁施工中的安全隐患，依据科学的数据对风险进行分析辨识，制定有针对性的风险控制，或者风险规避措施，从而保证地铁工程施工的安全性。基于此，开展基于周边环境安全的地铁工程监测分析研究就显得尤为必要。

1 工程简介

东上泽站为地下两层车站，位于正定新区崇因路以南，规划新城大道下面，南北向布置，东侧设综合管廊，与车站呈平行敷设。车站大里程端北侧东西向现有DN2200雨水管、DN900污水管及DN400上水管等较多市政管线，南北向有DN1000、DN3000上水管及DN1000污水管，车站D出入口及及1号风道上方设有DN300燃气管。车站主体总长181.59 m，覆土约为3.5 m，共设置1个安全出口、4个出入口、2组风亭，全部采用明挖法施工。东上泽站—福泽站区间下穿东上泽村，沿线主要为市政道路，地下管线较少，无控制性建（构）筑物。区间右线采用明挖+盾构法施工，区间左线采用盾构法施工，左线的起始里程为K34+097.8600，终止里程为K34+694.910，线路总长度为587.65 m。本标段平面示意图如图1所示。

图1 本标段平面位置示意图

根据初勘资料及收集线路附近地下水位资料，拟建工程沿线场地赋存一层地下水，地下水类型为潜水（二），水位埋深大于45 m。本次勘察钻孔不存在上层滞水，但因管道渗漏、大气降水等原因，沿线局部存在上层滞水的可能性。

2 工程风险监测重难点分析和监测的目的

2.1 工程风险分析

就案例工程而言，按照施工设计文件和地质勘查报告中指出的内容，存在很多风险源，其中地铁车站主体基坑涉及到的风险源如表1所示。

表1 地铁车站主体基坑涉及的风险源

2.2 地铁工程周边环境安全监测的目的

首先，对车站自身和周围构筑物的安全情况进行全面监测，可作为评定地铁施工对周围环境影响的主要依据，以提升地铁工程施工策略制定的科学和合理性。

其次，对可能发生的安全隐患进行提前监测，通过分析监测数据，可提前制定有针对性的措施，降低事故造成的损失[1]。

在监测周期内，东上泽站所监测项均按表2监测频率执行。

表2 监测频率表

3 针对周边风险重难点的监测控制措施分析

3.1 地表沉降监测

在地表沉降监测点布置时，需要综合考虑变形影响的范围，且布置点数不应少于3个，监测点可布置在基础比较深，并且沉降比较稳定的构筑物上。监测点布置时，需先布置管线沉降观测点和建筑物沉降观测点，观测点可采用人工开挖，也可以采用机械钻孔开挖，保证观测点直径不小于80 mm，深度大于1 m，将孔内渣土清理干净，并向孔内注入适量的清水养护，注入强度不低于C20的混凝土，采用震动机提升混凝土灌注的密实度，混凝土灌注量要距离地面5 cm左右[1]。在埋设观测点时，标志盖需要和路面保持平齐，测点要保持稳定性，清晰性，便于长时间保存。地面沉降监测点埋设方式见图2。

图2 地面沉降监测点埋设示意图（单位：mm）

在地表沉降观测时，可选择几何水准测量方法，本工程采用了DS05级数字水准仪联合铟瓦条码尺进行观测。当高程基准点布置完成之后，需要进行2次反复测量，保证高程都达到设计要求之后，才能开始监测。复测周期取决于基准点的位置，案例工程1～2个月进行一次复测，待点位稳定后，每3～6个月进行一次复测。特别对基准网复测时，环线闭合差或往返较差控制在（n为测站数）内复测[2]。

3.2 地下管线监测

地下管线监测点采用以下技术：①针对有检查井的管线，将监测点布设到井盖下面管线承载体或管线上；②针对能开挖暴露管线但无检查井的，观测点直接设到管线上；③对不能开挖且无检查井条件的，在地表埋设间接观测点；④对于在管线上设监测点时，开放管线可在管线支墩或管线上做支架监测点，封闭管线采用抱箍式埋点。案例工程管线直接布设沉降监测点见图3所示。

图3 管线直接布设法示意图

地下管线沉降监测网观测按《城市轨道交通工程测量规范》（GB 50308-2008Ⅱ）级垂直沉降监测网主要技术要求观测，主要技术指标及要求如表3所示。

表3 垂直沉降监测网的主要技术要求

地下管线沉降监测方法与地表沉降监测相同。

3.3 周边建（构）筑物变形监测

周边建（构）筑物变形监测基准点可以和地表沉降基准点共用，对框架结构、砖混结构而言在监测点布置时可选择钻孔法，采用电动钻钻孔，钻孔直径为75 mm，钻孔深度为120 mm，钻孔完成之后清除内部杂质，并注入锚固剂，回填孔内空隙[3]。对高度在12层以下的建（构）筑物，在监测时可采用差异沉降量监测方法，推算出建（构）筑物的倾斜情况，具体监测示意图如图4所示：

图4 差异沉降量推算法示意图

先通过几何水准测量法，确定基础两端点的差异沉降量Δh，然后再按照宽度D和高度h，可以推算出建（构）物的实际倾斜值，如果顶部倾斜位移量为Δ，斜度为i，则。

在基坑开挖之前，对监测对象的裂缝分布情况记录，在施工中对具有代表性的裂缝进行监测，每条裂缝要至少布置2个监测点，且监测点要设置在裂缝最宽处，通过裂缝观测仪对裂缝的变化情况进行监测记录[4]。

