地铁线路隧道结构沉降监测探讨

地铁线路隧道结构沉降监测探讨

王佳民

青岛呈锌勘测技术工程有限公司

摘要：在施工和运营阶段，准确地监测隧道的地基沉降量，并对其稳定性进行安全评估具有十分重要的工程意义。常规的地基沉降量监测方法易受气象、环境以及现场施工等外界因素的干扰，难以满足隧道监测区间长、数据采集和处理工作量大的工程技术要求。对既有地铁运营线路的隧道结构沉降进行监测是了解和掌握隧道结构变形、及时发现病害和判断其安全状况的必要方法和手段。文章结合地铁运营线路的隧道结构沉降监测实例，讨论了在不同工艺、不同埋深、不同水文地质条件下的隧道沉降情况，探讨了隧道结构监测的必要性，以指导后续隧道结构的养护维修。

关键词：地铁线路；隧道；沉降监测；沉降槽

中图分类号：U452　 文献标识码：A

引言

随着城市化进程的加快，一座座建筑物拔地而起，同时城市人口在不断增加，使得人均可利用空间变得越来越少。由于人们对城市景观环境的要求进一步提高，合理利用地下空间，修建地下铁路就成为缓解城市交通拥堵，增加人们出行方式选择和减少出行时间的有效方式。为更好地了解和掌握隧道结构变形和及时发现病害情况，现场在隧道沿线内部结构两侧壁和道床中心位置分别布设沉降监测点，按周期持续进行监测，分析隧道结构沉降的情况和规律，并对其沉降原因进行探讨，准确监测地表沉降并对施工提出控制标准是隧道工程成功实施的重要环节。

1 自动化监测系统的组成

为实现该工程地下综合管廊全线路地基沉降量监测数据的快速准确采集和传输，设计研发了自动化监测系统。所研发的地基沉降自动化监测系统主要包括：多点位移计、数据采集系统、采集分析软件等。数据采集系统是由接收仪和发送仪两大部分组成，具体包括发送模块、GPRS 模块、防雷模块、采集模块、数据转换模块、放大模块、电源模块等。采集分析软件具有定时测量、数据自动保存、报警、打印、生成曲线等功能。

2 地铁线路隧道结构沉降监测的方法

2.1 洞内、外观察

隧道洞内外观察是整个隧道监控量测过程中的必测项目之一，目的是为了预测即将开挖处的地质条件，除此之外，隧道洞内外观察可以通过喷层锚杆的状态，分析支架结构组织的安全可靠性，并且可以获取周边围岩的稳定性数据。隧道内、外观察通常会选在隧道工程开挖后的这一时间点进行，其中观察的重要内容有地下水发育、断层、岩层产状、洞内岩性等方面内容。实时记录开挖工作面的相关地质情况，同时还要判定围岩等级。除此之外，隧道洞内外观察还要注意的是，已经开始施工的区域要进行至少一天一次的检查与记录，其中主要记录地表、二次衬砌、锚杆、混凝土等方面内容。除此之外，隧道洞内外观察时，尤其要格外重视洞深浅埋段、洞口段。

2.2 测量机器人

第一，监测预警值。（1）隧道结构安全保护第三方监测控制指标：①隧道结构绝对沉降量及水平位移量不大于5mm（包括各种加载和卸载的最终位移量）；②道床（参考轨道变形指标）竖向变形小于±2mm，两轨道横向高差小于2mm。③隧道的相对变曲不大于1/5000，隧道纵向变形曲线的曲率半径R≥30000m。④由于打桩振动、爆炸产生的震动隧道引起的峰值速度不大于1.20cm/s（对连续性的震动控制指标应按50%甚至更为严格控制）。（2）监测警戒值：第三方监测的实际变形警戒值为最大允许变形值的50%，报警值为最大变形允许值80%。当出现大于警戒值和报警值时，系统将自动通过手机短信的方式立即向申请人、施工单位、城市轨道交通公司、城市轨道交通运营管理办公室发出预警及报警。以便采取相关措施保证隧道结构安全。第二，监测数据处理。（1）数据采集、整理。现场监测仪器(全站仪)自动数据采集，并将数据自动传输到数据库管理系统。（2）数据分析及预报。自动监测系统根据全站仪量测数据绘制测点时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，进行实测变形量与预报值比较。最终输出成果表及位移量—时间曲线图，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。

2.3 测杆长度的调节

按测点数将灌浆锚头组件与不锈钢测杆、测杆接头、测杆保护管密封件、测杆减阻导向接头及测杆定位块等可靠连接固定后集成一束，捆扎可靠，整体置入钻孔中。长测杆（＞6m）可分段置入、孔口连接。正常情况下，HC-2200型多点位移计的供货状态是预装配好的，每根测杆长度是根据用户提供的测点位置而准确截断的。但是如有意外情况发生的活，需要改变锚头位置，必须调节测杆长度。此工作的进行只在锚固前有效。减短测杆时需要调节测杆长度的测点处，从倒刺接头上拆下测杆护管，将管截断至需要长度，抽出测杆直至保护管可以重新连接到倒刺接头上并重新加箍。加长测杆时拆下传感器与测杆的连接头，加装预备好的加长测杆。加装适当长度的保护管及接头并重新整理测杆至合理状态。将保护管重新连接到倒刺接头上并加箍。

2.4 拱顶下沉量测

拱顶下沉量测可以评定围岩稳定性，从而辅助施工指导，帮助判断支护。在拱顶下沉量测中，常使用的仪器有钢卷尺、精密水准仪。在进行拱顶下沉量测时，首先要在拱顶测点和标准高程点之间安放好水准仪。在确保水准仪安放好以后，将水准尺的最低端与标准高程点对齐，然后将水准尺调为水平，利用水准仪后使水准尺记录读数H1，利用前视普通钢卷尺记录读数H2。将标准高程点的高程记作H0，则拱顶测点的总高程等于3个数值之和，而在两次不同测试间，间隔时间内的拱顶下沉变化量为拱顶高程差。

2.5 地表下沉量测

在布置地表下沉量测测点时，也要与实际地形相结合进行布置，重视预埋件的埋设，要确保预埋件能够稳固的埋设起来，对预埋件还要制定一定的保护措施，例如喷红漆、设立警示牌等。在进行地表下沉量测时，首先要选择水准点，在选择水准点时，要选择不会受到隧道施工进度影响的地方设立水准点。然后利用水准仪对其他各测点的高程进行测量。之后还要再选取额外的水准点，来进行测点高程的校核工作。在进行量测时，需要注意以下事项：如果发现地表下沉速度不够稳定，地表位移量较大等情况，要采取一定的措施。如加挂钢筋网（选择更加粗、更加凑密的钢筋网）、加长加密锚杆、对喷射混凝土的厚度进行加厚、对下部结构采取一定的补强措施。

3 结束语

在开挖初期，上覆围岩的厚度对围岩的累计沉降值有一定影响，随着开挖的不断进行，上覆围岩厚度的影响逐渐减弱，开挖对围岩造成的扰动增大。开挖隧道中心线正上方及其附近的围岩产生的沉降要明显大于距离开挖隧道较远的围岩，在施工后期，最大累计沉降值出现在开挖隧道中心线的正上方围岩。在实际施工过程中，开挖初期应当注意控制上覆土层较厚处上方的地表沉降变形，施工后期应当注意控制开挖隧道中心线上方及其附近的地表沉降。

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