摘要:介绍地铁区间隧道施工监测的设计与施工管理等。
关键词:地铁;区间隧道;施工监测;施工管理
1 工程概况
广州地铁二号线首期工程始于海珠区琶洲,止于白云区江夏,线路全长23. 21km 。二号线鹭江站至中山大学站区间隧道, 分为左、右两支单线隧道,左线ZCK6 + 539. 5～ ZCK8 + 057. 05 , 全长1523. 055m , 右线YCK6 + 539. 05～ YCK8 + 0. 57. 05 , 全长1517. 55m 。该区间隧道上覆地层为人工杂填土、冲积层、残积层和风化岩层,覆盖层厚度为9. 4～19. 5m 。洞身大部分位于强风化的粉砂岩层,属于Ⅱ 、Ⅲ 类围岩。该区间隧道部分区段全断面采用钻爆法开挖,其它区段隧道的上半部分采用人工开挖,下半部分采用钻爆法开挖。该区间沿新港中路由东向西至新港西路, 为广州市主要交通干道,车流量大。地面道路两侧高大建筑物林立,地下管网密布。暗挖施工中做到无坍塌及涌水、涌砂事故,并有效地控制地面沉降,沿线管网线路做到不断裂、不渗漏,保证地面交通和各种社会活动的正常进行。因而在施工中如何加强围岩量测、获取支护结构的受力状态和环境影响信息,以便及时调整施工参数,为安全施工服务,就显得尤为突出和重要。
2 施工监测设计
2. 1 监测内容根据该工程的特征,在施工中对以下项目进行了监测:
① 围岩及支护状态的观察描述; ② 地表沉降; ③ 隧道拱顶沉降; ④ 隧道收敛监测; ⑤ 格栅受力状况监测; ⑥ 近地建筑物倾斜监测; ⑦ 爆破振动监测; ⑧ 孔隙水压力监测; ⑨ 支护土压力监测; ⑩ 土体垂直位移监测; 土体水平位移监测。
2. 2 量测断面与测点布置
2. 2. 1 围岩及支护状态的观察描述
每开挖、支护循环作业,均需对掌子面工程地质、水文地质及支护厚度与质量进行观察、记录和描述。
2. 2. 2 地表沉降
各施工竖井井口周边、施工横通道和正线隧道每10m 设置一个量测断面。竖井井口地面沉降测点在矩形井四角及各边中点各设一个。横通道每一地表沉降量测断面设7 个测点,共26 个量测断面、182 个测点。区间正线隧道每一地表沉降量测断面设11 个测点,共151 个量测断面、1661 个测点。
2. 2. 3 隧道拱顶沉降监测
各施工横通道和左右线正线隧道每隔10m 设置一个监测断面,并与地表沉降监测断面重合。每一个监测断面在隧道拱顶设置一个监测点,共177 个量测断面,177 个监测点。
2. 2. 4 隧道净空收敛量测
量测断面布置同拱顶沉降量测,并与拱顶量测断面重合。每一个量测断面布置2 对测线,分别布置在拱脚以上0. 5m 和墙中处,共177 个量测断面,708 个收敛埋设点。
2. 2. 5 格栅钢架受力状况监测
分别在1# ～3# 施工横通道和左、右线Ⅱ 、Ⅲ 及Ⅳ 类围岩各选择一个量测断面,共9 个量测断面。对每一量测断面,分别在拱顶、拱部300 、600 和900 、墙腰和墙脚及仰拱各设一个测点,每一量测断面设12 个测点,共108 个测点。
2. 2. 6 孔隙水压力监测
量测断面选择与支护土体压力监测相同,共9 个量测断面。对每一量测断面,分别在拱顶、墙中和仰拱各设一个测点,每一量测断面设4 个测点,共36 个测点。
2. 2. 7 土体垂直位移监测
土体垂直位移监测断面选择与支护土体压力监测同断面, 共9 个量测断面。对每一个量测断面均在坑道拱顶设置一个孔内多点位移计,孔内每隔1. 0m 设测点一个,共用110 个孔内沉降磁环。
2. 2. 8 土体水平位移监测
土体水平位移监测断面选则与土体垂直位移量测同断面, 共9 个量测断面。这样,支护结构土压力、孔隙水压力、支护结构应力、土体垂直位移和水平位移监测点均设在同一断面上。对每一个量测断面分别在开挖轮廓外侧0. 5m 处各设一个土体水平位移测孔,孔内每隔1. 0m 深设测点一个。
2. 2. 9 近地建筑物倾斜监测
根据实际地面建筑物,特别是高大建筑物、旧巷民宅等,距区间左右线隧道外缘25m 以内时,每栋建筑物观测点的数量≥6 个,观测标志点设在地墙(柱) 或基础上。
2. 2. 10 爆破振动监测地面建筑物选择和测点布置与近地建筑物倾斜监测相同。
2. 3 量测方法和频率
2. 3. 1 围岩及支护状态的观察描述
采用地质罗盘、皮尺等仪器工具进行观察描述,每开挖、支护循环观察一次,直至模筑砼后结束。
2. 3. 2 地面沉降
采用蔡司(德国产) -004 精密水准仪和铟钢尺等精密水准测量方式。测点用 16～ 20 钢筋头长25～30cm , 端头磨圆。对已硬化地面用冲击钻钻孔,水泥砂浆锚固,端头露出地面0. 5 ～0. 8cm ;对未硬化地面,用挖孔、水泥砂浆锚固,端头露出地面0. 8～2. 0cm。监测频率:在开挖面距量测端面前1 倍洞径与埋深之和开始量测;在开挖面通过量测断面1 倍洞径与埋深之和范围内,每开挖循环或1 天1 次,5 倍洞径范围内每2 天1 次,5 倍洞径范围外每周1 次,直至变形稳定或全部施工完成。
