地铁施工监测重难点分析及存在问题对策研究

崔晓 许锋 马俊成 孙明峰

【摘    要】：针对目前地铁施工监测特点，分析了施工监测实施过程中技术、管理重难点及存在问题并给出了完善风险源识别和方案编制，建立合理的控制网，科学布点及初始值采集，加强数据分析及安全巡视，加强资料过程管理，积极推进技术创新，不断完善人员、成本及组织管理，优化技术指标和全过程风险源监测等解决措施。

【关键词】：地铁；施工；监测；管理

【中圖分类号】：U231.3【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-30-05

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.010

Analysis of Key Difficulties and Research on Existing Problems in Subway

Construction Monitoring

CUI Xiao1， XU Feng1， MA Juncheng2， SUN Mingfeng1

（1. China Railway Liuyuan Group Co. Ltd.， Tianjin 300308，China；2. Dongguan Institute of Building Research Co. Ltd.，  Dongguan 523820，China）

【Abstract】：Aiming at the characteristics of subway construction monitoring at present， this paper analyzes the technical and management difficulties， existing problems in the process of construction monitoring，and gives some solutions such as improving risk source identification and program formulation， establishing reasonable control network， scientific location distribution and initial value collection， strengthening data analysis and security patrol， strengthening data process management， actively promoting technological innovation， constantly improving personnel， cost and organization management， optimizing technical indicators and risk source monitoring in the whole process， etc.

【Key words】：subway; construction; monitoring; management

地铁大规模建设的同时，重大安全事故频繁发生；为减少和预防地铁安全事故的发生，必须加强地铁建设过程的安全监测，施工监测是地铁施工安全监测体系重要的组成部分。众多学者对地铁监测技术及生产管理方面行了研究：胡薛毅等[1]通过建立一种基坑安全状态的安全评价等级和指标体系，将监测数据转化为风险值，使基坑的安全状态更加明确清晰；崔晓等[2]通过对地铁第三方监测管理模式进行调查和分析，给出了监测管理模式合理化建议；张能等[3]、廖高毅[4]针对施工监测项目特点，研究设计了地铁施工监测信息管理系统；何钦等[5]对人工、自动化监测模式进行对比分析，提出两者协同应用的基本原则和建议参数。

本文对施工监测目的、特点、技术及管理重难点和目前存在问题进行分析并给出一些控制措施和合理化建议。

1 施工监测目的及特点

1.1 监测目的

1）对工程结构自身及周边环境的稳定情况进行监测，通过预警机制对可能发生的风险及时预报，将可能发生的险情控制在初期。

2）为设计单位提供真实可靠的监测数据，作为验证和不断优化设计方案的重要依据。

3）为相关重难点工程科技攻关和科研创新提供监测数据。

1.2 监测特点

1）任务重：前期需埋设大量深基坑、区间及周边建（构）筑物的监测点；实施过程中，对各类工程及周边环境进行高频次监测和巡视，数据异常时，进行4、6次/d，甚至1次/h的加密监测及巡视；完工后，仍需对周边环境进行不定期的监测和巡视。

2）周期长：作为全过程监测技术服务项目，相较于一般市政、房建项目监测周期长，短则3～4 a、长则5～6 a。

3）测项多：包括桩（墙）顶水平（竖向）位移，桩（墙）体水平位移，支撑轴力，地表沉降，管线沉降，建（构）筑物沉降、倾斜、裂缝，地下水位，拱顶沉降，净空收敛，现场巡视等。

4）关注度高：地铁线路一般位于主城区，施工过程中，一旦发生安全事故，不仅造成重大经济损失，还会造成巨大的社会影响。

5）精度高：地铁建设过程中，线路经常大量正穿越老旧建（构）筑物、河流、高架桥梁、市政隧道、快速路、既有地铁线路等，风险源等级较高，部分建（构）筑物、高架桥梁、既有地铁线路对监测数据极为敏感；因此需提供高精度数据来反映工程自身及周边环境的变化。

2 监测重难点

2.1 技术重难点

2.1.1 风险源识别

只有充分了解施工过程中的重大风险源才能把握监测重点，有效减少和杜绝安全事故。车站风险源包括邻近重要建（构）筑物及管线，不良地质及水文条件，基坑开挖过程中的坑边动态堆载，支撑架设过程的不规范操作以及后期施工过程增加的其他工程施工等。区间风险源包括盾构正侧穿及邻近重要建（构）筑物及管线，盾构始发到达，盾构穿越河流，盾构停机及开仓换刀，矿山法施工塌陷，涌水等。

