曾拾生

摘 要：作為地下工程，城市地鐵建設安全隱患大，風險高。在地鐵施工過程中，采取何種措施和手段，保障地鐵項目自身及周邊建筑環境的安全，是地鐵建設的一項重要內容。本文通過結合昆明地鐵工人文化宮車站施工過程中的具體監測實例，對地鐵施工中的監測技術進行較為全面、系統的總結
關鍵詞：地鐵施工；監測；

地鐵建設項目周期長、投資大、施工技術復雜、不可預見風險因素多、對社會環境影響大，屬于高風險工程。近年來我國地鐵工程中的安全事故屢屢發生，頻繁出現人員傷亡、重要市政設施損壞的事故。因此，提高地鐵工程的安全管理水平，是應對當前地鐵建設的當務之急：以先進的監測設備和技術方法對地鐵施工進行監測，通過科學的數據分析辨識風險，并進行風險評估和風險控制，以預防、規避或轉移風險，保障地鐵施工安全。
一、工程概況
昆明市軌道交通首期工程文化宮站為2號線與3號線工程換乘車站，本站位于北京路與東風東路十字路口下地處昆明市繁華的北京路與東風路十字路口，交通疏解壓力很大。車站有效站臺長118米，寬14米，外包長度307.6米，外包寬度22.9米。車站圍護結構采用地下連續墻，開挖采用半蓋挖法施工。2號線開挖深度一般為16.578m，最深達18.178m，3號線一般開挖深度為23.56m，最大開挖深度達25.3m。共設6個出入口。文化宮站是目前昆明地鐵建設規模、工程量、投資最大的地下車站，車站累計開挖土方量超過40萬立方，主體結構鋼筋混凝土近10萬立方。
二、監測目的
工程進行信息化施工，通過在工程施工期間對基坑圍護體系和周圍環境的變化情況進行監測，匯總各項監測信息，可進行綜合分析，有利于指導施工，采取各項施工措施以及環境保護措施的實施。
三、監測重點
根據本工程施工安排和環境條件，信息化監測的重點有以下內容：
1) 基坑本身的安全監測是工程的重點；
2) 基坑周圍的環境，其變形監測亦是工程的重點。
四、監測內容
監測內容設置取決于工程本身的規模、施工方法、地質條件、環境條件及常規監測方式，本著經濟、合理、有效的原則，遵守工程施工的規律，合理設置監測內容。
基坑開挖是土體卸荷產生應力釋放的過程，也是一個應力重新分布的過程，會引起圍護體的巨大變形。這種變形貫穿于施工的全過程，但是，這種變形也可以通過合理的設計，有效的施工措施結合“時空效應”理論的信息反饋技術等方法進行有效控制，將變形控制在允許的程度。因此，有效、準確、及時的施工監測是信息化施工的關鍵。
針對一般工程的設計要求及施工條件，總體設置以下監測內容：
1) 圍護體位移（測斜）監測     2) 圍護墻頂沉降與位移監測
3) 支撐軸力監測               4) 立柱隆沉監測
5) 坑底土體隆沉監測           6) 坑外地下水位（潛水）變化監測
7) 坑外地表沉降監測           8) 建(構)筑物沉降監測
五 、測點布設
5.1  圍護（墻）體測斜孔布設
圍護體測斜是對基坑開挖階段圍護體向坑內方向的水平位移進行監控，及時掌握基坑變形的動態信息。根據各種規范及地鐵公司要求，監測點布置間距宜為3幅地墻（約18m），中間及陽角部位宜布置監測點，每側邊監測點至少設置1個，對于基坑中部，特別是基坑寬度較大、開挖較深、受力集中區域，應予以加密。測斜孔深度必須與圍護體深度一致，無效量測深度不得大于2 m，否則應在地墻迎土面補設測點。在地下連續墻內埋設測斜管方法如下：
