【摘  要】結(jié)合深圳地鐵2號(hào)線東延線施工實(shí)際，對(duì)與之空間垂直相交的地鐵4號(hào)線實(shí)施動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)。論述了隧道變形的影響及實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的原則，探討了隧道變形監(jiān)測(cè)的布點(diǎn)方案及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，提出了加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理措施。

【關(guān)鍵詞】地鐵；TCA自動(dòng)化全站儀；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

    深圳地鐵4號(hào)線屬于地鐵一期工程，是深圳市地鐵交通干線，于2004年12月28日正式開(kāi)通，列車運(yùn)行頻率7～10min。2010年5月9日～6月10日，深圳地鐵2號(hào)線東延線工程福田站－市民中心站區(qū)間開(kāi)始動(dòng)工，該線下穿地鐵4號(hào)線市民中心站－會(huì)展中心站區(qū)間。地鐵2號(hào)東延線工程始發(fā)端距離4號(hào)線僅6.542m，4號(hào)線礦山法隧道設(shè)計(jì)有鎖腳錨管，長(zhǎng)3.5m，受條件限制，市民中心站始發(fā)端頭僅能加固2.7m，2隧道結(jié)構(gòu)垂直最小凈距為1.567m。東延線工程福田站－市民中心站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，采用2臺(tái)海瑞克公司制造的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)從市民中心站西端始發(fā)，向福田站掘進(jìn)。按左線盾構(gòu)機(jī)在前，右線盾構(gòu)機(jī)隨后的順序施工^[1-2]。

    為防止4號(hào)線隧道失水沉降，造成隧道受力增加，繼而影響運(yùn)營(yíng)，對(duì)4號(hào)線實(shí)施安全監(jiān)控十分關(guān)鍵。

1　隧道變形影響分析

    2號(hào)線東延線下穿4號(hào)線，對(duì)4號(hào)線地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，主要有以下幾種情況：

    (1) 可能引起隧道結(jié)構(gòu)橫截面產(chǎn)生水平或豎向位移。

    (2) 可能引起隧道不均勻縱向變形。

    (3) 可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)局部發(fā)生橫向或豎向變形。

    如果隧道變形達(dá)到一定的量值以后，會(huì)對(duì)不同工法構(gòu)成的隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于暗挖法施工的隧道結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生沿隧道結(jié)構(gòu)縱向或橫向的裂縫；對(duì)于盾構(gòu)法隧道，其縱縫接頭和環(huán)縫接頭將增大張開(kāi)量，隧道結(jié)構(gòu)的防水性能和耐久性隨之降低。如果地鐵道床隆起或沉降3mm以上時(shí)，需對(duì)路軌進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)?shù)来膊町惓两荡笥?mm以上時(shí)，道床需重鋪，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)影響很大；當(dāng)張開(kāi)量達(dá)到5mm以上時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)將遭到無(wú)可挽回的損失。

2　隧道檢測(cè)原則

    本次監(jiān)測(cè)針對(duì)既有4號(hào)線地鐵隧道進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力和凈空變化等量測(cè)，通過(guò)獲取施工中的綜合信息，明確4號(hào)線地鐵隧道結(jié)構(gòu)工作狀況及安全性能，對(duì)設(shè)計(jì)和施工方案的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為優(yōu)化和合理組織施工提供可靠信息，并指導(dǎo)后續(xù)施工，確保既有地鐵4號(hào)線隧道的結(jié)構(gòu)安全及地鐵的運(yùn)營(yíng)安全^[3-4]。

    隧道監(jiān)測(cè)遵循如下原則：

    (1) 可靠性�？煽啃栽瓌t是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所考慮的最重要的原則。為了確保其可靠性，必須做到：1系統(tǒng)采用可靠的儀器；2應(yīng)在監(jiān)測(cè)期間保護(hù)好測(cè)點(diǎn)。

    (2) 多層次監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)對(duì)象上以位移與隧道內(nèi)力為主，兼顧其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。在監(jiān)測(cè)方法上以儀器監(jiān)測(cè)為主，并輔以巡檢的方法。