项目前期，监测单位应详细搜集各类资料和进行现场踏勘，对于已知的风险源应制定详细的监测措施；对于项目实施中增加的风险源要做到动态更新，针对重大风险源特点不断优化和调整监测方案。

2.1.2 方案编制

地铁工程周边环境、地质条件、施工工法、工序转换等十分复杂，为科学开展监测工作，方案编制成为监测工作的重中之重。

开工前，监测单位应根据项目概况和特点编制适合本工程的监测实施方案，针对每个测项和风险源制定详细具体的应对措施；同时及时上报监理、第三方监测等单位进行方案审核。当施工工法发生改变时，如明挖法改盖挖法、盾构法改矿山法、矿山法隧道CRD法改CD法或上下台阶法等，应及时调整监测方案并重新进行方案报审，将新方案作为原方案的附件补充使用。

2.1.3 控制网建立

为真实反映变形情况，控制网的建立非常重要。水平位移监测基准网宜根据基坑结构特点建立独立坐标系并设置多个检核点；控制点宜采用强制对中装置，减小对中误差。竖向位移基准网宜根据车站或区间的周边环境布设成附和水准网，采用显性或隐性保护装置，确保控制点稳定可靠[6]。监测过程中，需要定期对控制点进行复测，复测的精度不低于建网精度要求。当控制点被破坏或在测量过程中不方便使用时，应及时埋设新的控制点并提供新的坐标。每次监测前需对控制点稳定性进行检核，确保点位的稳定。

2.1.4 监测点布设

地铁施工监测布点环境极其复杂。主城区地铁施工监测范围内建（构）筑物众多，建（构）筑物外部装修尺度参差不齐；管线埋深、数量、走向错综复杂，部分院落私设管线较多且无详细资料。基坑测斜管预埋和钢支撑轴力计安装过程中极易受现场施工影响，操作不规范容易造成测斜管堵塞、轴力计漏装、破坏等情况发生。主干道地表沉降布点受行人、车流及市政、环卫部门等多重约束。矿山法施工现场空间狭小、多种作业交叉、环境恶劣。

宜成立布点小组，做好测斜管预埋，轴力计安装，地表、管线及建（构）筑物沉降等监测点埋设技术交底；与施工单位、产权单位、街道、社区、市政和环保部门做好沟通，根据工程特点，编制专项布点方案，制定应急和安全保证措施，确保监测点高质量、高标准完成。

2.1.5 初始值采集

在初始值采集过程中应注意不同项目采集的时间，如桩（墙）体水平位移、地表及建（构）筑物沉降等，应在基坑开挖前采集；矿山法洞内监测等应在监测点布设完成后立即采集；盾构区间监测等应在盾构机达到前200 m完成初始值采集。初始值应独立采集至少3次，取较差满足要求的3次测量成果均值作为最终成果。当监测点破坏时，应及时进行恢复并重新采集初始值并将前期累计值进行叠加；同时还应建立监测点破坏及恢复台账，详细记录破坏及修复时间、破坏原因、补救措施等。

2.1.6 数据分析

地铁监测项目众多，监测数据量庞大，数据处理和分析成为了重点和难点。应加强数据的整理和复核，及时剔除粗差，对有效监测数据进行回归分析，预测最终位移值和各阶段的位移速率。结合现场施工工况，给出具体的监测结论和针对性的施工建议。

2.1.7 安全巡视

监测数据虽然能定量反映工程结构及周边环境的变化情况，但科学的巡视却可以直观、迅速发现潜在和微小的异常变化[7]。安全巡视工作可以有效避免险情的发生，因此在日常及恶劣天气监测过程中，要做好安全巡视工作。

巡视信息应第一时间通知各参建单位。重点巡视基坑围护结构有无渗水、裂缝、流砂，基底是否积水；周边堆载是否异常；支撑架设是否及时、支撑是否明显变形；建（构）筑物有无裂缝、错台、倾斜等；管线及周边地表有无裂缝、塌陷等异常情况。针对重难点工程及数据异常区域，应安排专人定点巡视，可现场巡视和监控视频巡查相结合，提高工作效率，及早发现安全隐患。

2.1.8 资料整理

监测过程中会形成大量的过程资料和成果报告，文件资料的整理与归档成为另一大难点。

宜根据项目特点制定资料整理和归档制度，如按照施工监测方案，安全技术交底，项目管理制度，工作联系单及险情报告，监测成果报告，会议纪要，项目培训记录，班前讲话记录，文件发送记录，监测点破坏及恢复台账，区间掘进异常台账，人员、儀器台账，重大风险源台账，预警消警台账等不同文件类型分类整理。已完工的车站或区间，应第一时间按照归档要求，编制总结报告，进行归档资料的初步整理。