针对此次自动监控系统改造，除了要保证自动监控系统的稳定性和可靠性，对功能需求有所扩展，更要充分考虑操作者的使用习惯和接受程度，建立以人为中心的设计理念，在系统中更多地注入良好的用户体验元素。需要在系统框架设计上，结合功能需求，合理划分功能模块，简化交互流程，优化界面设计，从设计之初就体现出用户体验的要求，在易用性和操作层面上给用户带来良好的用户体验感受。

3.4 围护桩顶水平位移监测

围护桩顶水平位移监测时可采用导线网来布置监测点，以东上泽站施工平面控制系统作为基准，通过附导线形式进行布置。在基坑开挖深度2-4倍以外的稳定区域布设监测点，为确保监测精度，务必埋设强制对中观测墩，每个相对独立区域观测点布置数量不应小于3个[5]。现场监测基准点可选择强制归心的水泥观测墩，其顶面长度为0.4 m，宽度0.4 m，埋于地下的部分不应小于1.2 m，高出地面1.0 m，桩顶水平位移监测基点示意图如图5所示：

图5 桩顶水平位移监测点示意图

控制网观测依照GB 50308-2008《城市轨道交通工程测量规范》Ⅱ级水平位移监测网的要求进行，其主要技术规定如表4所示。

表4 水平位移监测控制网主要技术要求

监测点在水平位移观测时，需要按照现场条件合理观测，本工程选择了1 s级全站仪采用极坐标法进行观测，在选择好的控制点上，放置全站仪，精确整平对中后进行观测，各个监测点的距离及其角度务必把控严格，算出各监测点的坐标，把位移矢量投影至与基坑垂直的位置，以便更加精确地确定基坑内侧的变形量[6]。

3.5 支撑轴力监测

支撑轴力监测的关键点之一是安装钢筋测力计，常用的安装方法有两种，一种是碰焊接法，另一种是绑焊法，在本工程监测中，采用了前者，用连接杆和钢筋先碰接，然后和钢筋测力计连接，连接完成之后，再制作钢筋笼。撑轴力监测的关键点之二是轴力计安装，为保证轴力计安装的稳定，需要安装在专用的轴力架上，用电焊焊接牢固安装架上未开槽一端与支撑牛腿上的钢板，焊接时需确保安装中心点和钢支撑中心轴线对齐[7]。待焊接冷却之后，再将轴力计放入钢筒内部，用M10螺丝紧固。基坑轴力计测点断面布置如图6所示：

图6 基坑轴力计测点布置断面图

此公式中，Nq表示本工程混凝土支撑内力（kN）；σs表示钢筋应力（kN/mm2）；表示钢筋计监测平均应力（kN/mm2）；Kj表示第j个钢筋计标定系数（kN/Hz）；fji表示第j个钢筋计监测频率（Hz）；fi0表示第j个钢筋计安装之后的初始频率（Hz）；Ajs表示第j个钢筋计截面积（mm2）；Ec表示混凝土弹性模量（kN/mm2）；Es表示钢筋弹性模量（kN/mm2）；Ac表示混凝土截面积（mm2）；As表示钢筋总截面积（mm2）。

轴力计的工作原理是：当轴力计受到轴向力时，造成弹性钢弦的张力变化，钢弦的振动频率也发生改变，利用频率仪测得钢弦的频率变化，即测出所受的作用力大小。一般计算公式如下：

P=KΔF+bΔT+B

此公式中P表示支撑轴力（kN）；K表示轴力计的标定系数（kN／F）；ΔF表示轴力计输出频率模数实时测量值相对于基准值的变化量（F）；b表示轴力计的温度修正系数（kN／℃）；ΔT表示轴力计的温度实时测量值相对于基准值的变化量（℃）；B表示轴力计的计算修正值（kN），在轴力计计算过程中，频率模数F=f2×10-3。

4 施工体会

第一，在地铁施工中，基坑深度比较大，为保证施工的安全性，降低对周边环境造成影响，要及时排出基坑内部积水，同时做好周边基坑防水措施。

第二，在地铁施工全过程中，要定期检查每个钢支撑轴力大小，对轴力相对偏小的部位要及时补加，保证钢支撑的安全性。

第三，在实际开挖过程中钢支撑的架设要及时跟进，钢支撑架设离开挖部位不能超过控制允许值。

第四，按照周边环境监测实际数据，可适当加大监测报警值处监测频率，对预警区域加强监测，对变形较大的区域要加大监测密度，特别是支撑轴力，需要对第一道钢支撑采取有效的防坠落措施，并且每天将监测报表抄送给相关单位。

5 结束语

文章以东上泽站为研究背景，对基于周边环境安全的地铁工程监测进行分析，得出结论：地铁施工具有很强的复杂性，在施工中遇到的不确定性因素比较多，任何一个环节控制不当，都会影响施工的安全性。为保证施工的安全性，降低对周边环境造成的影响，在具体施工中，必须结合风险安全监测重难点，从地表及地下管线沉降监测、周边建（构）筑物变形监测、围护桩顶水平位移监测、支撑轴力监测等方面同时入手，可大幅度提升施工的安全性，值得高度重视。