譚 偉

(長(zhǎng)沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙 410019)

引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口數(shù)量的不斷增加，使城市交通受到土地資源和環(huán)境的影響，逐漸趨于超負(fù)荷運(yùn)行。地鐵等軌道交通成為了滿足人民日益增長(zhǎng)交通需求的重要出行方式[1]。城市軌道交通一般敷設(shè)在城市人口集中、商業(yè)繁華的地區(qū)。城市軌道交通的施工不但對(duì)周邊建(構(gòu))筑物和環(huán)境產(chǎn)生影響，還對(duì)地鐵隧道、車站結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生影響。因此在施工過(guò)程中，需要對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境進(jìn)行定期甚至加頻連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并采取有效措施控制施工影響范圍和程度。然而，隨著地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展，高周轉(zhuǎn)、快速的投資建設(shè)模式使地鐵建設(shè)中的監(jiān)控量測(cè)一定程度受到了忽視，造成了不可挽回的損失[2-3]。根據(jù)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及地方標(biāo)準(zhǔn)，各地區(qū)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)及周邊影響區(qū)域安全要求越來(lái)越高，在臨近高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境時(shí)，甚至要求對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)和環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，這必然對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)提出更高的要求。

國(guó)內(nèi)外使用最多的監(jiān)測(cè)方法是三角高程測(cè)量、幾何水準(zhǔn)測(cè)量、GPS測(cè)量以及靜力水準(zhǔn)測(cè)量等，同時(shí)眾多學(xué)者在地鐵施工安全監(jiān)測(cè)方面也開(kāi)展了深入研究。王子軒[4]利用CP Ⅲ網(wǎng)對(duì)地鐵中測(cè)試的三角高程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的中間法網(wǎng)型對(duì)地鐵工程進(jìn)行三角高程測(cè)量，其精度滿足施工需求。Finno[5]將安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到了樁錨支護(hù)的基坑中，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到基坑開(kāi)挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與坑底隆起系數(shù)的變化關(guān)系。吳振君[6]在車站施工中建立基于GIS分布式的安全監(jiān)測(cè)信息管理平臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖工程中支撐軸力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、測(cè)斜等指標(biāo)的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)。柏文峰[7]利用智能型全站儀在已運(yùn)行地鐵隧道中開(kāi)展自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，分析了該設(shè)備在地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)的測(cè)試精度，獲得了隧道內(nèi)拱頂、沉浮、收斂監(jiān)測(cè)指標(biāo)的最佳范圍。目前，地鐵施工階段的監(jiān)控量測(cè)仍然主要以人工監(jiān)測(cè)為主，工作量大、人為和環(huán)境因素干擾較多。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)以其測(cè)試穩(wěn)定、高效、連續(xù)、系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為地鐵工程施工信息化的重要發(fā)展方向，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、優(yōu)化施工參數(shù)，保證施工安全具有重要的意義。其應(yīng)用技術(shù)近年來(lái)受到工程從業(yè)者的青睞，與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)形成新型的交叉學(xué)科。

本文以長(zhǎng)沙地鐵5號(hào)線萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為依托，設(shè)計(jì)和應(yīng)用了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì)分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁、地鐵隧道和施工、運(yùn)營(yíng)期間周邊建筑沉降信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存貯、發(fā)送與控制管理，并有效發(fā)出安全預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的安全總體把控。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用可為今后類似工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和施工信息化的實(shí)施提供有效的參考經(jīng)驗(yàn)。

1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案

該系統(tǒng)由以下幾部分組成： 1)測(cè)試智能機(jī)器人(高精度全站儀、驅(qū)動(dòng)馬達(dá))；2)供電、控制及CDMA(或GPRS)無(wú)線通訊模塊(簡(jiǎn)稱DTU)；3)監(jiān)測(cè)專用服務(wù)器；4)變形監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)(AutoMos)； 5)系統(tǒng)測(cè)試監(jiān)測(cè)點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)一端與伺服控制器的CP終端連接，通過(guò)變形監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)(AutoMos)，向遠(yuǎn)端的測(cè)試機(jī)器人發(fā)出命令，設(shè)定測(cè)試機(jī)器人在相同間隔時(shí)間內(nèi)，按照設(shè)計(jì)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，并將測(cè)試數(shù)據(jù)返回到伺服控制器。由數(shù)據(jù)模塊(Analyzer)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)儲(chǔ)存和分析，得到各現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的高程和變化值，繪制成變形時(shí)程曲線。