2.1.9 技术创新

积极开展例如提高测斜管预埋存活率，桩体水平位移数据修正，桩体水平位移监测点破坏后补救措施，混凝土支撑轴力监测数据异常分析，自动化监测及新技术应用，不良地质条件基坑变形规律及预测分析，基于多源信息融合的地铁监测系统技术研究，地方及行业团体标准规范编制等的研究。对项目实施过程中一些经典案例和重点工程监测经验进行总结，作为项目培训学习及科研的重要支撑材料。

2.2 管理重难点

2.2.1 沟通协调

施工监测项目涉及的部门及单位众多。在方案报审、点位埋设、监测点报验、资料申报过程中需与建设单位、设计单位、监理单位、施工单位、产权单位、街道、社区、市政环保、交通等众多部门做好沟通。应建立畅通的沟通机制，针对每个施工标段，建立专门的监测信息沟通群，将监测工作进展及监测数据第一时间发送各方，保证信息沟通顺畅。

2.2.2 组织管理

施工监测过程复杂，生产管理组织难度大。生产中动态合理组织设备、人员的投入，通过编制健全合理的监测技术方案、严格执行各项制度、建立完善的质量体系等，为施工过程提供准确的监测信息及施工决策建议。定期组织开展安全、质量专项检查活动，积极推进项目自查自纠，保证项目高质量高水平的完成。

2.2.3 成本管理

施工监测需要购买大量材料，如测斜管、水位管、分层沉降管、轴力计等，产生大量布点费用；如何控制成本成为了项目管理的难点。

应做好市场调研，选择最优的材料供应商；采购中，应做到数据准确，避免浪费。如轴力计测线，不同位置的轴力计所需测线长度不同，不同位置安装的轴力计量程不同；倡导节约用水、用纸、用电，提倡对地表监测点保护盖、局部破损的测斜管等生产材料进行回收，在满足要求的情况下重复利用等。

2.2.4 人员管理

1）思想教育。相较于勘察、设计、施工单位合同额而言，监测合同额往往较小且作为技术服务项目提供基础数据，一般不直接涉及工程实体建设，参建单位难以对监测工作足够重视；施工监测人员行业认同感不足，流动频繁。

应通过开展一系列团建和思想教育活动等，增强监测人员的行业认同感、专业荣誉感。

2）技能培训。监测作为一项技术服务型工作，对于员工的技术能力有着较高的要求。一名合格的监测人员不仅要熟悉监测理论知识、熟练操作各种监测仪器，还应充分了解地质、结构、施工等其他专业知识。

应根据工程进展不断加强员工的专业技术培训和继续教育；同时为确保人员自身安全，监测人员的进场安全教育及过程安全教育培训也是不可或缺的一部分。

3 存在问题及解决措施

3.1 自动化监测

3.1.1 自动化程度偏低

目前地铁基坑围护结构变形、周边建（构）筑物、支撑轴力、地下水位、高大模板监测等方面自动化、智能化程度较低，仅仅依靠大量人力、物力来进行数据采集，当遇到如暴雨、大雪、台风等恶劣天气及突发公共安全事件影响时，往往无法及时采集数据，不能形成有效的全过程实时监测。

3.1.2 解决措施

考虑监测周期和成本等因素，建议地铁重点部位或周边环境复杂区域可优先采取自动化监测方案，其余区域采取常规人工监测的工作模式进行；人工监测+部分自动化协同监测的工作模式可较好解决恶劣天气下重点工点无法实时监测，破解地铁工程自动化监测程度低以及因为成本原因而难以推广的问题。

3.2 监测指标

3.2.1 个别指标不合理

1）地下水位：部分监测图纸常给出一个具体数值作为控制指标，如单次变化量不超过0.5 m/d、累计变化量不超过2 m。连续墙结构的深基坑采用坑内降水方式，地下水位监测可按上述监测指标进行实施。围护桩结构且无止水帷幕的深基坑采用坑外降水方式，为达到较好施工效果，水位面常要求在基坑开挖面以下1.0 m，渗透系数较低的地层或无水的基坑采取明排方式，监测图纸提供的水位控制值2 m便无参考意义。

2）桩（墙）体水平位移：部分监测图纸在确定桩（墙）体水平位移控制值时常给出相对基坑深度H的變化值而忽略累计变化绝对值。如某基坑开挖深度为25 m，控制值为0.15%H～0.25%H，计算得37.5～62.5 mm，控制值明显与实际监测要求不符；桩（墙）体水平位移控制值设定时，还应考虑不同地质情况，如砂卵石地层、膨胀性土、软土、湿陷性黄土等不良地质，基坑变形规律本身就不同，单一的控制值无法有效指导监测工作开展。