    (3) 重點(diǎn)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵區(qū)。對(duì)各個(gè)施工步驟應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同區(qū)域、重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證建筑物及地下管線的安全。

    (4) 方便實(shí)用。為減少監(jiān)測(cè)與施工之間的干擾，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝和測(cè)量應(yīng)盡量做到方便實(shí)用。

    (5) 經(jīng)濟(jì)合理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮實(shí)用的儀器，不過(guò)分追求儀器的先進(jìn)性，以降低監(jiān)測(cè)費(fèi)用。

3　檢測(cè)系統(tǒng)的組成

    一個(gè)完整的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在無(wú)需操作人員干預(yù)的條件下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)、記錄、處理、存儲(chǔ)、報(bào)表編制、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能。檢測(cè)系統(tǒng)由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，包括：TCA自動(dòng)化全站儀、棱鏡、通信電纜、供電電纜、計(jì)算機(jī)、專用軟件等。

    TCA自動(dòng)化全站儀具有獨(dú)特的自動(dòng)跟蹤功能，儀器能自動(dòng)識(shí)別棱鏡、自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)精確調(diào)焦照準(zhǔn)；可以與多個(gè)目標(biāo)一起作業(yè)，并具有重復(fù)測(cè)量(監(jiān)測(cè)、組合測(cè)量、正倒鏡測(cè)量)和自動(dòng)存儲(chǔ)的功能。由于它對(duì)目標(biāo)進(jìn)行的是三維坐標(biāo)的測(cè)量，一次就可以完成沉降(Z方向)及水平位移(X和Y方向)的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示。

4　檢測(cè)結(jié)果分析

4.1 檢測(cè)斷面點(diǎn)布置

    根據(jù)監(jiān)測(cè)方案與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，4號(hào)線市民中心－會(huì)展中心區(qū)間隧道內(nèi)共布置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)斷面13個(gè)(每個(gè)斷面5～7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共86個(gè)監(jiān)測(cè)棱鏡，斷面間距5m)，采用TCA2003全站儀24h自動(dòng)監(jiān)測(cè)；人工監(jiān)測(cè)斷面17個(gè)，其中2個(gè)收斂斷面，13個(gè)軌距與差異沉降斷面(31個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn))，2個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)斷面(8個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn))，夜間列車停運(yùn)后由人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)。典型自動(dòng)化監(jiān)測(cè)斷面如圖2所示^[5]。　

4.2 檢測(cè)方案

4.2.1 檢測(cè)組織

    現(xiàn)場(chǎng)成立盾構(gòu)下穿監(jiān)測(cè)組，與業(yè)主、監(jiān)理、施工單位密切配合，對(duì)盾構(gòu)下穿過(guò)程全程跟蹤，進(jìn)行24h不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并指導(dǎo)施工。全站儀自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)如圖3所示。

    監(jiān)測(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)組與盾構(gòu)機(jī)操控室電話連接，每0.5h進(jìn)行一次位移觀測(cè)，每1h出具一份監(jiān)測(cè)報(bào)告，每拼裝一環(huán)管片匯報(bào)一次掘進(jìn)參數(shù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(推進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力、刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、出土量、同步注漿量、最大沉降位移等)。準(zhǔn)確、及時(shí)匯報(bào)監(jiān)測(cè)情況，做到三方聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，使施工組和專家組能結(jié)合自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力、千斤頂推力及注漿壓力等施工參數(shù)，再次觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，真正做到隧道內(nèi)信息化施工。

    每天地鐵停運(yùn)后進(jìn)行人工復(fù)測(cè)，與實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核比對(duì)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，進(jìn)一步確保盾構(gòu)穿越安全。為反映監(jiān)測(cè)成果及變形規(guī)律，共選取3個(gè)斷面，每個(gè)斷面選取左右各1點(diǎn)，分析其變形趨勢(shì)，如圖4^[6]。