在地下連續墻鋼筋籠內綁扎高強度PVC測斜管，管長與鋼筋籠長度一致。測斜管外徑為70mm，管體與鋼筋籠主筋綁扎牢，管內一對十字滑槽（用于下放測斜儀探頭滑輪）必須與基坑邊線垂直，上、下端管口用專用蓋子封好，接頭部位用膠水、膠帶密封，鋼筋籠吊裝完后，立即注入清水，防止泥漿浸入，并做好測點保護。
埋設時間：與圍護體施工同步。
5.2  圍護（墻）體頂部沉降、位移測點布設
由于測斜所反映的墻體位移是相對于墻頂（或者墻底）為不動點的相對位移，故尚須測出墻頂的絕對位移，兩者相比較才能得出墻體向坑內方向各點的絕對位移。因而，設立墻頂位移監測點應與墻體測斜孔位置相對應。將監測點埋設于第一道圈梁梁頂，同時兼做頂部沉降點。
埋設時間：與圍護（墻）體第一道圈梁混凝土澆筑同步，同時做好測斜管接出地面工作。
5.3 支撐軸力布設
圍護（墻）體外側的側向土壓力由圍護（墻）體及支撐體系所承擔，當實際支撐軸力與支撐在平衡狀態下應能承擔的軸力（設計值）不一致時，將可能引起圍護體系變形過大或支撐體系失穩。為了監控基坑施工期間支撐的內力狀態，需設置支撐軸力監測點。
為確保基坑安全，監測點宜布置在支撐受力較大、較復雜的支撐上，其測試元件選用鋼弦式傳感器，量程按設計最大值的1.5倍選用，其安裝方法如下：                 
⑴第一道鋼筋砼支撐軸力布設鋼弦式鋼筋應力計（見下圖片）來監測支撐受力。鋼筋計在混凝土鋼筋綁扎完后進行安裝，將鋼筋應力計焊在距離整個支撐長度的1/2～1/3處混凝土支撐的主筋上（注意：焊接鋼筋應力計的主筋必須截斷），導線用¢50的PVC塑料管引出到外面，砼澆筑7天后（或者砼強度達70～80%）才能測量初始頻率。
⑵其余幾道鋼管支撐中布設鋼弦式軸力計（見下圖片）的方法監測支撐受力：軸力計一般設置在支撐端部的活絡頭側，X型外殼鋼托架與活絡頭貼角全部圍焊，防止軸力計偏移支撐中心，維持支撐的穩定性，見示意圖。（注意：初始頻率必須在整個支撐預加力前測出）
現場軸力計埋設
測量時采用頻率計，通過加低電壓測出測試元件的振弦頻率，與率定表比較換算，然后計算出整根支撐的受力。
埋設時間：與支撐施工安裝同步。
5.4  立柱隆沉測點布設
立柱對支撐體系起到一定的支承和約束作用，其隆沉將直接影響支撐體系的安全，亦應加強對其的隆沉監測。監測點宜布置在基坑中部、施工棧橋下的立柱上，且數量不得少于立柱總數的10%。
埋設時間：第一道支撐施工開始埋設
5.5  坑底土體隆沉測點布設
基坑開挖是卸荷的過程，隨著基坑內土體開挖有應力釋放過程，引起坑內土體回隆，嚴重時，坑外土體涌入基坑形成坑底隆起，在砂性土層中，在動水壓力作用下可能出現涌砂，這將對工程造成嚴重影響，危及基坑安全。通過埋設坑底土體隆沉觀測孔，利用分層沉降儀可量測基坑開挖過程中土層的隆沉量，依據隆沉量和速率及早發現問題。
    在埋設的測管內慢慢放入沉降儀測頭，每到一個磁環埋設點，沉降儀測頭感應信號并啟動聲響器，根據聲響記錄鋼尺距管頂的距離，管頂高程以二等水準聯測求得，由管頂高與沉降儀鋼尺上的讀數求得磁環埋設點的高程。各點累計隆沉量等于實時測量值與其初始值的變化量。
埋設時間：在坑底加固完成后開始降水前1周完成。
5.6  坑外地表沉降監測點布設
地表沉降是基坑施工最基本的監測項目，它最能直接反映周圍環境的變化情況。將鋼筋或木樁埋入圍護體外的土體中，深度約0.6米，露出地面，頂部焊上測釘(如果現場條件不允許，則在地面布設間接點)。
埋設時間：工程開始施工前2周埋設。
5.7  建(構)筑物沉降監測點布設
本工程周邊已有建筑物都在基坑西、南兩側，基坑施工對建筑物存在影響，在受影響范圍內的建筑物布設監測點，監測點宜布置在建筑物角點、中點位置，沿周邊布置間距宜為6～20m，且每邊不應少于2個。
