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哈尔滨地铁人防改建工程施工监测技术

发布日期：2013-01-22 22:59

哈尔滨地铁人防改建工程施工监测技术

摘要: 哈尔滨地铁是国内纬度最高的地铁工程，工程的部分区间是利用既有“7381”人防隧道改建而成。本文根据该人防改建工程的监测成果，分析了影响施工安全的主要因素，并用等维新息 GM( 1，1) 模型对风险源处地表变化趋势做了较准确的短期预测。研究结果表明: 冻融现象对暗挖施工区间的建筑物沉降和隧道变形基本无影响，对地表沉降有一定的影响; 隧道的扩挖施工使隧道围岩在短时期内变形速率增大，但很快趋于稳定; 等维新息 GM( 1，1) 模型用较少的参数和简洁的模型可反映隧道扩挖施工引起地表沉降的趋势和规律，适宜于工程实际问题的动态分析和趋势预报。

关键词: 地铁隧道冻土监控量测 GM( 1，1) 模型扩挖

1 工程概况

哈尔滨地铁一期工程龙江街站—烟厂站区间为“7381”人防改建区段，该区间位于哈尔滨市繁华的东大直街道路下，周边主要为居民住宅区和商业用房，道路及两侧地下管线密布。哈尔滨地区为季节性冻土，且该地区标准冻深为 2. 0 m，场区 2 m 深度内土层为冻胀土，平均冻胀率 3. 5 ＜ η≤6，冻胀等级为Ⅲ级。根据勘查资料，沿线隧道主要以粉质黏土为主，局部地段有砂层，围岩级别均为Ⅵ级。地下水为孔隙微承压水和承压水，局部地段上部土层由于管线渗漏存在上层滞水，会对区间隧道造成渗漏。原有洞体多年未使用，垃圾、淤泥遍布，最深的积水处达 1 m。该项目工期紧，地质条件复杂，气候环境恶劣，可借鉴的同类工程施工经验较少，所以在施工中存在很大难度。

在暗挖区间 SK11 + 748. 631—SK12 + 306. 520内，结合洞身围岩的条件，根据 7381 隧道内净空断面与地铁隧道设计断面关系，采取单侧扩挖( CD 工法)和双侧扩挖( CRD 工法) 相结合的施工方法，扩挖后及时喷射混凝土和安装钢拱架，重新布设收敛和拱顶监测点并加强监测。

2 监测方案

针对该工程的特点和施工措施，根据国家相关标准分别对建筑物沉降、地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛等进行了密切的监测( 见表1) ，在隧道破拆施工时加密了地表沉降和隧道内部的各项量测工作，密切注意隧道变形情况; 在冻土融化和雨季到来时加大了建筑物和地表沉降以及地下水位的观测工作。测点布置见图1。

3 监测结果与分析

3. 1 建筑物沉降

对于建筑物沉降进行观测，选择了 3 个比较有代表性的测点进行分析。从图 2 可以看出，3 个测点累计变形量均不大，并且在 4 月到 6 月冻融现象发生时均没有发生明显沉降，说明冻融现象对建筑物沉降基本无影响。从图 3 可以看出，监测点在扩挖前后的变化量均在允许范围以内，说明隧道扩挖对建筑物沉降影响较小。

3. 2 地表沉降

对地表进行沉降观测，从图 4 中可以看出，测点从4 月中下旬开始沉降速率均有所增大，这主要是因为当地气温回暖，地表出现了冻融现象; 另外个别路段下方存在修建给排水管道时留下的空洞，加之地处交通要道路面荷载较大。这些均导致了地表沉降明显^［^1-2^］。从三个测点的整体变化趋势来看，冻融现象和雨季的到来对地表沉降影响相对较大。由图 5 可以看出，扩挖施工掌子面离测点较近时对地表沉降具有一定的影响，特别是扩挖之后短时间内有明显的下沉趋势，而扩挖施工结束后地表沉降很快趋于稳定。

3. 3 拱顶沉降和隧道收敛

隧道 LY15，LY9 和 LY8 三个断面分别于 2010 年4 月 4 号、4 月 18 号和 4 月 25 号进行了隧道边墙扩挖施工。从图 6 和图 7 可以看出，拱顶沉降和收敛的变化速率均在隧道扩挖之后短时间内增大，之后又趋于稳定。这是因为扩挖施工不仅破坏了原有结构受力体系，还可能扰动了临近围岩，破坏了原有结构的受力平衡，因此围岩变形在短时期内变化明显。但由于内部新的支撑体系很快架设完毕，围岩和新的支护体系形成新的受力结构，围岩变形随之趋于稳定^［^3-4^］。

4 风险源变化趋势的等维新息 GM( 1，1) 模型

在隧道施工过程中，由于工程条件的不可预见性和复杂性，常常造成隧道设计与实际情况不符。结合施工情况，利用监测信息建模分析，对工程设计和施工至关重要。隧道围岩体系参数具有灰色性，变形过程也具有灰色性，因此，灰色模型对隧道等地下工程围岩位移的模拟预测具有较普遍的适用性^［^5-6^］。

应用等维新息 GM( 1，1) 模型对该工程某处风险源的地表沉降趋势进行了短期预测。详细建模过程和预测结果如下:

对每天的地表沉降观测数据进行整理，对于没有测得的原始数据通过用等间隔时序处理方法求得，整理处理后的原始数据见表 2。