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1、浅埋暗挖地铁车站施工监测工法北京地铁项目经理部一、前言浅埋暗挖地铁车站在城市施工中已经被广泛采用，在施工和使用过程中要保证人生、结构的绝对安全。但在设计及施工过程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外在条件的复杂影响，而且，基于当前土压力计算理论及复杂地铁车站结构建模的局限性，很难单纯从理论上准确预测工程中可能出现的问题。所以在地铁暗挖过程中，必须对初期支护结构、周边建筑物、地下管线及地面土体等在理论分析指导下有计划的监控量测。采用一定的监测手段，减少了施工的盲目性，及时发现施工过程中的异常并起到预警作用，开挖过程中要求车站结构及各种管线路必须做到“不陷、不塌、不裂、不断”，保证暗
2、挖地铁车站的安全施工。 中铁五局承建的北京地铁十号线劲松站严格按照信息化指导施工顺利完成了车站的小导洞施工、三连拱结构支护体系，有效的控制了周边建筑物及结构够的安全，监控量测作为信息化施工手段在该工程已经标准化，规范化，科学化，现就该监测技术整理成工法。二、工法特点1、人力、物力及财力投入较大。成立专门的监测小组，进行日常监测数据采集、分析、管理等工作。监测工作需要的设备价格均较昂贵，且数量较多，资金投入大。2、监测工作必须贯穿监测项目的始终。工序开始前进行初始值采集，工序进行中进行日常监测，监测项目各工序完成后进行结构稳定性监测，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速度mm/d等综合
3、判断结构和建筑物的安全状况。3、监测对象的代表性、针对性。由于监测仪器昂贵，监测数据采集、处理繁琐，布置测点不可能面面俱到，测点要有代表性和针对性。监测点要能基本反映主要结构的受力、变形情况，同时尽可能采集到结构受力或变形最大值。往往是结构转换突变处，结构物跨中部位等等。4、监测项目要全面。对暗挖地铁重要转换结构进行一项或很少的几项原体监测往往不够，如存在人为误差，便无法对监测数据进行检验，导致监测反馈信息不准确。必须采用多项监测手段，其结果可以双重或多重复核。如竖井开挖时同时监测围岩内力，初支结构横向位移，横向支撑轴力。5、监测数据分析精度高，监测人员素质高。暗挖地铁车站结构复杂，立体交叉及
4、受力转换点多，监测技术含量高，要求监测人员具备测量、土力学、结构力学、钢筋混凝土结构、地质、计算机等知识。6、监测过程需要多方合作协调。如何将监测的数据成果应用到实际施工中去是监测的主要目的。监测小组往往由项目经理部直接管理监督，监测小组分析数据后必须及时向相关负责领导汇报结果，发现结果有异常或险情时，项目经理部应立即采取措施进行排除，监测才能起到应有的作用。三、实用范围1、洞桩法浅埋暗挖地铁车站、暗挖隧道。2、地下商场、工厂。3、其他结构复杂的大型地下工程。4、周边环境要求严格的深基坑等工程。四、工艺原理洞桩法浅埋暗挖车站监测是通过对车站暗挖过程中的围护结构、支护体系、承重结构、临时支撑、地
5、下各种管线路、覆土层地表及周边建筑物或其他结构物布置测点，埋设监测仪，进行数据采集，分析数据，结合现场具体情况进行判断监测对象是否安全的连续性工作。竖井、横通道、小导洞、梁柱、扣拱施工监测方案的确定监测仪器的埋设日常监测数据采集监测数据分析处理信息反馈初始值采集图1 PBA暗挖车站监测原理示意图每一测试项目都应根据实际情况的客观环境和设计计算说明书，事先确定结构相应的警戒值。在车站开挖过程中，通过对各监测项目进行数据测读分析，以判断位移、变形或受力状况是否超过允许控制范围，判断工程结构是否安全可靠，是否需要调整施工步骤或优化原设计方案，同时通过监测数据分析结果制定经济合理的措施，达到保证安全的