    圖4中，05-10和05-11表示5號(hào)斷面上左邊10和右邊11兩對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其他依此。

4.2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

    從圖4可分析得出：

    (1) 在5月9～10日和6月1～3日之間，隧道沉降趨勢(shì)比較明顯，說(shuō)明在盾構(gòu)機(jī)剛進(jìn)入4號(hào)線下方邊緣時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)比較敏感，沉降速率較大，通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力等參數(shù)來(lái)控制隧道結(jié)構(gòu)沉降。

    (2) 在5月16日～6月2日沉降趨勢(shì)比較平穩(wěn)，說(shuō)明當(dāng)盾構(gòu)機(jī)脫離4號(hào)線軌行區(qū)后，只要盾構(gòu)參數(shù)保持穩(wěn)定，及時(shí)進(jìn)行背后注漿以及二次注漿，雖然有持續(xù)的工后沉降，但沉降量并不大，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)物的影響不大。當(dāng)2號(hào)線左線穿越完成后，最大累計(jì)沉降穩(wěn)定在7.0～7.1mm之間，在變形控制指標(biāo)范圍內(nèi)。

    (3) 當(dāng)右線穿越時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障，延長(zhǎng)了盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)時(shí)間，使盾構(gòu)機(jī)在地鐵4號(hào)線軌行區(qū)下的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)沉降在一定范圍內(nèi)上下波動(dòng)。

    (4) 在6月2～9日沉降趨勢(shì)明顯較大，沉降速率也明顯增快，說(shuō)明穿越右線時(shí)，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的重疊影響較大，反應(yīng)較敏感，但仍可保持較為穩(wěn)定的盾構(gòu)參數(shù)，快速、勻速地穿越地鐵4號(hào)線軌行區(qū)。在6月9日之后，同樣有少量的工后沉降，但沉降量并不大。當(dāng)2號(hào)線右線穿越完成后，最大累計(jì)沉降穩(wěn)定在(9.0±0.2)mm內(nèi)；而左右線重疊影響最大累計(jì)沉降為16.0±0.2mm，均在變形控制指標(biāo)范圍內(nèi)。

    (5) 所有穿越完成后，仍持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀測(cè)隧道結(jié)構(gòu)后期變形及沉降增長(zhǎng)趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)4號(hào)線隧道在穿越初期的沉降量變化較大，因?yàn)榇舜未┰綖槭及l(fā)穿越，盾構(gòu)機(jī)參數(shù)并未調(diào)整到最佳狀態(tài)，待參數(shù)達(dá)到理想狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)處于一個(gè)勻速穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，說(shuō)明盾構(gòu)機(jī)處于快速、勻速的推進(jìn)狀態(tài)；當(dāng)有少數(shù)突變點(diǎn)時(shí)，說(shuō)明地質(zhì)條件有所變化，或者盾構(gòu)機(jī)、拼裝機(jī)以及注漿設(shè)備等出現(xiàn)故障，需迅速查找故障原因并及時(shí)解決，同時(shí)通過(guò)同步注漿或二次注漿等有效措施，抑制沉降量的增大。當(dāng)4號(hào)線隧道在穿越完成通過(guò)后仍有少量沉降變形，但整體趨勢(shì)平緩，說(shuō)明沉降具有滯后效應(yīng)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)時(shí)間。

5　結(jié)語(yǔ)

    因地鐵屬地下工程，施工作業(yè)有其特殊要求，地鐵2號(hào)東延線與4號(hào) 線空間 相交且 間隔僅1.567m，2號(hào)東延線的施工無(wú)疑對(duì)4號(hào)線有影響，為確保列車正常運(yùn)營(yíng)，在做好4號(hào)線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，做好4號(hào)線隧道的防護(hù)加固措施也十分關(guān)鍵。為防止4號(hào)線隧道失水沉降造成隧道受力增加，在開(kāi)挖2號(hào)線過(guò)程中，對(duì)4號(hào)線采用地面垂直加固和鋼絲刷密封方案。(王益民 楊帆)

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