曾拾生

摘 要：作為地下工程，城市地鐵建設(shè)安全隱患大，風(fēng)險(xiǎn)高。在地鐵施工過程中，采取何種措施和手段，保障地鐵項(xiàng)目自身及周邊建筑環(huán)境的安全，是地鐵建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文通過結(jié)合昆明地鐵工人文化宮車站施工過程中的具體監(jiān)測實(shí)例，對(duì)地鐵施工中的監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行較為全面、系統(tǒng)的總結(jié)
關(guān)鍵詞：地鐵施工；監(jiān)測；

地鐵建設(shè)項(xiàng)目周期長、投資大、施工技術(shù)復(fù)雜、不可預(yù)見風(fēng)險(xiǎn)因素多、對(duì)社會(huì)環(huán)境影響大，屬于高風(fēng)險(xiǎn)工程。近年來我國地鐵工程中的安全事故屢屢發(fā)生，頻繁出現(xiàn)人員傷亡、重要市政設(shè)施損壞的事故。因此，提高地鐵工程的安全管理水平，是應(yīng)對(duì)當(dāng)前地鐵建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急：以先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)方法對(duì)地鐵施工進(jìn)行監(jiān)測，通過科學(xué)的數(shù)據(jù)分析辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制，以預(yù)防、規(guī)避或轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，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(hào)線與3號(hào)線工程換乘車站，本站位于北京路與東風(fēng)東路十字路口下地處昆明市繁華的北京路與東風(fēng)路十字路口，交通疏解壓力很大。車站有效站臺(tái)長118米，寬14米，外包長度307.6米，外包寬度22.9米。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，開挖采用半蓋挖法施工。2號(hào)線開挖深度一般為16.578m，最深達(dá)18.178m，3號(hào)線一般開挖深度為23.56m，最大開挖深度達(dá)25.3m。共設(shè)6個(gè)出入口。文化宮站是目前昆明地鐵建設(shè)規(guī)模、工程量、投資最大的地下車站，車站累計(jì)開挖土方量超過40萬立方，主體結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土近10萬立方。
二、監(jiān)測目的
工程進(jìn)行信息化施工，通過在工程施工期間對(duì)基坑圍護(hù)體系和周圍環(huán)境的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，匯總各項(xiàng)監(jiān)測信息，可進(jìn)行綜合分析，有利于指導(dǎo)施工，采取各項(xiàng)施工措施以及環(huán)境保護(hù)措施的實(shí)施。
三、監(jiān)測重點(diǎn)
根據(jù)本工程施工安排和環(huán)境條件，信息化監(jiān)測的重點(diǎn)有以下內(nèi)容：
1) 基坑本身的安全監(jiān)測是工程的重點(diǎn)；
2) 基坑周圍的環(huán)境，其變形監(jiān)測亦是工程的重點(diǎn)。
四、監(jiān)測內(nèi)容
監(jiān)測內(nèi)容設(shè)置取決于工程本身的規(guī)模、施工方法、地質(zhì)條件、環(huán)境條件及常規(guī)監(jiān)測方式，本著經(jīng)濟(jì)、合理、有效的原則，遵守工程施工的規(guī)律，合理設(shè)置監(jiān)測內(nèi)容。
基坑開挖是土體卸荷產(chǎn)生應(yīng)力釋放的過程，也是一個(gè)應(yīng)力重新分布的過程，會(huì)引起圍護(hù)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(shè)計(jì)，有效的施工措施結(jié)合“時(shí)空效應(yīng)”理論的信息反饋技術(shù)等方法進(jìn)行有效控制，將變形控制在允許的程度。因此，有效、準(zhǔn)確、及時(shí)的施工監(jiān)測是信息化施工的關(guān)鍵。
針對(duì)一般工程的設(shè)計(jì)要求及施工條件，總體設(shè)置以下監(jiān)測內(nèi)容：
1) 圍護(hù)體位移（測斜）監(jiān)測     2) 圍護(hù)墻頂沉降與位移監(jiān)測
3) 支撐軸力監(jiān)測               4) 立柱隆沉監(jiān)測
5) 坑底土體隆沉監(jiān)測           6) 坑外地下水位（潛水）變化監(jiān)測
7) 坑外地表沉降監(jiān)測           8) 建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測
五 、測點(diǎn)布設(shè)
5.1  圍護(hù)（墻）體測斜孔布設(shè)
圍護(hù)體測斜是對(duì)基坑開挖階段圍護(hù)體向坑內(nèi)方向的水平位移進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)掌握基坑變形的動(dòng)態(tài)信息。根據(jù)各種規(guī)范及地鐵公司要求，監(jiān)測點(diǎn)布置間距宜為3幅地墻（約18m），中間及陽角部位宜布置監(jiān)測點(diǎn)，每側(cè)邊監(jiān)測點(diǎn)至少設(shè)置1個(gè)，對(duì)于基坑中部，特別是基坑寬度較大、開挖較深、受力集中區(qū)域，應(yīng)予以加密。測斜孔深度必須與圍護(hù)體深度一致，無效量測深度不得大于2 m，否則應(yīng)在地墻迎土面補(bǔ)設(shè)測點(diǎn)。在地下連續(xù)墻內(nèi)埋設(shè)測斜管方法如下：
