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东北地区地铁施工监测方法及应对措施

发布日期：2015-01-04 19:03

东北地区地铁施工监测方法及应对措施

摘　要:以哈尔滨地铁一号线南站—农科院区间施工为依托,重点介绍了在东北高寒地区特有的自然条件下地铁隧道施工中制定的有针对性的施工监测方案,并提出了在特有条件下的监测应对措施及注意事项,对以后地铁施工监测工作有一定的指导意义。

关键词:地铁, 监测方法, 注意问题

0　引言

由于城市建筑密集,地下工程施工引起的地层移动不可避免的会导致城市地面建筑不同程度的竖向沉降和横向位移。由于周围环境和岩土介质的复杂性,即使采用最先进的施工方法,其施工引起的地层移动也是不可能完全消除的。当地层移动和地表变形超过一定的限度时就会引起地面沉陷、基坑垮塌、隧道破坏、周边建筑物损害、地下管线损害等事故,导致严重经济损失并产生不良的社会影响。对城市地铁来说,一般都穿越城市中心地带,因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管网密布、交通繁忙、施工条件等受到限制,对环境的控制要求更为严格。

1　工程概况

哈尔滨南站站至农科院站区间位于学府路规划道路正下方,穿越哈南铁路桥,避开了铁路桥桩基。隧道中心线与规划道路基本平行。道路两侧为农科院、农科院试验田、哈达水果批发市场、民宅等科研及民用设施,最近处距区间隧道30 m以外,正线隧道施工对其影响甚微。

本区间地下水主要赋存于冲洪积地层内,水温12℃~14℃。含水层主要为孔隙潜水,稳定水位标高约108. 84 m~114. 13 m,埋深30. 50 m~64. 90 m。地下水埋藏较深,对区间施工不会产生影响。地下水主要由松花江侧渗和大气降水补给,丰水季节水位将有所上升,水位变幅约2 m。根据沿线所取水样的水质分析结果,地下水对混凝土结构无腐蚀,对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀,对钢结构有弱腐蚀。

2　施工方法

哈尔滨南站站至农科院站区间采用浅埋暗挖施工方法。主要施工步骤包括:在区间中部合适位置设施工竖井一座,由施工竖井向两端车站施工区间隧道,区间隧道采用台阶法开挖,循环进尺长度0. 75 m~1. 0 m,施工步骤主要如下:

1)施工拱部小导管注浆超前支护。

2)环状开挖上半断面、预留核心土,初喷混凝土,架立格栅钢架,安装锁脚锚杆,复喷混凝土。

3)环状开挖下半断面,初喷混凝土,架立格栅钢架,复喷混凝土;待初期支护收敛稳定后,在初期支护背后注浆,使初期支护与地层密贴。

4)在喷射混凝土表面进行砂浆找平,铺设防水层后自下而上灌注二次衬砌。拱部二次衬砌预留压浆孔,保证初期支护与二衬之间密实。

3　施工监测方法

对于地铁施工安全监测的规范要求,并且结合哈尔滨南站站至农科院站区间特有的施工条件,在保证满足要求并且尽可能方便的指导条件下,监测项目的主要内容包括:

1)地表沉降监测;

2)隧道内净空收敛监测;

3)管线沉降监测;

4)周围建筑物沉降监测。

3.1　地表沉降监测

地表沉降观测采用水准仪,其测量精度为±1 mm。沉降观测首先应布设基准点。本工程根据设计文件、规范、有关资料和现场具体情况,在施工前进行观测基准点的布设。利用先期已经布设的水准点布设工作基点,形成比较系统的水平位移观测网。基准点布置在远离隧道施工沉降区不小于30 m施工影响范围外的稳定面上,且保证相邻点位的通视,布设基准点时可利用设计院的原始基准点。沉降观测一般采用闭合路线或附合路线进行,便于往返较差,也利于基准点稳定性的检测。一般在基准点无破坏、移动的状况下,每3个月~5个月作一次基准点稳定性检测,以保证量测数据的精度要求。利用基准点按设计要求和规范及现场情况在隧道影响范围内布设测点,沿隧道纵向开挖洞室中线每5 m布设观测点,并选择代表性断面布设横断面,测点间距根据洞室间距而定,横向间距范围为2 m~5 m,隧道中线附近密些,远离中线处疏些;在洞口浅埋段、围岩地质条件变化段加密观测。

3.2　隧道内净空收敛监测

隧道周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观的反映,量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息;判断隧道围岩的稳定程度,为二次衬砌提供合理的支护时机;指导现场设计与施工。隧道内水平收敛、拱顶下沉以及隧底隆起观测点的布置与地表沉降观测点在同一断面上,断面间距5 m。测点加工时应保证测点与量测仪器连接光滑密贴。埋设时保证测点锚栓与围岩或支护稳固连接,变形一致,并统一编号,做好明显警示标志,防止人为损坏。测点尽量靠近开挖面布置,隧道开挖后,应及时埋设测点,以测得开挖后的变形,离开挖面不得大于2 m,在每环初次支护完成24 h以内,在下一循环开挖前,记录初次读数,以三次数据的平均值作为初始读数。水平收敛采用YD-SL-1钢尺收敛仪进行量测,拱顶下沉和隧底隆起采用精密水准仪结合铟钢尺量测,量测精度为1 mm。

