馮慶元 沈文輝 杜志云 邢曉飛 師亞龍

（1.中鐵馬來西亞東方隧道公司，馬來西亞吉隆坡 58100；2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川成都 611731）

地鐵監(jiān)測作為施工過程中的“一雙眼睛”，越來越受到項目參與各方的重視，因此針對施工監(jiān)測的研究也越來越多。近年來隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅猛發(fā)展，相繼出版了《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范實施手冊》《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》《地鐵工程監(jiān)測測量管理與技術(shù)》等多部專業(yè)技術(shù)規(guī)范及其實施細(xì)則［1-7］。

國內(nèi)學(xué)者對地鐵施工監(jiān)測亦作了許多研究。文獻(xiàn)［8-9］分別采用不同的沉降預(yù)測模型（如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、卡爾曼濾波等），對地鐵施工過程中地表沉降變形規(guī)律進(jìn)行了預(yù)測分析。文獻(xiàn)［10］首先根據(jù)圍巖受力機(jī)理對地鐵隧道施工中的地表沉降進(jìn)行理論分析，然后對Peck 曲線采用回歸擬合法求取特征參數(shù)，利用實測數(shù)據(jù)求解實際工程中地表沉降特征參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測下一步地鐵施工過程中的地表沉降。文獻(xiàn)［11-15］對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、小波分析方法等進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠較好地預(yù)測地鐵施工過程中周邊地表的變化。文獻(xiàn)［16-17］通過分析新加坡地鐵環(huán)線垮塌事故原因，發(fā)現(xiàn)主要是由于反分析存在技術(shù)瑕疵和施工監(jiān)測不合理所致。

國際上許多國家亦對地鐵施工監(jiān)測給出了相應(yīng)的要求，例如新加坡陸路交通管理局設(shè)計準(zhǔn)則C 部分第19 章對施工監(jiān)測必要性和目的均作了必要說明。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［18-21］對巖土工程勘察和試驗中相應(yīng)的測試項目均進(jìn)行了詳細(xì)的說明，且仍在不斷更新中。文獻(xiàn)［22-23］則對巖土工程各個監(jiān)測項目進(jìn)行了詳細(xì)描述。歐洲國家及東南亞部分國家有關(guān)地鐵施工的監(jiān)測方法和手段大都與工程實踐結(jié)合緊密。然而歐洲國家及東南亞大部分國家大多采用英標(biāo)體系的施工監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其與我國監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在監(jiān)測內(nèi)容、測點布置原則、安裝方法、預(yù)警體系等方面存在一定的差異。為了國內(nèi)施工監(jiān)測技術(shù)更好地服務(wù)于國際化施工監(jiān)測項目，有必要對中英不同的施工監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析。本文結(jié)合馬來西亞吉隆坡地鐵的工程實例，對中英地鐵施工監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)對比分析。

1 工程背景

吉隆坡地鐵是馬來西亞政府實施“大吉隆坡”計劃的重點工程之一。其中2 期線路從雙溪毛糯開始，經(jīng)沙垱在布城結(jié)束，全長約52 km，新線為雙線鐵路，包括38.7 km 的高架工程、13.5 km 的地下隧道和11個地鐵站。吉隆坡地鐵二期地下工程C標(biāo)段主要包括大馬城南站、大馬城北站、交叉渡線、南渡口和TU8 區(qū)間，全長2.22 km。

該標(biāo)段處于吉隆坡石灰?guī)r和肯尼山組交界區(qū)域，地下水發(fā)育，地面絕對標(biāo)高在GL33～35 m。地下水位在地面以下1.0～1.5 m，車站頂板位于地下水位線以上，其余部分位于地下水位線以下。同時因空軍基地和軍事設(shè)施的存在，給工程施工帶來了一定的安全隱患和未知風(fēng)險。該區(qū)域底部為石灰?guī)r，石灰?guī)r基巖形成了高度不等的尖頂。中部是肯尼山組，主要由堅硬的石英巖或軟弱千枚巖（特別是碳質(zhì)千枚巖）組成。

2 中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵施工監(jiān)測項目對比

2.1 中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵施工監(jiān)測內(nèi)容

GB 50497—2009《建筑基坑工程測量技術(shù)規(guī)程》［2］中規(guī)定：監(jiān)測項目的選定應(yīng)依據(jù)施工方法、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、周邊環(huán)境等綜合確定。其具體測試項目見表1。