3）建（构）筑物及管线沉降：部分监测图纸在制定建（构）筑物及管线监测控制值时，常给出笼统指标，如10～30 mm；忽略建（构）筑物建设年代、结构形式、层高，管线类型、材料、敷设方式及时间等，控制值不明确常造成工作混乱。

4）支撑轴力：部分监测图纸给出钢支撑承载能力值而不给出钢支撑轴力预警值和预加轴力值。构件承载能力设计值一般与钢支撑材料、尺寸、长度等参数有关，而钢支撑轴力监测预警值常与基坑变形情况有关，二者概念不同。钢支撑轴力预加过小，钢支撑架设存在支撑失效或坠落等风险；钢支撑轴力预加过大，又会导致钢围檩变形或钢支撑快速预警等情况发生。

5）区间地表沉降：部分监测图纸在设定地表监测点布设间距时，给出一个宽泛的指标，如轴线监测点间距5～10 m、断面间距50～100 m；而在监测实施过程中，轴线监测点间距为5 m、断面间距30 m，部分位置断面点加密布设。图纸监测指标不能较好指导现场施工。

3.2.2 解决措施

结合地质特性、水文情况、施工工法及地铁建设经验，制定符合各省市地铁建设特点的监测标准规范。此外，建设单位应加强对设计单位的技术管理，加强监测设计图纸的审核，确保各测项给出科学、合理、具体、详细的监测指标，避免因指标不合理和笼统造成大量监测数据频繁预警，使得监测工作难以科学开展。

3.3 重大风险源监测

3.3.1 部分风险源缺少监测

1）高大模板监测：高大模板工程具有事故征兆少、应急时间短、逃生率低、容易造成群死群伤重大事故等特点。对高大模板进行实时监控，及时反馈模板的变形情况，防止安全事故发生十分必要；而目前大部分城市在深基坑车站、高架车站、高架区间、车辆段等模板施工中仍采用常规人工监测。

2）土体深层沉降监测：盾构掘进过程中常采用地表沉降监测的形式进行，但由于地层的滞后性，数据反馈至地面时，可能出现局部或大面积塌陷等情况；因此在盾构始发、到达，穿越河流、建（构）筑物等重大危险源时应加强土体深层沉降监测[8]。

3）管线改迁监测：管线改迁一般为工程前期，地铁监测往往忽略这一阶段。管线改迁一般采用顶管或明挖施工等形式，在城区主干道或老旧街道区域，竖井施工和顶管掘进阶段仍存在较大风险。

4）其他项目：盾构机吊装时常采用重型吊机，为防止吊车倾覆，吊装阶段应对基坑结构及地面进行监测；塔吊在车站施工阶段起着重要作用，为避免塔吊倾斜发生事故，应对塔吊基础、吊臂结构等进行监测。

3.3.2 解决措施

地铁建设单位应将监测作为风险管控的重要手段，提升对安全监测工作的重视度，不断完善监测管理制度等。持续加大对监测项目投资和关注度，对高大模板、土体深层沉降、管线改迁等风险源监测纳入监测合同范围，加大监测管控力度，推动监测行业健康、科学的发展。

4 结论

项目实施过程中应做好常规监测和安全巡视，加强监测数据分析，完善和细化报告结论及建议，建立畅通的信息沟通渠道；同时鼓励员工拓宽知识面和注重工程相关专业经验的积累，积极引进岩土、结构等专业人员，改变项目人员专业、年龄结构。监测单位应加强监测工作的内涵研究，提升监测工作技术附加值，加大新技术的研究与应用，提高监测的自动化、智慧化程度，做到监测过程环保、绿色、低碳、高效。

参考文献：

[1]胡薛毅.深基坑变形的动态预测及安全性评价研究[D].武汉：武汉大学，2017.

[2]崔晓，许锋.地铁工程第三方监测管理模式现状研究与建议[J].天津建设科技，2021，31（3）：45-48.

[3]张能，毕永清，李威.城市地铁施工监测信息管理系统的设计研究[J].测绘与空间地理信息，2019，42（8）：119-120+123.

[4]廖高毅. 地铁施工安全监测数据处理与管理技术研究[D].成都：西南交通大学，2017.

[5]何钦，张记峰，陈金锋.人工和自动化基坑监测协同应用研究[J].广东土木与建筑，2020，27（10）：76-79.

[6]张先锋.地铁工程测量技术指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[7]GB 50497—2019，建筑基坑工程监测技术标准[S].

[8]GB 50911—2013，城市轨道交通工程监测技术规范[S].