埋設時間：工程開始施工前2周埋設。
六 、監測設備安裝順序
各監測設備儀器的安裝隨基坑工程施工步序而開展，基本按如下順序進行：
1) 先期布設房屋、地面沉降點。
2) 圍護墻施工時，同步安裝墻體內的測斜管。
3) 圍護墻及坑內外加固施工完后，鉆孔埋設坑外的水位管監測點。
4) 圍護墻頂的圈梁澆搗時，同步埋設墻頂的沉降、位移測點，并做好測斜管的保護工作，進行初始值的測取工作。
5) 基坑開挖前，應測出各測試項目的初始值。
6）第一道鋼筋混凝土支撐施工時，同步安裝鋼筋計，混凝土澆注后7天，測出初讀數。
7）每道鋼支撐施工時，同步安裝軸力計，每根支撐預加力前，需完成軸力測試儀器的安裝工作，并測出初讀數。
七 、監測頻率安排
7.1  監測頻率設置依據
根據二級基坑監測時間間隔要求，監測工作自始至終要與施工的進度相結合，根據工況合理安排監測時間間隔，做到既經濟又安全。根據以往同類工程的經驗，常用監測頻率見下表 (最終監測頻率須與設計、總包、業主、監理及有關部門協商后確定)。
監測內容 監       測       頻      率
圍護施工 坑內降水 基坑開挖 底板澆筑后 支撐拆除期間
圍護頂部變形監測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
圍護結構側向位移監測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
支撐軸力監測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
立柱樁垂直位移監測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
坑底土體垂直位移監測 / 2次/周 1次/層土 
坑外地表垂直位移監測 /  1次/1天 2次/周 1次/1天
坑外房屋垂直位移監測 /  1次/1天 2次/周 1次/1天
坑外水位觀測 / 2次/周 1次/1天 2次/周 1次/1天
7.2  監測頻率設置說明
監測工作布置的基本原則是在確保施工安全，本著“經濟、合理、可靠”的原則下安排監測進程，盡可能建立起一個完整的監測預警系統。
1) 基坑預降水階段，應在降水前一周完成水位觀測孔、連續墻頂變形點的埋設，并測定初始值，觀測項目為水位觀測，測量頻率為2～3次/周。
2) 在基坑開挖過程中，由于土體應力場的變化，圍護墻深部將向坑內位移，勢必引起周邊地表、地下管線的沉降，尤其是當基坑開挖至坑底墊層澆注前這一時間段內，整個圍護體處于最不利受力狀態，變形速率也會增大。特殊情況如監測數據有異常或突變，變化速率偏大等，適當加密監測頻率，直至跟蹤監測。
3) 在地下結構施工階段，各監測項目觀測頻率為2～3次/周，支撐拆除階段1次/天。
八、結束語
總之，在項目施工期間，使用先進的監測設備和安全風險管理平臺，采用適合的監測方法，確保監測數據的連續性、準確性和可靠性，并通過安全風險管理平臺的分析處理、安全風險評判和風險評估，及時進行安全信息發送，并提出合理的施工糾正、改進措施，確保地鐵施工安全；在地鐵施工結束后，收集各種施工監測數據，建立地鐵施工安全管理數據庫，并組織專家評審研究，總結經驗，評述不足，為后繼工程提供指導依據

參考文獻
  [1] 王暖堂．深基坑圍護結構力學變形監測技術[J]．北京測繪，2008，2）：12-15