王 成，黃 騰，沈月千，歐 樂

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.92292部隊(duì)，山東 青島 266400）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的大型建筑物緊鄰地鐵運(yùn)行區(qū)間開工建設(shè)，由于大型建筑物基坑的開挖會(huì)引起坑內(nèi)土體的回彈［1］，破壞了鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體的平衡性，從而引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)的沉降變形，而高速運(yùn)行的地鐵車輛對(duì)于軌道的平順度要求非常高，這對(duì)地鐵的安全運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。如何保護(hù)運(yùn)營期地鐵隧道不受鄰近隧道的基坑開挖影響成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［2］。本文結(jié)合南京地鐵一號(hào)線新模范馬路車站附近大型基坑施工過程中的地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)實(shí)例，對(duì)整個(gè)基坑施工期間地鐵隧道的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析大型基坑開挖對(duì)地鐵隧道的影響。

1 工程實(shí)例

1.1 基坑工程概況

基坑施工場(chǎng)地位于南京市中央北路和新模范馬路交匯處，場(chǎng)地東側(cè)為運(yùn)營中的地鐵一號(hào)線玄武門站至新模范馬路站（含）區(qū)間西側(cè)，其邊線對(duì)應(yīng)地鐵里程大概為K12＋368～K12＋448，長度約為80m。車站主體距基坑外邊線約8.9～13.6m；區(qū)間距基坑外邊線約11.6～12.4m。工程由塔樓、裙樓及地下室組成，地下室3層，靠地鐵側(cè)兩層?；右?guī)模：基坑面積約13 763.1m2，周長約489.3m；基坑開挖深度：本工程場(chǎng)地自然地面平均標(biāo)高－0.8～－0.4m，基坑底標(biāo)高分別為－12.20～－18.35m，基坑開挖深度為11.70～17.95m。基坑與地鐵結(jié)構(gòu)平面位置關(guān)系見圖1。

圖1 基坑與地鐵結(jié)構(gòu)平面位置關(guān)系

1.2 監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的布設(shè)

監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)是隧道沉降監(jiān)測(cè)的參考系，根據(jù)相關(guān)規(guī)范［3］（以下簡稱規(guī)范），監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)按Ⅱ等垂直位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的技術(shù)要求進(jìn)行布設(shè)，沿著地鐵隧道的方向布設(shè)成閉合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)。為了盡量減輕基坑施工對(duì)工作基點(diǎn)的影響，將其布設(shè)在遠(yuǎn)離變形區(qū)80～120m外。在地鐵隧道上下行線中共布設(shè)8個(gè)工作基點(diǎn)（見圖2），其中JX1、JX2、JX3、JX4為下行線的工作基點(diǎn)，JS1、JS2、JS3、JS4為上行線的工作基點(diǎn)。采用獨(dú)立高程系統(tǒng)，JS1點(diǎn)高程為起算點(diǎn)。

圖2 控制網(wǎng)布設(shè)示意圖

1.3 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)執(zhí)行Ⅱ等垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的技術(shù)要求，布設(shè)成附和水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)。沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在地鐵軌道中間，靠近基坑施工區(qū)域每隔10m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，遠(yuǎn)離基坑施工區(qū)域每隔20m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在隧道與地鐵車站交接縫兩側(cè)約1m處的道床上布設(shè)一對(duì)差異沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)范圍為項(xiàng)目建設(shè)基坑邊線對(duì)應(yīng)的地鐵線路里程區(qū)域及沿線路方向前后外放60m，即監(jiān)測(cè)范圍為K12＋308～K12＋508，長度約200m，上下行線共布設(shè)32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。X1～X15為下行線水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；S1～S15為上行線水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；S7－1和X7－1分別為上下行的差異沉降點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)示意圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

1.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)頻率和技術(shù)指標(biāo)

由于基坑施工是一個(gè)連續(xù)的過程，地鐵隧道受其施工影響發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化也是連續(xù)的，所以必須對(duì)隧道變形進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)［2］。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［4］的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合工程實(shí)際和設(shè)計(jì)要求，地鐵沉降監(jiān)測(cè)的頻率應(yīng)根據(jù)基坑施工動(dòng)態(tài)作出合理的調(diào)整，實(shí)時(shí)掌握地鐵在基坑施工過程中隧道的沉降變形情況，保證地鐵的安全運(yùn)行。沉降監(jiān)測(cè)分為4個(gè)頻率：臨近地鐵側(cè)的連墻施工期，監(jiān)測(cè)頻率為1次/4d；降水土方開至底板完成施工期，1次/d；地下室主體施工期，1次/d；跟蹤期6個(gè)月，1次/10d。水準(zhǔn)網(wǎng)的觀測(cè)儀器采用天寶電子水準(zhǔn)儀Trimble DINI03，數(shù)據(jù)處理采用COSA系統(tǒng)進(jìn)行解算。沉降監(jiān)測(cè)及控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1、表2所示，表中n為測(cè)站數(shù)。

表1 沉降監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)指標(biāo)

表2 沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求 mm

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變形是相對(duì)于監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的，如果基準(zhǔn)點(diǎn)不穩(wěn)定，所求的垂直位移就是失真的［5］，因此，工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性非常重要，應(yīng)根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況定期檢驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析通常采用平均間隙法［6］，其基本原理如下：

假設(shè)對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)第j期和第1期作檢驗(yàn)，首先，將這2期觀測(cè)數(shù)據(jù)按同一基準(zhǔn)分別平差后，求得兩期監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移d及其協(xié)因數(shù)陣Qd，由垂直位移及協(xié)因數(shù)陣有