表1 GB 50497—2009中規(guī)定的監(jiān)測項目

2.2 英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵施工監(jiān)測內(nèi)容

BSI EN ISO 18674-1Geotechnical Investigation and Testing［18］第 4 章規(guī)定，每個巖土工程中的監(jiān)控量測項目應(yīng)解決至少1個專項問題。監(jiān)測開始時提出和規(guī)劃該問題并且通過測試得到的信息解答。監(jiān)測內(nèi)容包括施工過程的監(jiān)測及對安全性敏感建筑物的監(jiān)測，監(jiān)測項目包括絕對位移或相對位移、張力、傾向、壓力、孔隙水壓力、土壓力、力、速率、加速度、溫度等。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的施工監(jiān)測項目由設(shè)計單位來確定。設(shè)計單位根據(jù)工程的全過程壽命周期，對每個施工階段可能遇到的巖土問題進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。巖土工程現(xiàn)場測試與其設(shè)計、施工之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 巖土工程現(xiàn)場測試與其設(shè)計、施工之間的關(guān)系

在初步設(shè)計階段，提出需要解決的問題，明確關(guān)鍵參數(shù)和期望；概念設(shè)計階段，對在初級設(shè)計階段提出的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)一步細(xì)化，明確獲取這些參數(shù)的測試方法及手段。詳細(xì)設(shè)計階段，對監(jiān)測工程概念重新定義，把概念設(shè)計階段提出的測試方法及手段轉(zhuǎn)換為綜合性的監(jiān)測計劃。通過施工監(jiān)測驗證設(shè)計、施工、環(huán)境保護(hù)等方案的安全性和合理性。

由吉隆坡地鐵施工監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)圖紙可知，英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中基坑工程監(jiān)測項目為周邊地表豎向位移、墻體測斜、深層水平位移、土層分層豎向位移、地下水位、孔隙水壓力、支撐內(nèi)力、錨桿內(nèi)力、錨索壓力、建筑物沉降、建筑物傾斜、梁體傾斜、裂縫發(fā)展、管線沉降、周邊環(huán)境振動、支撐體系溫度、基坑底部隆起等。

2.3 中英地鐵施工監(jiān)測內(nèi)容差異性分析

對比中英地鐵施工監(jiān)測項目可知，國內(nèi)對于測試項目的劃分更為詳細(xì)，當(dāng)基坑類別確定之后，通過查表即可獲得需要測試的項目。而對于英國標(biāo)準(zhǔn)，則由設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況對施工監(jiān)測進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。

3 中英地鐵施工監(jiān)測測點布設(shè)原則及要求對比

3.1 中國地鐵施工監(jiān)測測點布設(shè)原則及要求

GB 50497—2009 中規(guī)定：監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在基坑受力最不利位置，并針對具體測試項目提出了相應(yīng)要求。如位移測點要求間距不宜大于20 m，每邊監(jiān)測點數(shù)目不宜少于3個。深層水平位移監(jiān)測點布設(shè)間距宜為20～50 m，每邊監(jiān)測點的數(shù)目不少于1 個。測斜管埋設(shè)深度不宜小于圍護(hù)墻體深度，當(dāng)埋設(shè)到土體內(nèi)時其安裝深度不宜小于1.5 倍的基坑開挖深度。水位管宜沿基坑、被保護(hù)對象的周邊或在基坑與被保護(hù)對象之間布置，監(jiān)測點間距宜為20～50 m。臨近建筑物、重要的管線或管線密集處應(yīng)布置水位監(jiān)測點等。

總體來說，中國監(jiān)測規(guī)范對測點布設(shè)原則、安裝要求均有較為詳細(xì)的描述。但是有些要求與現(xiàn)場實際操作存在矛盾，如墻體測斜管基本上是與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋籠一起下放安裝，這就意味著墻體測斜管的安裝深度不可能大于地下連續(xù)墻的深度，而規(guī)范又要求不宜小于地下連續(xù)墻深度。

3.2 英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵施工監(jiān)測測點布設(shè)原則及要求

根據(jù)BSI EN ISO 18674-1 可知，目前英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對測點的安裝位置沒有給出相應(yīng)說明，僅在巖土工程監(jiān)控量測的詳細(xì)設(shè)計階段，把概念設(shè)計階段提出的測試方法及手段轉(zhuǎn)換成綜合性的監(jiān)測計劃。監(jiān)測計劃包括測試原理、測試方法（平差法，數(shù)值模擬方法等）、監(jiān)測點的位置、數(shù)據(jù)采集類型（人工測試或自動采集）。依據(jù)需求類別，選擇合適元器件進(jìn)行安裝測試。

英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中沒有對測點安裝位置提出相應(yīng)要求，只是要求設(shè)計單位根據(jù)設(shè)計資料對監(jiān)測計劃進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。由吉隆坡地鐵二期監(jiān)測設(shè)計圖紙可知，吉隆坡地鐵車站測試斷面分為C1，C2，C3，C4四種。