3.3　管线沉降监测

哈尔滨南站站至农科院站区间管线较多,且大部分位于主道两侧的辅道上,西侧需要监测的主要是直径1 000 mm和直径600 mm的给水管,东侧需要监测的主要是直径1 000 mm的给水管和直径325 mm的燃气管道。

埋设测点时,应根据基坑周围地下管线的功能、管材、接头形式、埋深等条件,在基坑开挖前布设好管线沉降监测点。监测点分直接监测点和间接监测点。管线监测点具体的布设根据管线具体情况,需通过召开管线协调会,征求有关专家及管线单位意见后确定。因城市管线铺设时间、管线基础、管线材质等多种多样,确定其变形控制值比较困难,因此施工中需要根据肉眼观察与数据对比,有异常情况应立即向上级部门反映,并加强监测。

3.4　围岩压力监测

围岩压力监测使用土压力盒监测隧道支护结构的受力性态,为支护结构的优化和围岩—支护结构的稳定性评价提供基本资料。每个测试断面共布置24个压力传感器,埋设时应保证压力盒垂直于喷层层面并同喷层轴力方向平行,为减小喷层受偏心荷载,喷层布设于喷层厚度中部,埋设后将压力盒的电缆线引出统一编号,并量测压力盒的初始读数。安装前测得压力初始值,喷层封闭12 h后测得基准值。在掌子面通过安装点之后到二次衬砌通过时进行观测;掌子面2. 0D之间,每天测读1次; 2. 0D之后至二次衬砌前每两天测读1次; 5. 0D之后每周测读一次。观测采用数显应力振弦仪。每次观测前后,在现场应对测量仪器进行检查;长期测量时,应定期进行率定,以保证仪器的测试精度。

3.5　周围建筑物沉降监测

哈尔滨南站站至农科院站区间周围建筑物距离比较远,都在30 m以外,地铁施工对其影响甚微。需做沉降监测建筑物为在农科院站附近的人行天桥,在桥墩上布设沉降点4处。

4　东北特殊条件下地铁监测应注意的问题

1)由于基准点距离较远,因此给测量工作带来很大的麻烦,因此需要在施工区域内重新引一个新的测量基准点。但是基准点的位置不能太靠近开挖区域,否则基准点随着监测点一起下沉,就会造成监测点测量数据偏小。同时,基准点一定要设在人及机械影响不到的地方,而且基准点周围的应力变化不能过大,这些因素都能造成基准点的变化。基准的布设完毕后,要每隔一段时间进行一次复测,从而保证测量中取得的数据准确可靠。

2)监测点的布设一定要根据现场情况,因地制宜,在能保证施工安全的前提下尽量布设的易于进行数据采集。

3)由于地铁施工一般都在繁华的闹市区,因此由于车流和人流对测点和仪器的影响将不可忽略,因此在采集特别是初始值的过程中一定要避开人流车流高峰,这样才能采集到真实、可靠、能反映真实情况的数据。

4)由于哈尔滨地处东北,冬季特别寒冷,这样就不得不考虑土的冻胀问题。地表的监测点在冬天的时候很可能由于冻胀而发生大的上升,而在春天的时候发生大的下沉。因此在布设地表点的过程中,一定要严格按照布设要求进行,布设的深度必须大于当地的最大冻土层。

5)由于哈尔滨地区的寒冷天气,在数据采集过程中一定要时刻检查测量仪器,铟钢尺底部的冰冻问题,尺垫以及监测点顶部的冰冻问题,一旦忽略很容易造成测量事故。

6)由于仪器十分的贵重,而且因冬季东北地区室内和室外的温差问题,在出去测量的时候一定要对所有的玻璃制品进行预凉,防止由于温差过大而造成玻璃的碎裂,从而造成重大损失。

7)由于很多布设点都在道路上,封闭施工也不可能,因此在进行数据采集的时候一定要注意交通安全。要尽量的避开车流高峰,同时要拉交通警戒线,传反光背心。

客观的说,目前隧道工程的设计施工都尚处于半经验半理论的状态,通过监测可以了解周边土体的实际变形和应力分布情况,为施工步骤的实施、施工工艺的采用提供有价值的指导性意见。因此,将施工监测工作做好、做准确不仅仅能够对施工安全作出有效的提前预测和指导施工,而且还可以通过监测摸索出在特殊条件下土体扰动对周围围岩的应力和应变的影响,对以后隧道工程的学科发展和进步有很大的推动和验证作用。

参考文献:

[1]　王　坤,张　琳.明挖地铁车站满堂脚手架施工监理控制[J].山西建筑, 2010, 36(19): 223-224.

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