6、目的，减少盲目的投入和不必要的担忧。PBA浅埋暗挖车站开挖监测原理如图1所示。以监测数据为依据，对车站结构进行动态观测和分析，还可以起到以下作用：1、监视围岩应力和变形情况，验证支护结构的设计效果，保证支护结构稳定、地表建筑和地下管线的安全，确保地面交通的正常运行、地面建筑物及地下管线的正常使用。2、提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据。3、通过监控量测，了解施工方法和施工手段的科学性和合理性，对结构受力转换不合理或设计承载能力不够的部位起到预警的作用，以便及时调整施工方法或设计的支护参数，保证施工安全。五、施工工艺及方法（一） 浅埋暗挖车站监测工法工艺流程图（以分项工程小导洞开挖为例，见图2
7、）。土压计、钢筋应力计、拱顶沉降点、收敛点拱顶沉降点、边墙收敛点洞门破除第一环格栅网喷支护土方开挖下一断面土方开挖下一环格栅网喷支护周边建筑物、地面、管线沉降及裂纹观察点；横通道拱顶沉降点、直墙收敛点、立体交叉处土压计、钢筋应力计监测数据收集数据分析处理支护参数的调整设计的支护参数形成安全支护体系图2 PBA暗挖车站小导洞施工监测工艺流程图（二）洞桩法施工暗挖车站监测工法要点1、 主要监测点的布设与保护根据确定的监测项目进行监测点布设，监测点布设时一定要注意保证监测点对结构变形或受力状况反映的真实性，如在路面布设沉降点时必须将钢筋头插入到路面沥青层以下，然后用钢管套保护，保证钢筋头能同路面以下
8、土体同时沉降，否则由于钢筋与面层沥青之间阻力太大不能反映真实结果。常用的监测点布设方法见图3图6。2、 监测项目、监测仪器及监测频率等（见表1）表1 现场监测项目、方法及监测频率等汇总表序号监测项目方法及工具测点布置间距监测频率（距开挖后的时间）控制值115天1630天3090天1地质和支护状况观察掌子面土质、层状及支护裂缝观察或描述开挖后及初期支护后进行，每个施工循环开挖及支护后立即进行2导洞径向位移JSS30A数显收敛计纵向间距10米12次/天1次/2天2次/周20mm3周边建筑物、管线沉降与倾斜水准仪、铟钢尺、全站仪建筑物四角、管线接头12次/天1次/2天2次/周20mm4周边建筑物、管
9、线裂缝裂缝观察仪建筑物四角、管线接头12次/天1次/2天2次/周不出现裂缝5地下水位水位观测仪纵向间距15m12次/天1次/周1次/月设计水位6导洞拱顶下沉精密水准仪（AT-G2）、水准尺、钢尺或测杆纵向间距10m结构转向、马头门过管线处加密至。12次/天1次/2天2次/周30mm7地表沉降纵向间距10m2次/天1次/2天2次/周30mm8大跨拱顶下沉纵向间距10m结构转向、马头门过管线处加密至。12次/天1次/2天2次/周30mm9钢管柱下沉纵向间距12次/天1次/2天2次/周10mm10地中水平位移测斜仪（CX-03E）、测斜管设2个主断面每断面钻孔2个12次/天1次/2天2次/周11地中
10、分层沉降（CJY-80）分层沉降仪12次/天1次/2天2次/周12钢管柱受力钢筋计、砼应变计、频率接收仪、钢弦式压力盒设2个主断面12次/天1次/2天2次/周13结构受力12次/天1次/2天2次/周14围岩受力12次/天1次/2天2次/周3、主要监测仪器的安装及使用方法现场日常监测工作所用的仪器有水准仪、经纬仪、钢筋应力计、土压力计、测斜仪轴力计等。（1）水准仪这是施工中应用最频繁的仪器，使用方法不再说明。主要用于监测地面沉降、建筑物管线沉降、导洞支护体系沉降，测量控制点位置不能在沉降、变形区内，并经常与相邻管段水准点进行联测。各种沉降监测点具体设置方法见图3图6。（2）经纬仪用于观测周边建筑
