运营中地铁变形的动态监测方法研究
 
浏览次数: 2657 发布日期:2012-01-15 20:57:32
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    【摘  要】结合深圳地铁2号线东延线施工实际,对与之空间垂直相交的地铁4号线实施动态变形监测。论述了隧道变形的影响及实施动态监测的原则,探讨了隧道变形监测的布点方案及动态监测方法,并对监测结果进行了分析,提出了加强现场安全管理措施。
    【关键词】地铁;TCA自动化全站仪;动态监测
 
    深圳地铁4号线属于地铁一期工程,是深圳市地铁交通干线,于2004年12月28日正式开通,列车运行频率7~10min。2010年5月9日~6月10日,深圳地铁2号线东延线工程福田站-市民中心站区间开始动工,该线下穿地铁4号线市民中心站-会展中心站区间。地铁2号东延线工程始发端距离4号线仅6.542m,4号线矿山法隧道设计有锁脚锚管,长3.5m,受条件限制,市民中心站始发端头仅能加固2.7m,2隧道结构垂直最小净距为1.567m。东延线工程福田站-市民中心站区间采用盾构法施工,采用2台海瑞克公司制造的土压平衡盾构机掘进,盾构机从市民中心站西端始发,向福田站掘进。按左线盾构机在前,右线盾构机随后的顺序施工[1-2]
    为防止4号线隧道失水沉降,造成隧道受力增加,继而影响运营,对4号线实施安全监控十分关键。
1 隧道变形影响分析
    2号线东延线下穿4号线,对4号线地铁隧道结构产生一定影响,主要有以下几种情况:
    (1) 可能引起隧道结构横截面产生水平或竖向位移。
    (2) 可能引起隧道不均匀纵向变形。
    (3) 可能导致隧道结构局部发生横向或竖向变形。
    如果隧道变形达到一定的量值以后,会对不同工法构成的隧道结构产生不同的影响。对于暗挖法施工的隧道结构会产生沿隧道结构纵向或横向的裂缝;对于盾构法隧道,其纵缝接头和环缝接头将增大张开量,隧道结构的防水性能和耐久性随之降低。如果地铁道床隆起或沉降3mm以上时,需对路轨进行调整;当道床差异沉降大于6mm以上时,道床需重铺,对地铁运营影响很大;当张开量达到5mm以上时,隧道结构将遭到无可挽回的损失。
2 隧道检测原则
    本次监测针对既有4号线地铁隧道进行结构受力和净空变化等量测,通过获取施工中的综合信息,明确4号线地铁隧道结构工作状况及安全性能,对设计和施工方案的合理性进行评价,为优化和合理组织施工提供可靠信息,并指导后续施工,确保既有地铁4号线隧道的结构安全及地铁的运营安全[3-4]
    隧道监测遵循如下原则:
    (1) 可靠性。可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则。为了确保其可靠性,必须做到:1系统采用可靠的仪器;2应在监测期间保护好测点。
    (2) 多层次监测。在监测对象上以位移与隧道内力为主,兼顾其他监测项目。在监测方法上以仪器监测为主,并辅以巡检的方法。
    (3) 重点监测关键区。对各个施工步骤应根据工程经验对不同区域、重点部位进行监测,以保证建筑物及地下管线的安全。
    (4) 方便实用。为减少监测与施工之间的干扰,监测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。
    (5) 经济合理。系统设计时考虑实用的仪器,不过分追求仪器的先进性,以降低监测费用。
3 检测系统的组成
    一个完整的自动化动态监测系统是指在无需操作人员干预的条件下,实现自动观测、记录、处理、存储、报表编制、预警预报等功能。检测系统由一系列的软件和硬件构成,包括:TCA自动化全站仪、棱镜、通信电缆、供电电缆、计算机、专用软件等。
    TCA自动化全站仪具有独特的自动跟踪功能,仪器能自动识别棱镜、自动跟踪、自动精确调焦照准;可以与多个目标一起作业,并具有重复测量(监测、组合测量、正倒镜测量)和自动存储的功能。由于它对目标进行的是三维坐标的测量,一次就可以完成沉降(Z方向)及水平位移(X和Y方向)的监测。监测系统组成如图1所示。
4 检测结果分析
4.1 检测断面点布置
    根据监测方案与现场实际情况,4号线市民中心-会展中心区间隧道内共布置自动化监测断面13个(每个断面5~7个监测点,共86个监测棱镜,断面间距5m),采用TCA2003全站仪24h自动监测;人工监测断面17个,其中2个收敛断面,13个轨距与差异沉降断面(31个水准点),2个应变监测断面(8个应变监测点),夜间列车停运后由人工进行监测。典型自动化监测断面如图2所示[5]。 
4.2 检测方案
4.2.1 检测组织