當(dāng)開挖深度H≥4 m 時需要沿基坑四周布置以上4 種測試斷面，而且要遵循：C2，C3，C4 斷面每隔 25 m交叉布置C1測試斷面；C2與C3斷面間距100 m；C3與C4 斷面間距 100 m；2 個 C4 斷面間距 200 m；所有測試斷面在基坑兩側(cè)對稱布置。

C1 斷面僅布設(shè)地表測點，C2 斷面布設(shè)墻體測斜、地表測點和水位測點，C3 斷面布設(shè)墻體測斜、水位測點及基坑內(nèi)外的孔隙水壓力測點，C4斷面布設(shè)墻體測斜、水位測點、基坑內(nèi)外的孔隙水壓力測點、土體分層沉降及深層水平位移測點。具體測點布置如圖2所示。

3.3 中英地鐵施工監(jiān)測測點布設(shè)原則對比分析

針對測點位置布設(shè)原則中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有相應(yīng)的要求，描述得較為詳細(xì)，但多為通用條款，針對性較差。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)雖僅有概述，要求設(shè)計單位針對每一個施工對象有針對性地設(shè)計，但有詳細(xì)的設(shè)計圖紙及測點安裝圖紙。

圖2 吉隆坡地鐵車站測試斷面及其測點布置

4 中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中測點安裝方法及基準(zhǔn)值采集對比分析

4.1 測點安裝方法對比分析

中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中施工監(jiān)測測點安裝方法基本相同，差別較小。而兩者針對需要鉆孔的測點安裝方法及鉆孔終止深度區(qū)別較大。

中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中建議采用鉆機(jī)鉆孔安裝基準(zhǔn)點，英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則要求必須采用鉆機(jī)鉆孔安裝基準(zhǔn)點。對于基準(zhǔn)點安裝深度，英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對基準(zhǔn)點鉆孔的終止深度有嚴(yán)格的規(guī)定：進(jìn)入硬土層5 m（標(biāo)準(zhǔn)貫入度N≥100）或巖石取芯3 m，從而確?；鶞?zhǔn)點處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)兩者均無法滿足時，由設(shè)計顧問確定最后的終止深度。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對基準(zhǔn)點安裝步驟、回填材料、深度范圍等均有明文規(guī)定，如圖3所示。

圖3 吉隆坡地鐵基準(zhǔn)點及測斜管安裝（單位：mm）

地下連續(xù)墻測斜管的安裝方法中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差別較大，目前中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求墻體測斜管與地下連續(xù)墻鋼筋籠一起安裝，因此墻體測斜管深度與地下連續(xù)墻深度一致。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中則要求先在鋼筋籠中預(yù)埋鋼管，待混凝土澆筑后強度達(dá)到設(shè)計要求后，利用地質(zhì)鉆機(jī)在預(yù)埋鋼管內(nèi)鉆孔，鉆孔終止深度須滿足設(shè)計要求。因此測斜管的安裝深度均需大于圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度。

英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求設(shè)計單位為測點安裝方法提供詳細(xì)的安裝圖紙，其中對需鉆孔安裝測點的深度也有嚴(yán)格的規(guī)定。而中國對于需鉆孔安裝測點的深度描述均很籠統(tǒng)，如對測斜管安裝深度要求“不宜小于圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度”，但對現(xiàn)場實際操作并沒有強制按此要求進(jìn)行。因此針對部分需鉆孔安裝的測點英國的設(shè)計資料更為詳細(xì)具體。

4.2 中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中基坑監(jiān)測基準(zhǔn)值獲取方法對比

中國標(biāo)準(zhǔn)GB 50497—2009 的6.1.5 節(jié)規(guī)定：監(jiān)測項目初始值應(yīng)在相關(guān)施工工序之前測定，首先取至少連續(xù)觀測3 次的穩(wěn)定值的平均值，然后開始正式監(jiān)測工作。

英 國標(biāo) 準(zhǔn) BSI EN ISO 18674-1 的 3.12 與 3.13 節(jié)對測試工作進(jìn)行了詳細(xì)的劃分，如圖4所示。

圖4 巖土工程監(jiān)測過程

由圖4 可以看出，巖土工程監(jiān)測過程包括施工階段以及監(jiān)測的各個階段，正式施工前需要進(jìn)行基準(zhǔn)值的采集。吉隆坡地鐵設(shè)計要求基準(zhǔn)值采集時間至少1個月。首先高質(zhì)量地讀取初始值（如重復(fù)測量），為后續(xù)測試工作提供穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù)；然后將測試數(shù)據(jù)提交給設(shè)計顧問，由設(shè)計顧問根據(jù)數(shù)據(jù)變化情況，給出具體的基準(zhǔn)值。