在地下連續(xù)墻鋼筋籠內(nèi)綁扎高強(qiáng)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(nèi)一對(duì)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(diǎn)保護(hù)。
埋設(shè)時(shí)間：與圍護(hù)體施工同步。
5.2  圍護(hù)（墻）體頂部沉降、位移測點(diǎn)布設(shè)
由于測斜所反映的墻體位移是相對(duì)于墻頂（或者墻底）為不動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)位移，故尚須測出墻頂?shù)慕^對(duì)位移，兩者相比較才能得出墻體向坑內(nèi)方向各點(diǎn)的絕對(duì)位移。因而，設(shè)立墻頂位移監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)與墻體測斜孔位置相對(duì)應(yīng)。將監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)于第一道圈梁梁頂，同時(shí)兼做頂部沉降點(diǎn)。
埋設(shè)時(shí)間：與圍護(hù)（墻）體第一道圈梁混凝土澆筑同步，同時(shí)做好測斜管接出地面工作。
5.3 支撐軸力布設(shè)
圍護(hù)（墻）體外側(cè)的側(cè)向土壓力由圍護(hù)（墻）體及支撐體系所承擔(dān)，當(dāng)實(shí)際支撐軸力與支撐在平衡狀態(tài)下應(yīng)能承擔(dān)的軸力（設(shè)計(jì)值）不一致時(shí)，將可能引起圍護(hù)體系變形過大或支撐體系失穩(wěn)。為了監(jiān)控基坑施工期間支撐的內(nèi)力狀態(tài)，需設(shè)置支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)。
為確保基坑安全，監(jiān)測點(diǎn)宜布置在支撐受力較大、較復(fù)雜的支撐上，其測試元件選用鋼弦式傳感器，量程按設(shè)計(jì)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(shè)鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)（見下圖片）來監(jiān)測支撐受力。鋼筋計(jì)在混凝土鋼筋綁扎完后進(jìn)行安裝，將鋼筋應(yīng)力計(jì)焊在距離整個(gè)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(yīng)力計(jì)的主筋必須截?cái)啵�，�?dǎo)線用¢50的PVC塑料管引出到外面，砼澆筑7天后（或者砼強(qiáng)度達(dá)70～80%）才能測量初始頻率。
⑵其余幾道鋼管支撐中布設(shè)鋼弦式軸力計(jì)（見下圖片）的方法監(jiān)測支撐受力：軸力計(jì)一般設(shè)置在支撐端部的活絡(luò)頭側(cè)，X型外殼鋼托架與活絡(luò)頭貼角全部圍焊，防止軸力計(jì)偏移支撐中心，維持支撐的穩(wěn)定性，見示意圖。（注意：初始頻率必須在整個(gè)支撐預(yù)加力前測出）
現(xiàn)場軸力計(jì)埋設(shè)
測量時(shí)采用頻率計(jì)，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(jì)算出整根支撐的受力。
埋設(shè)時(shí)間：與支撐施工安裝同步。
5.4  立柱隆沉測點(diǎn)布設(shè)
立柱對(duì)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(yīng)加強(qiáng)對(duì)其的隆沉監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)宜布置在基坑中部、施工棧橋下的立柱上，且數(shù)量不得少于立柱總數(shù)的10%。
埋設(shè)時(shí)間：第一道支撐施工開始埋設(shè)
5.5  坑底土體隆沉測點(diǎn)布設(shè)
基坑開挖是卸荷的過程，隨著基坑內(nèi)土體開挖有應(yīng)力釋放過程，引起坑內(nèi)土體回隆，嚴(yán)重時(shí)，坑外土體涌入基坑形成坑底隆起，在砂性土層中，在動(dòng)水壓力作用下可能出現(xiàn)涌砂，這將對(duì)工程造成嚴(yán)重影響，危及基坑安全。通過埋設(shè)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(jù)隆沉量和速率及早發(fā)現(xiàn)問題。
    在埋設(shè)的測管內(nèi)慢慢放入沉降儀測頭，每到一個(gè)磁環(huán)埋設(shè)點(diǎn)，沉降儀測頭感應(yīng)信號(hào)并啟動(dòng)聲響器，根據(jù)聲響記錄鋼尺距管頂?shù)木嚯x，管頂高程以二等水準(zhǔn)聯(lián)測求得，由管頂高與沉降儀鋼尺上的讀數(shù)求得磁環(huán)埋設(shè)點(diǎn)的高程。各點(diǎn)累計(jì)隆沉量等于實(shí)時(shí)測量值與其初始值的變化量。
埋設(shè)時(shí)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(jiān)測點(diǎn)布設(shè)
地表沉降是基坑施工最基本的監(jiān)測項(xiàng)目，它最能直接反映周圍環(huán)境的變化情況。將鋼筋或木樁埋入圍護(hù)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(xiàn)場條件不允許，則在地面布設(shè)間接點(diǎn))。