    现场成立盾构下穿监测组,与业主、监理、施工单位密切配合,对盾构下穿过程全程跟踪,进行24h不间断实时监测,使用自动化监测系统实时监测并指导施工。全站仪自动化动态监测如图3所示。
    监测过程中,监测组与盾构机操控室电话连接,每0.5h进行一次位移观测,每1h出具一份监测报告,每拼装一环管片汇报一次掘进参数与监测数据(推进速度、土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、出土量、同步注浆量、最大沉降位移等)。准确、及时汇报监测情况,做到三方联动效应,使施工组和专家组能结合自动化实时监测数据,及时调整土仓压力、千斤顶推力及注浆压力等施工参数,再次观测监测数据的变化趋势,真正做到隧道内信息化施工。
    每天地铁停运后进行人工复测,与实时自动化监测数据进行校核比对,保证监测数据的准确性和科学性,进一步确保盾构穿越安全。为反映监测成果及变形规律,共选取3个断面,每个断面选取左右各1点,分析其变形趋势,如图4[6]
    图4中,05-10和05-11表示5号断面上左边10和右边11两对应监测点,其他依此。
4.2.2 检测结果分析
    从图4可分析得出:
    (1) 在5月9~10日和6月1~3日之间,隧道沉降趋势比较明显,说明在盾构机刚进入4号线下方边缘时,隧道结构比较敏感,沉降速率较大,通过调整盾构机土仓压力等参数来控制隧道结构沉降。
    (2) 在5月16日~6月2日沉降趋势比较平稳,说明当盾构机脱离4号线轨行区后,只要盾构参数保持稳定,及时进行背后注浆以及二次注浆,虽然有持续的工后沉降,但沉降量并不大,对地铁结构物的影响不大。当2号线左线穿越完成后,最大累计沉降稳定在7.0~7.1mm之间,在变形控制指标范围内。
    (3) 当右线穿越时,由于现场设备出现故障,延长了盾构机的掘进时间,使盾构机在地铁4号线轨行区下的停留时间过长,导致隧道结构沉降在一定范围内上下波动。
    (4) 在6月2~9日沉降趋势明显较大,沉降速率也明显增快,说明穿越右线时,对地铁结构的重叠影响较大,反应较敏感,但仍可保持较为稳定的盾构参数,快速、匀速地穿越地铁4号线轨行区。在6月9日之后,同样有少量的工后沉降,但沉降量并不大。当2号线右线穿越完成后,最大累计沉降稳定在(9.0±0.2)mm内;而左右线重叠影响最大累计沉降为16.0±0.2mm,均在变形控制指标范围内。
    (5) 所有穿越完成后,仍持续进行监测,观测隧道结构后期变形及沉降增长趋势。监测发现4号线隧道在穿越初期的沉降量变化较大,因为此次穿越为始发穿越,盾构机参数并未调整到最佳状态,待参数达到理想状态时,监测数据趋势处于一个匀速稳定的变化趋势,说明盾构机处于快速、匀速的推进状态;当有少数突变点时,说明地质条件有所变化,或者盾构机、拼装机以及注浆设备等出现故障,需迅速查找故障原因并及时解决,同时通过同步注浆或二次注浆等有效措施,抑制沉降量的增大。当4号线隧道在穿越完成通过后仍有少量沉降变形,但整体趋势平缓,说明沉降具有滞后效应,应加强监测时间。
5 结语
    因地铁属地下工程,施工作业有其特殊要求,地铁2号东延线与4号 线空间 相交且 间隔仅1.567m,2号东延线的施工无疑对4号线有影响,为确保列车正常运营,在做好4号线实时动态监测的同时,做好4号线隧道的防护加固措施也十分关键。为防止4号线隧道失水沉降造成隧道受力增加,在开挖2号线过程中,对4号线采用地面垂直加固和钢丝刷密封方案。(王益民 杨帆)
 
参考文献:
    [1] GB50308-2008城市轨道交通工程测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
    [2] JGJ8-2007建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.
    [3] TB10121-2007铁路隧道监控量测技术规程[S].北京:中国铁道出版社,2007.
    [4] GB50446-2008盾构法隧道施工与验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
    [5] 张明聚,王诚浩,吕 琦,等.铁路客运专线明挖大断面隧道施工监测分析[J].北京工业大学学报,2010(10):1350-1356.
    [6] 张明聚,由海亮,杜修力.北京地铁某车站明挖基坑施工监测分析[J].北京工业大学学报,2006(10):874-878.
 
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