目前英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對基準(zhǔn)值的規(guī)定較為規(guī)范，無論是對開始采集的時間、頻率以及如何獲取基準(zhǔn)值均有明文規(guī)定。中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中較為隨意。因此針對基準(zhǔn)值的采集，英國標(biāo)準(zhǔn)的這部分內(nèi)容值得學(xué)習(xí)。

5 中英地鐵施工監(jiān)測項目中預(yù)警體系對比

5.1 預(yù)警體系的建立

針對預(yù)警體系，目前中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，目前中國地鐵施工監(jiān)測預(yù)警值的確定主要是根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式和基坑類別進(jìn)行確定。由GB 50497—2009 中表8.04 與GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中表9.2.1-1 可知：①中國對于基坑工程監(jiān)測預(yù)警值由監(jiān)測項目的累計變化量和變化速率共同控制；②基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測預(yù)警值應(yīng)根據(jù)土質(zhì)特征、設(shè)計資料、當(dāng)?shù)亟?jīng)驗等因素確定；③這些表中所給的預(yù)警值幾乎適用于所有的基坑監(jiān)測，預(yù)警值的確定均由經(jīng)驗而定；④表中預(yù)警值與相應(yīng)的施工過程缺乏對應(yīng)。

目前英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對預(yù)警值沒有作相應(yīng)的描述，所有測試項目的預(yù)警值均由設(shè)計單位根據(jù)相應(yīng)工程，通過理論計算獲得。根據(jù)設(shè)計荷載得到各個開挖工序中結(jié)構(gòu)變形最大值與支撐體系受力最大值，作為紅色預(yù)警值。而黃色預(yù)警值、橙色預(yù)警值以紅色預(yù)警值的70%，85%進(jìn)行設(shè)置。因此對于地下連續(xù)墻深層水平位移、支撐軸力等的預(yù)警值則隨著開挖工序的不同量值在變化。吉隆坡地鐵二期大馬城南站，其中一個斷面的墻體深層水平位移預(yù)警值如表2 所示。

表2 墻體深層水平位移預(yù)警值 mm

5.2 預(yù)警體系的對比

中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵基坑監(jiān)測預(yù)警值多為一個范圍，且范圍較大。預(yù)警值適用于所有地鐵車站，但針對性較弱。預(yù)警值多憑經(jīng)驗獲得，缺乏相應(yīng)的理論計算。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵基坑監(jiān)測預(yù)警值則針對不同基坑、不同地質(zhì)情況、不同支撐形式、不同開挖方法、附近不同堆載情況等，通過計算給出基坑施工過程中各個測試項目的預(yù)警值。其基于理論計算，針對性較強。

6 結(jié)論及建議

通過對中英監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，得出以下主要結(jié)論：

1）中英技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中地鐵監(jiān)測項目基本相同，但中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對測試項目描述得較為詳細(xì)。

2）對于測點布置原則，中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中描述得比較詳細(xì)，而英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中僅有概述，詳細(xì)布置由設(shè)計單位確定。

3）中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對某些測試項目的要求不夠明確。如要求基準(zhǔn)點底部應(yīng)安裝在相對穩(wěn)定地層。然而何為相對穩(wěn)定地層呢？英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中則明確要求：基準(zhǔn)點需進(jìn)入硬土層5 m（標(biāo)準(zhǔn)貫入度N≥100）或巖石取芯3 m，確保基準(zhǔn)點處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4）對于基準(zhǔn)值的采集，英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求在正式施工前1 個月進(jìn)行，且采集次數(shù)不少于4 次。而中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求在正式施工前至少連續(xù)采集3次數(shù)據(jù)，取其穩(wěn)定值的平均值作為基準(zhǔn)值。

5）中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)警值很少隨著開挖工序的進(jìn)行而變化，且預(yù)警值總要在標(biāo)準(zhǔn)給定的范圍內(nèi)取值。英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)警值多為一變值，隨開挖工序的進(jìn)行而變化。

6）英國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中只對監(jiān)測項目的累計值給出一定的量值，對于變化速率沒有給出明確規(guī)定。但中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出了變化速率的相應(yīng)要求。

建議：中國監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對測點安裝方法宜給出詳細(xì)的設(shè)計圖紙；更加規(guī)范基準(zhǔn)值的采集；測試項目預(yù)警值的確定應(yīng)考慮施工過程的不同階段，且具體工程具體對待。