摘要：本文从实际工程案例出发，描述了地铁隧道的变形监测的方法以及系统构成，采用自动化监测对地铁隧道进行监测，通过分析实测数据以及对比实测数据和数值计算结果得出结论。
关键词：地铁隧道，自动化监测，基坑开挖
1.引言
随着城市的发展，地面空间越来越缺乏，因此，地下空间的利用成为未来的首选之一。随着地铁在城市的快速发展，沿线城市的房地产项目建设也越来越多，这些建筑多数建设于隧道的相对位置。地铁上盖物业成为多数城市的一种新模式。然后随着空间的不断开发，对于地铁隧道的影响也产生了较多的安全隐患。
2.工程概况
本项目为某地铁上盖物业基坑工程，处于地铁隧道上盖区域，基坑工程横跨地铁隧道，地铁结构顶部标高高于基坑的最大开挖深度，基坑东侧最大开挖深度位置为左线，西侧为右线。
3.地铁隧道变形监测
为了解地铁隧道在上盖物业开挖基坑时的变形，本项目采取的是实时自动化变形监测。按照自动化监测的可靠性原则，多层次监测原则，重点监测关键区域原则等进行监测。
a)检测方法
1）监测仪器：TS30全站仪，采取人与软件相结合的方式进行自动化监测。
2）自动化监测系统构成
自动化监测流程为建立项目，系统设置以及初始和自动测量。通过计算机的控制系统软件建立相应数据，将仪器连接设置于软件系统上，确保现场测站的通讯模块与端口号的配置一致。系统的通电应在工作基站的测量安装整平之后进行，确保现场的CDMADTU保持于侦听状态，将工作基站与计算机控制系统进行通讯连接。初始化各工作基站的全站仪，并选择仪器参数为TS30，在完成测试之后，将全站仪的制动照准设置为20s，打开自动识别目标以及补偿器。设置坐标系，选择左手系为测量坐标系，设置高程以及平面单位为m。结合基准网输入测站坐标，默认气象参数，导入各个参数点。完成参考点的定向之后即开始初始测量各个监测点，第一次的观测需采用人工瞄准，并将数据保存至数据库以便于为后续作根据。完成初始测量之后，建立观测点，单独分组各控制点。
b)地铁自动化监测数据分析
监测结果如下图1所示。图中选取监测独立坐标系，选取部分监测点数据，纵轴选取与隧道轴线平行位置，轴正方向选取为大里程往小里程的方向；Y轴选取与隧道垂直，正方向选取为小里程右侧方向。取Y轴的坐标差值作为水平位移量，正值表示右侧位移，负值表示左侧位移。“+”表示竖向位移的上浮；“-”表示竖向位移的下沉。
图1 地铁监测关键测点竖向位移时程曲线图
由上图可知：
1）在完成基坑土方的开挖时，隧道与车站的衔接位置在监测的断面S5处，最大的上浮位移为+6.0mm，与控制值相接近，该处的变形趋势与预先计算结果一致，但计算结果远小于变形量。
2）在完成基坑土方的施工之前，车站位置的监测断面S12-14位置的各个测点均出现了下沉的趋势，在完成塔楼第一层的施工之后，在S14-1断面的位置处有最大的沉降出现，沉降值为-13.5mm，大于竖向位置沉降的控制值。导致下沉的原因是先开挖的部分基坑在施工过程中有较大的降雨影响，且随着一部分基坑的开挖导致上部分基坑的下沉趋势有加强趋势。在完成第一层塔楼的施工后所出现的最大沉降值，为塔楼上部结构的荷载所导致的增量变形。
图1.1 地铁监测关键测点水平位移时程曲线图
由上图可知：
1）在完成底板的浇筑之前，各部位的点位位移具有较为显著的变化，但在完成底板的浇筑后，点位的位移曲线基本保持一致，位移的变化不明显，并且位移曲线有朝着中间不断靠拢的趋势，说明在完成底板的浇筑之后各点位的位移得到了较好的控制，具有较为显著的回落。
2）在基坑的开挖影响范围内，地铁隧道两端断面的监测表现出不一样的变形，小里程方向盾构隧道内的监测断面呈现出偏移至基坑内侧的趋势，与先前的数值计算的结果一致；大里程方向的地铁车站监测断面标线出朝向外侧偏移的趋势。产生的原因是大里程方向的地铁隧道除去周围的施工外还存在着其他项目基坑施工，既同时且多个基坑的施工所导致该段地铁的的实际测量值和预先无考虑同时开挖多个基坑的影响的数值计算结果不同。
3）地铁盾构区域的隧道监测断面在上部结构完成施工前，其水平位移呈现的是朝向基坑内侧的偏移趋势，其最大的偏移量达到+23.4mm，远超水平方向的位移控制值，在完成了基坑底板的浇筑之后，伴随着塔楼施工的不断进行，地铁隧道水平方向的位移变化呈现稳定的趋势。水平方向的位移超出变化值考虑为施工内部支撑时的不及时以及在基坑前期的桩基施工的影响。
c)实测数据与模拟数据对比
从上述分析可知，断面s4-5与其他断面相比，其水平位移较大。该区域为盾构隧道与车站的相邻区间。
对比实测数据与预先数据计算结果可得出下列结论：
1）在开挖基坑之前计算所确定在盾构隧道和地铁车站的衔接位置有较大位移出现，实际测量数据显示在该位置所出现的最大水平位移可达+23.4mm，大于控制值，属于重点监测位置。实测数据与计算结果一致。可知，在地铁隧道周围的基坑在施工之前，采取数值模拟分析方法可确定隧道的变形监测重点区域，为监测方案提供依据。
2）在该项目中，实际测量所得到的最大水平位移值为+23.4mm。最大的竖向位移为-13.5mm。在模拟的数值计算结果中，最大的水平位移为+1.41mm，最大的竖向位移为+4.96mm。与预测的变形值相比，实际测量所得的位移以及沉降值较大，分析原因得出是因为在数值计算时未考虑到其他工程的影响以及现场各项参数的变动情况。因此在开挖基坑之前应遵循基坑开挖原则：分区，块，层，对称，限时，并及时布置好支撑，对于地铁区间隧道侧土体的开挖在按照分块分布进行时，在开挖到基坑底部时还需结合现场需要在靠近地铁隧道区间的结构侧的基坑内部进行预留土堆的方法进行预压，以降低地铁隧道结构在水平侧向和竖向的卸载时所产生的不良影响。
4.结语
本文对于地铁隧道上盖物业的基坑开挖过程对于隧道的影响进行了研究，通过采用自动化监测的方法对基坑开挖整个过程的地铁隧道变形进行监测，得到的主要成果有：
1）最大的水平位移出现在车站和盾构隧道的交接位置，该处的差异沉降较大，因此对于地铁隧道时应对车站和盾构隧道的衔接处的监测应适当加强。
2）地铁隧道的结构位移在浇筑完底板之后具有显著的改善，表明对于车站结构的位移而言基坑的底板在成型之后起到了一定的稳定作用。
参考文献：
[1]李攀.地铁隧道区间施工监测方法[J].建筑机械,2019(02):96-100.
[2]张栋.紧邻地铁隧道深基坑支护技术及监测分析[J].中国标准化,2018(20):50-51.
[3]刘亮.自动化监测技术在地铁隧道施工中的应用[J].数字通信世界,2018(09):186.
论文作者:张育超
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/29
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