式中，fd為獨(dú)立d的個(gè)數(shù)。

由兩期觀測(cè)的單位權(quán)方差估值可求得綜合方差估值為

式中：V為觀測(cè)值改正數(shù)列矩陣，P為觀測(cè)值改正數(shù)權(quán)矩陣，f為第1期和第j期多余觀測(cè)總數(shù)，構(gòu)成統(tǒng)計(jì)量

假定兩次觀測(cè)期間監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒有發(fā)生沉降，則統(tǒng)計(jì)量F服從自由度為fd和f的F［7］分布，即

當(dāng)統(tǒng)計(jì)量F＜F1－α（fd，f）則接受原假設(shè)，即認(rèn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)是穩(wěn)定的，其高程變化是由觀測(cè)誤差引起的；反之，則拒絕原假設(shè)，即認(rèn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)是不穩(wěn)定的。表3為各期高程變化量統(tǒng)計(jì)。

表3 各期高程變化量統(tǒng)計(jì) mm

根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，工作基點(diǎn)的極限誤差為±1mm，各工作基點(diǎn)的高程變化量均在限差之內(nèi)，監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用平均間隙法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)判，網(wǎng)形穩(wěn)定，可以作為保護(hù)區(qū)垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)。

2.2 隧道沉降分析

根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)地鐵運(yùn)行做出險(xiǎn)情預(yù)報(bào)是一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，關(guān)系著地鐵的安全運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)的具體情況，綜合考慮各種實(shí)際因素，合理分析數(shù)據(jù)，在沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上及時(shí)作出判斷。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，地鐵隧道累計(jì)的沉降分為報(bào)警值和警戒值，報(bào)警值為±3.3mm，警戒值為±6.7mm；且沉降速率≤0.5mm/d。當(dāng)隧道沉降超出警戒值后，及時(shí)書面或電話通知有關(guān)單位，以便及時(shí)采取措施，排除險(xiǎn)情，并通過跟蹤監(jiān)測(cè)來檢驗(yàn)處理后效果，確保地鐵結(jié)構(gòu)安全。為了形象直觀地表現(xiàn)地鐵隧道沉降的情況和沉降趨勢(shì)，在數(shù)據(jù)平差處理后，繪制各測(cè)點(diǎn)的沉降量曲線圖（以時(shí)間軸為橫軸，沉降量為縱軸）。在本文中，為了分析的方便，在上下行線中各取4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)，畫出沉降量曲線。圖4為下行線的沉降量曲線，圖5為上行線的沉降量曲線。

圖4 下行線沉降量曲線

圖5 上行線沉降量曲線

通過分析圖4、圖5的沉降曲線可知：

1）在整個(gè)基坑開挖工程中，地鐵隧道的沉降整體比較穩(wěn)定，上下行線表現(xiàn)出類似的沉降規(guī)律，呈現(xiàn)下沉趨勢(shì)，最大的沉降量為3.1mm，小于地鐵沉降的報(bào)警值（±3.3mm），滿足地鐵安全運(yùn)行的要求。

2）由于基坑開挖引起坑內(nèi)土體的回彈［1］，破壞了鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體的平衡性，從而導(dǎo)致地鐵隧道整體往下沉降。由圖2可知下行線更靠近項(xiàng)目基坑，導(dǎo)致上下行線沉降量的差異，上行線整體的沉降量略大于下行線。上行線平均沉降量為1.2mm，最大沉降量為3.1mm；下行線平均沉降量為0.8mm，最大沉降量為2.6mm。

3）地鐵隧道沉降整體呈現(xiàn)出兩頭沉降量小中間沉降量大的凹槽趨勢(shì)，沉降量較大出現(xiàn)在3～13號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，由圖3可知3～13號(hào)測(cè)點(diǎn)正對(duì)應(yīng)著項(xiàng)目基坑，由此說明項(xiàng)目基坑對(duì)地鐵隧道沉降的影響與隧道離基坑的距離成正相關(guān)關(guān)系，離基坑越近，沉降量越大；離基坑越遠(yuǎn)，沉降量越小。

3 結(jié) 論

1）經(jīng)過對(duì)上下行線32個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降觀測(cè)可知，基坑施工雖然對(duì)地鐵隧道的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，引起地鐵隧道的沉降，但是引起的沉降量小于地鐵隧道沉降的報(bào)警值，滿足地鐵安全運(yùn)行的要求。

2）繪制監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直位移變化圖，可直觀、全面地展示和分析地鐵隧道的整體沉降情況以及沉降趨勢(shì)，為項(xiàng)目施工部門和地鐵管理部門做出正確決策提供了依據(jù)。

3）在基坑施工期間，為了保證地鐵的安全運(yùn)行，應(yīng)對(duì)地鐵的沉降變形進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。通過對(duì)地鐵隧道的監(jiān)測(cè)，掌握基坑施工過程中對(duì)既有地鐵工程結(jié)構(gòu)引起的變化，為建設(shè)方及地鐵相關(guān)方提供及時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)和信息，評(píng)定施工對(duì)既有地鐵工程結(jié)構(gòu)的影響，及時(shí)判斷既有地鐵工程的結(jié)構(gòu)安全，對(duì)可能發(fā)生的事故提供及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免惡性事故的發(fā)生。

［1］陳長江.基坑開挖引起下臥地鐵區(qū)間隧道上浮控制研究［J］.城市軌道交通研究，2009（9）：52－55.

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［3］北京市規(guī)劃委員會(huì).GB50308－2008城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］山東省建設(shè)廳.GB 50497－2009建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

［5］黃騰，孫景領(lǐng)，陶建岳，等.地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)及分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，36（2）：262－266.

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