輸入端和處理端的通訊，借助Internet網(wǎng)絡(luò)及DTU通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)須設(shè)置通訊光纜和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備。因此，只要有CDMA(或GPRS)無(wú)線通信信號(hào)，在任何有Internet網(wǎng)絡(luò)的地方，都可以對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行操控。遇到信號(hào)盲區(qū)(例如圖4所示：既有2號(hào)線車站兩端受開(kāi)挖擾動(dòng)影響區(qū)和5號(hào)線盾構(gòu)接收區(qū)兩個(gè)信號(hào)不穩(wěn)定區(qū)確定為信號(hào)盲區(qū)，設(shè)置拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(WZ1-1～WZ5-2)共10個(gè)和管片形態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(LZ1～LZ8)共8個(gè))，采用LD-3長(zhǎng)線隔離驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電流環(huán)的形式將差分信號(hào)R-S485轉(zhuǎn)變?yōu)镽-S232信號(hào)，布設(shè)通訊電纜連接到有無(wú)線通信信號(hào)的地方進(jìn)行通信信息傳輸，如圖2-3所示。

圖2 R-S485轉(zhuǎn)換為R-S232信號(hào)連接方式

測(cè)試設(shè)備與DTU之間采用通訊電纜連接，同時(shí)實(shí)現(xiàn)儀器供電和數(shù)據(jù)傳輸。儀器供電外接電源，保證測(cè)量機(jī)器人及DTU通訊模塊24h不間斷供電。具體測(cè)量過(guò)程為：控制平臺(tái)的監(jiān)控模塊Monitor，利用通訊模塊將指令傳輸至基站的全站儀，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)和變形控制點(diǎn)進(jìn)行逐一測(cè)試、記錄、計(jì)算及校對(duì)后將有效的數(shù)據(jù)結(jié)果反饋至平臺(tái)。由平臺(tái)的數(shù)據(jù)模塊Analyzer對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理、分析，通過(guò)云端服務(wù)器發(fā)布至不同客戶端口，如圖4所示。

圖3 萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

圖4 基于AutoMos自動(dòng)化采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸圖

2 實(shí)例應(yīng)用

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在長(zhǎng)沙市軌道交通5號(hào)線多個(gè)站點(diǎn)、區(qū)間得以應(yīng)用，利用既有監(jiān)測(cè)信息管理和預(yù)警既有，結(jié)合C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)方案、測(cè)點(diǎn)信息和監(jiān)測(cè)結(jié)果的多方共享，基于監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、處理、查詢、數(shù)據(jù)輸出及預(yù)警等多功能?，F(xiàn)以萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為例加以說(shuō)明。

2.1 工程概況

萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站地處萬(wàn)家麗路與荷花路交叉口，線路南北敷設(shè)。車站為地下三層站，主體結(jié)構(gòu)采用蓋挖逆作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000mm厚地下連續(xù)墻，各層主體結(jié)構(gòu)板兼支撐。車站主體結(jié)構(gòu)上方為萬(wàn)家麗高架橋，橋底凈空僅10m，車站結(jié)構(gòu)上方有5根橋墩柱，這無(wú)疑給施工增加了相當(dāng)難度。此外，該車站還與長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線十字換乘，如圖3所示，新線的施工將對(duì)既有線的運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。因此，在車站和盾構(gòu)施工過(guò)程中，不僅需要對(duì)既有橋墩、周邊建筑物進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，還需要在新舊線路交匯時(shí)開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置依據(jù)有關(guān)基坑監(jiān)測(cè)的相關(guān)規(guī)范[8-10]，土體的深層水平位移布置在基坑的中部、陽(yáng)角及代表性部位?；又苓叚h(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置范圍在在基坑邊緣以外1～3倍開(kāi)挖深度內(nèi)，范圍內(nèi)建(構(gòu))筑物豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)在四角、沿外墻每10～15m布置，長(zhǎng)邊不得少于3點(diǎn)，對(duì)于橋墩等高聳構(gòu)筑物，布設(shè)在對(duì)稱部位，每一構(gòu)筑物不少于4點(diǎn)，管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜布設(shè)在管線的節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)和曲率變化較大點(diǎn)，管線沉降監(jiān)測(cè)間距在10～25m之間。在萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站左右各布置18個(gè)斷面，DK12+232～DK12+267按5m間距布置，其他按10m間距，站臺(tái)東側(cè)車站與區(qū)間銜接處加設(shè)兩處斷面(間距1m)，左右線監(jiān)測(cè)點(diǎn)各布置地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)90個(gè)。車站內(nèi)橋樁沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位54個(gè)，車站周邊房屋沉降位移點(diǎn)位80個(gè)； 此外，實(shí)際施工中，基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定狀況直接決定對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞，同時(shí)決定著建構(gòu)筑物變形特性能否得到正確反映。因此，在變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)置差分基準(zhǔn)點(diǎn)是不可或缺的。差分基準(zhǔn)點(diǎn)位置選擇要求能與基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)通視且牢固穩(wěn)定的合適位置。根據(jù)地鐵工程監(jiān)測(cè)的要求和規(guī)范，差分基準(zhǔn)點(diǎn)布置在施工影響范圍外的穩(wěn)定區(qū)域，設(shè)計(jì)布置3個(gè)監(jiān)測(cè)差分基準(zhǔn)點(diǎn)，分別在既有運(yùn)行隧道內(nèi)設(shè)置1個(gè)，在地面穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)布置2個(gè)，如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)采集