2. 3. 3 拱顶下沉和净空收敛监测拱顶下沉采用蔡司-004 精密水准仪和倒挂钢尺形式的精密水准测量方式。带测球的测杆预埋在隧道初期支护内。隧道净空收敛量测采用J SS30/ 15A 收敛计量测,带测球的测杆预埋在隧道初期支护内。
监测频率:测点断面喷射砼支护后开始第一次量测;2 倍洞径范围内每开挖循环或每天1 次,5 倍洞径范围内每2 天1 次,5 倍洞径范围外每周1 次,直至变形稳定或模筑砼后。
2. 3. 4 钢架受力、孔隙水压和土体压力监测
钢架应力量测,对型钢钢架采用在钢架上、下翼缘粘贴电阻应变量测元件和YJ-5 型电阻应变仪进行量测。对格栅钢架采用焊接J XG-1 型钢弦式钢筋计和SINC052 型频率仪进行量测。
孔隙水压量测采用D KY-51 型孔隙水压力仪进行量测。土体压力监测采用GD Y-2 型钢弦式土压盒和频率仪进行监测。监测频率:在各量测元件埋设后进行第一次量测,以后量测频率同净空收敛量测。上述各项监测可视变化情况,适当加密监测。
2. 3. 5 土体垂直位移和水平位移监测
土体垂直位移监测采用钻孔直径100mm ,采用DW -3A 型钢弦式双线圈连续激振型多点位移计和频率接收仪监测地中垂直位移。
土体水平位移也称地中水平位移监测,通过地面钻孔,用BC -5型倾斜仪量测钻孔各测点的倾斜度方式来量测。
因土中垂直位移和水平位移监测可从地面钻孔监测,因而如同地面沉降监测一样,在开挖面距量测断面前1 倍洞径与埋深之和前开始量测。量测频率同地表沉降监测。
2. 3. 6 近地表建筑物倾斜监测和爆破震动监测建筑物倾斜监测通过在待测建筑物地墙(或柱) 或基础上设置标志点,通过精密水准仪、铟钢尺等精密水准测量方式进行监测。近地表建筑物爆破震动监测通过在待测建筑物上粘贴CD -1型磁式速度(或加速度) 传感器和测震仪进行监测。
爆破震动监测,在开挖面距量测点5 倍洞径和埋深之和,到开挖面通过测点5 倍洞径和埋深之和后这段范围,每开挖爆破时监测。
2. 4 地铁区间隧道施工中的信息反馈基本判断准则监控量测的控制标准:
①地表下沉量不允许> 30mm ;
②地表沉降槽曲线最大坡度≤1/ 300 ;
③初期支护结构相对水平收敛值≤15～30mm ;
④初期支护结构趋于基本稳定。施工中出现下列情况之一时,立即停工,采取措施进行处理:
①初期支护结构喷射砼出现裂缝,且不断发展;
②开挖一个月后洞内水平位移不能收敛,实测位移达到危险状态的70 % ;
③位移时间曲线出现反弯突变的急剧增长现象。
2. 5 监测数据处理方法
①对围岩及支护状态观测,详细记录洞内各项作业、时间与进尺,描绘每一开挖断面的工程地质断面和水文地质断面,记录描述支护厚度、质量等情况。每周绘制工程地质和水文地质纵向剖面图。
②对洞内变形和支护格栅应力,记录填写日变化量和累计量的日报表,绘制累计变化量与时间、累计变化量与进尺关系散点图,按下述函数关系:
σ= A1g(1 + T)
σ= A1ge -B/T
σ= T/ (A + B T)
σ= A(e -B/T -eB/T)
σ= AT2 + B T + C
式中:—变形值或应力值; T 量测时间或开挖进尺; A、B 、C 回归常数。分别对各变形值和应力值进行回归分析,根据回归曲线的拟合好坏程度,即选择相关系数或方差最小的函数为该量测数据的回归拟合曲线,并求得回归趋势,对洞室稳定和支护状态进行预测和判断。
③对于地表沉降观测,除对各断面最大沉降点进行如同洞内变形观测点一样绘制沉降与时间、沉降与进尺关系散点和回归分析外,尚需绘制各量测断面各测点的沉降关系即沉降槽曲线,绘制最大沉降点沿隧道纵向的沉降关系曲线。
④对孔隙水压力和结构振动测试,记录填写日报表,绘制量测值与开挖进尺的关系曲线。
3 施工监测管理
(1) 工程施工前,根据现场的实际情况(尤其危房建筑) 及工程的施工进度,编制详细的监测实施作业计划及其相应的保证措施。纳入施工生产计划中的一项重要内容,同时报请监理工程师和业主批准。
(2) 成立专门的监测小组,保证监测人员有确定的时间、空间和相应的监测工具,确保监测成果及时准确。
(3) 施工监测紧密结合施工步骤,测出每一施工步骤时的变形影响,同时计算出各测点的累计变形。
(4) 监测人员及时整理分析监测数据,绘制各种变形和时间的关系曲线,预测变形发展趋向,及时向总工程师、监理和业主汇报,若发现异常情况,随时与监理、业主联系,采取有效措施,做好预防。同时根据监测结果及时调整施工步骤及采取相应的技术措施,确保施工及周围环境的安全。
4 施工体会
(1) 地铁区间隧道施工监测是一项繁琐而细致的工作,施工能否在安全的前提下顺利进行,施工监测起到了很重要的作用。
(2)我国城市地铁方兴未艾,从企业的前途和命运出发,我们要下大力气培养一批过得硬的地铁施工队伍,同时加强隧道施工监测专业人员的培养,使本企业在城市地铁施工的领域里能够大有作为。