埋設(shè)時(shí)間：工程開始施工前2周埋設(shè)。
5.7  建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)
本工程周邊已有建筑物都在基坑西、南兩側(cè)，基坑施工對(duì)建筑物存在影響，在受影響范圍內(nèi)的建筑物布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)宜布置在建筑物角點(diǎn)、中點(diǎn)位置，沿周邊布置間距宜為6～20m，且每邊不應(yīng)少于2個(gè)。
埋設(shè)時(shí)間：工程開始施工前2周埋設(shè)。
六 、監(jiān)測設(shè)備安裝順序
各監(jiān)測設(shè)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(jìn)行：
1) 先期布設(shè)房屋、地面沉降點(diǎn)。
2) 圍護(hù)墻施工時(shí)，同步安裝墻體內(nèi)的測斜管。
3) 圍護(hù)墻及坑內(nèi)外加固施工完后，鉆孔埋設(shè)坑外的水位管監(jiān)測點(diǎn)。
4) 圍護(hù)墻頂?shù)娜α簼矒v時(shí)，同步埋設(shè)墻頂?shù)某两怠⑽灰茰y點(diǎn)，并做好測斜管的保護(hù)工作，進(jìn)行初始值的測取工作。
5) 基坑開挖前，應(yīng)測出各測試項(xiàng)目的初始值。
6）第一道鋼筋混凝土支撐施工時(shí)，同步安裝鋼筋計(jì)，混凝土澆注后7天，測出初讀數(shù)。
7）每道鋼支撐施工時(shí)，同步安裝軸力計(jì)，每根支撐預(yù)加力前，需完成軸力測試儀器的安裝工作，并測出初讀數(shù)。
七 、監(jiān)測頻率安排
7.1  監(jiān)測頻率設(shè)置依據(jù)
根據(jù)二級(jí)基坑監(jiān)測時(shí)間間隔要求，監(jiān)測工作自始至終要與施工的進(jìn)度相結(jié)合，根據(jù)工況合理安排監(jiān)測時(shí)間間隔，做到既經(jīng)濟(jì)又安全。根據(jù)以往同類工程的經(jīng)驗(yàn)，常用監(jiān)測頻率見下表 (最終監(jiān)測頻率須與設(shè)計(jì)、總包、業(yè)主、監(jiān)理及有關(guān)部門協(xié)商后確定)。
監(jiān)測內(nèi)容 監(jiān)       測       頻      率
圍護(hù)施工 坑內(nèi)降水 基坑開挖 底板澆筑后 支撐拆除期間
圍護(hù)頂部變形監(jiān)測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
支撐軸力監(jiān)測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
立柱樁垂直位移監(jiān)測 / / 1次/1天 2次/周 1次/1天
坑底土體垂直位移監(jiān)測 / 2次/周 1次/層土 
坑外地表垂直位移監(jiān)測 /  1次/1天 2次/周 1次/1天
坑外房屋垂直位移監(jiān)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(jiān)測頻率設(shè)置說明
監(jiān)測工作布置的基本原則是在確保施工安全，本著“經(jīng)濟(jì)、合理、可靠”的原則下安排監(jiān)測進(jìn)程，盡可能建立起一個(gè)完整的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
1) 基坑預(yù)降水階段，應(yīng)在降水前一周完成水位觀測孔、連續(xù)墻頂變形點(diǎn)的埋設(shè)，并測定初始值，觀測項(xiàng)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(yīng)力場的變化，圍護(hù)墻深部將向坑內(nèi)位移，勢必引起周邊地表、地下管線的沉降，尤其是當(dāng)基坑開挖至坑底墊層澆注前這一時(shí)間段內(nèi)，整個(gè)圍護(hù)體處于最不利受力狀態(tài)，變形速率也會(huì)增大。特殊情況如監(jiān)測數(shù)據(jù)有異常或突變，變化速率偏大等，適當(dāng)加密監(jiān)測頻率，直至跟蹤監(jiān)測。
3) 在地下結(jié)構(gòu)施工階段，各監(jiān)測項(xiàng)目觀測頻率為2～3次/周，支撐拆除階段1次/天。
八、結(jié)束語
總之，在項(xiàng)目施工期間，使用先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備和安全風(fēng)險(xiǎn)管理平臺(tái)，采用適合的監(jiān)測方法，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性和可靠性，并通過安全風(fēng)險(xiǎn)管理平臺(tái)的分析處理、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，及時(shí)進(jìn)行安全信息發(fā)送，并提出合理的施工糾正、改進(jìn)措施，確保地鐵施工安全；在地鐵施工結(jié)束后，收集各種施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立地鐵施工安全管理數(shù)據(jù)庫，并組織專家評(píng)審研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，評(píng)述不足，為后繼工程提供指導(dǎo)依據(jù)

參考文獻(xiàn)
  [1] 王暖堂．深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)變形監(jiān)測技術(shù)[J]．北京測繪，2008，2）：12-15