該系統(tǒng)采用多組BGK-4675型靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)萬(wàn)家麗高架橋樁蓋挖逆作車站內(nèi)橋樁共建結(jié)構(gòu)及周邊房屋沉降。該儀器是一種精密液位測(cè)量系統(tǒng)，可用于多點(diǎn)相對(duì)沉降測(cè)量，一系列傳感器采用通液管連接，每一傳感箱內(nèi)由一精密振限式傳感器進(jìn)行測(cè)試，如圖5所示。

圖5 自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)采集箱布置

在測(cè)站安裝好儀器及通訊模塊，檢查與遠(yuǎn)端控制平臺(tái)連接完好后，在監(jiān)測(cè)軟件控制下，逐點(diǎn)測(cè)量，記錄各點(diǎn)測(cè)試角度和距離至數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為進(jìn)行監(jiān)測(cè)所必須的自動(dòng)定位數(shù)據(jù)。

通過(guò)AutoMosMonitor軟件及CDMA控制及通訊模塊，設(shè)置差分基準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)方案及每臺(tái)儀器所測(cè)變形點(diǎn)的數(shù)量，根據(jù)既定的觀測(cè)次數(shù)，依照先控制后散點(diǎn)的原則進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確無(wú)誤采集數(shù)據(jù)后，預(yù)設(shè)測(cè)試時(shí)間及各點(diǎn)觀測(cè)順序，由AutoMosMonitor軟件及CDMA控制及通訊模塊自動(dòng)完成常規(guī)監(jiān)測(cè)。

3 數(shù)據(jù)查詢與分析

3.1 數(shù)據(jù)查詢

讀取原始數(shù)據(jù)后，通過(guò)平臺(tái)內(nèi)置設(shè)定程序分析上傳數(shù)據(jù)，得到記住網(wǎng)點(diǎn)的平差結(jié)果及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維極坐標(biāo)。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)測(cè)站點(diǎn)至監(jiān)測(cè)點(diǎn)的S斜距、α水平方位角、β垂直角進(jìn)行全微分，得到中誤差矩陣，如式(1)所示。

(1)

根據(jù)Helmert點(diǎn)位誤差估算公式，可得到P點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為：

(2)

系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)置為工程管理人員提供工程地理、地質(zhì)、周邊環(huán)境及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與科室化查詢。監(jiān)測(cè)結(jié)果上傳服務(wù)器后，不同客戶端登錄監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可以訪問(wèn)且只能訪問(wèn)被授權(quán)的資源。

圖6 AutoMos自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)

圖7 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更新

為滿足工程監(jiān)測(cè)信息及時(shí)發(fā)布的需求，系統(tǒng)中設(shè)置有快速生成報(bào)告和預(yù)警信息反饋等功能。快速生成報(bào)告模塊：系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)處理，嵌套既有報(bào)告模板，生成各種周報(bào)、月報(bào)，所有報(bào)表數(shù)據(jù)能打印預(yù)覽，并支持文件導(dǎo)出，如圖8所示。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)則以手機(jī)短信的方式反饋給程序內(nèi)已輸入的管理人。

圖8 AutoMos數(shù)據(jù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)結(jié)果及輸出方式

3.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形分析

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)位基本相同，在基坑開(kāi)挖連續(xù)墻水平位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位附近布設(shè)傳統(tǒng)的水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。獲得ZQT2、3、7、9四點(diǎn)在基坑開(kāi)挖時(shí)單次自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與相應(yīng)的人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移成果對(duì)比，如圖9所示。

圖9 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)成果對(duì)比

(1)實(shí)線表示各測(cè)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果，虛線表示相應(yīng)的人工監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果。監(jiān)測(cè)結(jié)果在基坑中部位置呈現(xiàn)“弓”型，局部有鋸齒狀變化趨勢(shì)[11]。主要由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受荷載主要來(lái)自于基坑外側(cè)的壓力，蓋挖法無(wú)內(nèi)支撐架設(shè)，基坑開(kāi)挖實(shí)際為卸載的過(guò)程，作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力隨深度變化對(duì)其變形有較大影響。

