浅谈城市地下工程施工影响区监测

2022-09-10

近年来无尺量测等先进量测技术的广泛运用使地铁、隧道内支护监控量测变得简便而精确, 内部施工监控量测技术已日趋成熟, 对支护状态的及时准确判别使地下结构自身的安全较易保证, 但外部结构物、地下管线等由于施工方法不当或措施不到位, 往往在地下工程支护结构尚稳定的条件下, 已发生较大的沉降、变形等不良影响甚至灾难性的后果, 因此加强对城市地下工程施工影响区的监测成为了城市地下工程施工成败的一个关键因素。

1 工程概况

浏阳河隧道全长10.115km, 是国内铁路主干线采用地下方式穿越城市的典范。其中DⅡK1562+860～DⅡK1563+220段埋深仅5.93m～7.12m, Ⅴ-Ⅵ级围岩, 开挖宽度14.8m、高度12.7m、断面积达155m2, 约为普通双线地铁断面的4倍。该段隧道穿越长沙中南汽车世界及经贸西路、京珠高速公路等多条主干道, 且地下管线错综复杂, 仅洞口40m范围内就有高压电缆、市政排水涵管、通讯光缆、煤气管道等6组地下管线, 是浏阳河隧道施工最困难的地段之一。

2 施工影响区主要监测项目

根据地下工程围岩性质、埋深、经过区域的地面建筑物类型、地下结构物、地下管线等实际情况, 确定施工影响区的主要监测项目有:地表沉降观测, 建筑物变形监测, 地下管线沉降监测。

3 测点布置及监测方法

地表沉降观测:沿线路中线每5 m～1 0 m设一个监测断面, 并与洞内测点布置在同一断面上, 在线路中线两侧每2 m～3 m设一个测点, 中线附近加密, 远离中线时逐渐变稀, 每侧布置不少于6个测点, 测点须伸入原状土300mm左右, 当表层有砼路面等硬壳时, 应开凿不小于15cm的孔, 使测点与周围面层分离, 以反映地表的真实沉降结果, 同时应对测点顶部做好保护, 避免外力产生人为沉降;当地表为柔性路面或挡墙、水沟等基础埋置相对较深的小型结构物时, 测点可直接布设于其表面, 并做好明显标志。监测采用精密水准仪和铟钢尺进行, 基准点应设置在地表沉降影响范围之外。

建筑物变形监测, 建筑物变形监测的主要内容有3项:建筑物的沉降监测、建筑物的倾斜监测和建筑物的裂缝监测。

建筑物沉降监测, 根据周围建筑物的调查情况, 确定测点布置部位和数量, 一般每栋楼房埋设4～6个监测点, 应布置在墙角、柱身、外形突出部位和高低相差较多部位的两侧, 要尽可能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降。

建筑物倾斜监测, 建筑物倾斜观测常用的有铅垂观测法、经纬仪观测法和间接法。铅垂观测法须顶部底部竖向通视, 可用吊垂球或激光铅垂仪直接测出水平位移量和位移方向, 缺点是效率较低, 竖向通视要求不易满足。现场建议采用经纬仪投点观测法, 即在建筑物顶部或墙体上设置照准标志, 观测时在底部观测点位置安置水平读数尺, 采用经纬仪投影, 按正倒镜法以所测上下观测点标志间的水平位移分量按矢量相加求得水平位移值 (倾斜量) 和位移方向 (倾斜方向) 。当建筑物密集经纬仪仰角过大读数困难时, 可采用间接法, 如测定基础沉降差, 换算求得倾斜度及倾斜方向。

建筑物裂缝监测, 在隧道开挖前对影响区内建筑物进行调查, 对建筑物的裂缝进行现场踏勘, 对裂缝进行统一编号、测绘、照相。在隧道施工时, 对已详细记录的老裂缝进行追踪观测, 及时掌握裂缝的变化情况, 同时注意有无新裂缝产生, 如发现新裂缝, 应及时编号、测绘、照相。

4 地下管线沉降监测

地下管线监测重点是上水、雨水、污水、电力、电信、煤气及热力等管线, 其中天然气和上、下水管及刚性压力管道是监测的重中之重。在隧道开挖前应摸清施工影响区内地下管线种类、走向和各种管线的管径、壁厚、管节长度、接头构造、埋深和埋设年代, 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。一般情况下对直径小于3 0 0 m m的刚性管线 (煤气、上水) 及直埋的柔性管线 (电力、市话) , 采用包裹法布设直接监测点, 即把被监测管线开挖暴露后用抱箍包裹, 再将测针与之相连, 测针垂直管顶并露出地面;对于直径大于等于300mm的刚性管线 (煤气、上水) 及以排管或管块方式埋设的柔性管线, 采用包裹法布设直接监测点将无法实施, 特别是在道路上施工, 大面积的开挖无条件, 则以地质钻孔钻至被监测管线的顶部, 然后埋设φ1 0 0 m m的P V C护管, 把测针通过护管直接置于被监测管线顶部 (见图1) , 也可按管线单位要求布设在管线设备上 (人孔、窨井、阀门、抽气孔等) ;间接测点是将管线测点做在靠近管线底面的土体中 (见图2) , 通过监测与管底齐平处的地表沉降来反应管线的沉降。每条管线在线路中线两侧每3 m～5 m设一个测点, 中线附近加密, 远离中线时逐渐变稀, 监测同样采用精密水准仪和铟钢尺进行。

5 监测频率

监测频率视测点距开挖面的距离及位移速度而定, 正常情况下按表1的频率进行。当地表、道路监测点的沉降速率大于3 m m/d, 建筑物沉降速率>1.5mm/d, 地下管线监测点的沉降速率>1.2mm/d时, 应加大监测频率。

6 监测数据处理与反馈

监测数据处理工作包括对观测数据校核、整理及分析。数据校核即对监测数据现场检查复核, 发现异常及时进行重测;数据整理包括数据计算、填表制图、误差分析等;监测数据的分析包括绘制时态曲线、选择回归曲线、预测最终值并与判定基准进行比较得出结论。判定基准可通过经验类比、理论分析或由特殊要求确定。监测信息反馈应根据监测数据分析结果, 对工程安全性进行评价, 并提出相应工程对策与建议。