11、物倾斜、竖井壁的侧向位移、钢管柱及顶纵梁水平位移，测量控制点不能在沉降变形区内。（3）钢筋应力计1）钢筋计的连接及布置。钢筋应力计焊接于导洞格栅钢架主筋上，当作主筋的一段，焊接面积不小于钢筋的有效面积，在焊接钢筋计时，为避免热传导使钢筋计零漂增加，需要采取冷却措施，用湿毛巾或凉水冷却是常用的有效方法（见图7）。钢筋计的布置位置或间距根据结构的具体情况和需要而定，如地铁车站小导洞开挖时，洞门处必须设置。图7 钢筋计连接示意图2）钢筋计的使用要点。钢筋计主要用于测量车站初期支护结构的受力状况。在安装时作好信号线的防水处理及保护措施；做好信号线与钢筋计的编号，做到一一对应；保证钢筋计的焊接质量；安装
12、后立即取得初始值。（4）土压力计的安装及要点土压力盒的安装。安装时接触面紧帖土体一侧，采取钻孔埋设，并用同性质土体将钻孔填充密实。压力盒周围不能有松土，并保证浇注混凝土时位置不变动，不被混凝土包裹，数据输出线必须编号保护好，数据采集时根据编号一一对应记录，不能混淆。其安装示意图见图8，安装后立即取得初始值。（5）测斜管安装及要点1）测斜管的布置。测斜管主要用来监测孔桩的倾斜。测斜管多用圆形，直径常见有50mm、70mm等，每节长度一般2m，多为PVC塑料管，接长到设计长度后绑于钢筋笼上一起吊装如孔内。测斜管的底部和顶部必须用盖子封住，防止沙浆、泥浆及杂物进入孔内。2）测斜管的使用要点。埋设测斜
13、管时保证管垂直，并与钢筋笼绑扎牢固；数据采集时必须保证测斜仪与管内温度基本一致，显示仪读数稳定后才开始测量。4、监测数据管理基准值由于PBA暗挖地铁车站工程施工难度大，监测后对各种监测数据及时进行整理分析，判断其稳定性并及时反馈到现场施工中去指导施工。基准值的管理标准分三级，即预警值、报警值和极限值，分阶段进行控制。预警值为管理基准值的0.7倍，报警值为管理基准值的0.85倍，极限值为管理基准值的1.0倍。根据管理级别启动应急预案，当监测数据达到预警值时，须采取加强措施，同时加强监测频率；当监测数据达到报警值时，立即停止开挖施工，采取超前加固或采取加强措施后方能继续施工。当接近极限值时，停止施
14、工，分析原因，研究对策，并对周边建筑物安全状况进行评估，通过设计院及专家共同研究采取专项加固措施。监测控制标准管理值见表2 ，位移速率控制标准见表3表2 监控量测基准管理值表监测项目极限沉降施工阶段地表下沉拱顶下沉管线沉降建筑物沉降桥桩沉降水平收敛小导洞开挖（含降水）30mm40mm20mm20mm20mm0.005D扣拱20mm20mm10mm10mm15mm主体开挖20mm5mm5mm10mm0.005D 合计70mm50mm35mm35mm45mm0.005D注：D为隧道支护净空尺寸表3 位移速率控制标准表序号监测项目位移速率（mm/d）施工状态1地表下沉1可正常施工2施工中应注意3加强支护或采取特殊措施2拱顶下沉2可正常施工3施工中应注意5加强支护或采取特殊措施5、监测数据的分析和预测取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移随时间或空间的变化曲线图。在取得足够的数据后，还根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最终位移值，预测结构和建筑物的安全性。据此确定施工方法的正确与否，是否调整支护参数。以劲松站小导洞开挖时地面沉降为例，其时间位移关系图如表4。当曲线向下凹说明沉降速率变小，围岩趋于稳定；当