(2)各層ZQT2～9測(cè)斜處圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移累計(jì)絕對(duì)值分別為5.86mm、3.05mm、7.32mm， 6.33mm。與一明挖基坑工程測(cè)斜點(diǎn)變化趨勢(shì)不同的是，由于蓋挖逆作法施工各測(cè)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端變形受到基坑頂板的剛度限制，僅產(chǎn)生較小的累計(jì)水平變形，變形值分別為-0.851mm、-0.844mm、-6.016mm、2.67mm，各測(cè)試點(diǎn)的累計(jì)變形值均未超過(guò)規(guī)范允許的范圍。此外，AutoMoc自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果比人工監(jiān)測(cè)的結(jié)果稍大一些，二者監(jiān)測(cè)點(diǎn)位所反映出的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的結(jié)果真實(shí)有效，可正確反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況。

3.2.2 建筑物沉降分析

提取獲得靠近隧道右側(cè)的自動(dòng)化房屋沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)房屋與左、右線隧道中線的距離，比較各測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值如表1所示，繪制得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)到隧道中線距離h-沉降值Δh變化曲線，如圖10所示。

表1 房屋點(diǎn)到隧道中線距離與累計(jì)沉降比較

圖10 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)成果對(duì)比

根據(jù)房屋點(diǎn)到隧道中線距離與累計(jì)沉降的數(shù)據(jù)，擬合得到房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)到左右線隧道中線距離與累計(jì)沉降的關(guān)系曲線，二者呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.82，有區(qū)別與高斯曲線中出現(xiàn)的沉降槽。擬合曲線具體表達(dá)式分別為：

由于長(zhǎng)期勞累過(guò)度，程曉駕車打瞌睡的事時(shí)有發(fā)生。2009年2月14日下午6點(diǎn)，程曉從電子廠下班后往電腦城趕，一揉眼睛就撞著了一個(gè)抱著玫瑰花去見(jiàn)女友的年輕人。好在凱迪拉克性能卓越，程曉輕點(diǎn)剎車，就穩(wěn)穩(wěn)地停住了，車頭只是輕輕碰著了對(duì)方，并無(wú)大礙。對(duì)方卻眼紅他開(kāi)著名車，說(shuō)他是耀武揚(yáng)威的富家公子，要砸他的車。凱迪拉克是程曉的命根子，雙方發(fā)生了爭(zhēng)執(zhí)和拉扯?！伴_(kāi)著豪車撞人還行兇！”對(duì)方糾結(jié)了一伙不明真相的人把程曉打得鼻青臉腫，還砸壞了他的車燈。

Δh=0.322h-7.54

(1)

Δh=0.063h-2.55

(2)

其中，Δh為沉降值，h為監(jiān)測(cè)點(diǎn)到隧道中線的距離。從擬合曲線分析發(fā)現(xiàn)，左線的影響范圍范圍更寬，且左線擬合直線的斜率要大于右線，單位距離的沉降變化更快。該建筑物沉降受到盾構(gòu)左、右線掘進(jìn)的影響，其累計(jì)沉降結(jié)果始終保持在8mm內(nèi)，累計(jì)沉降值在允許值范圍內(nèi)[11]。

基坑開(kāi)挖期間，建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1-1～A1-12自動(dòng)化監(jiān)測(cè)沉降值如圖11所示。建筑物遠(yuǎn)離基坑一側(cè)A1-1～A1-6監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降分別為-1.92mm、-3.34mm、-1.44mm、-1.13mm、-0.21mm、-0.13mm，靠近基坑一側(cè)A1-7～A1-12監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降分別為-2.59mm、-2.60mm、-4.55mm、-1.26mm、-7.52mm、1.16mm。受到基坑開(kāi)挖的影響， 靠近基坑的一側(cè)累計(jì)沉降更大。

圖11 基坑開(kāi)挖時(shí)建筑物沉降變化曲線圖

3.2.3 高架橋墩沉降分析

獲得萬(wàn)家麗車站南區(qū)基坑全面開(kāi)挖至負(fù)二層，南區(qū)第二個(gè)出入口開(kāi)挖至負(fù)二層，北區(qū)全面開(kāi)挖至負(fù)三層階段，萬(wàn)家麗橋墩各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形曲線，如圖12所示。

由圖12可知，橋墩豎向沉降發(fā)生時(shí)間主要集中在2017年10月22日至2018年1月10日，此期間北區(qū)基坑開(kāi)挖至負(fù)三層，南區(qū)基坑開(kāi)挖至負(fù)二層，其中北區(qū)負(fù)三層完成了底板澆筑。北區(qū)靠近基坑邊馬路橋墩監(jiān)測(cè)點(diǎn)Q17、Q18累計(jì)沉降分別為-5.79mm、-7.01mm，Q21、Q22累計(jì)沉降分別為：-6.35mm、-4.84mm，直到底板澆筑完成變形沉降逐漸穩(wěn)定。產(chǎn)生橋墩沉降的主要原因歸納為以下幾點(diǎn)：1)靠近基坑邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)側(cè)變形引起的不均勻沉降；2)北區(qū)基坑完成開(kāi)挖后，實(shí)現(xiàn)了土體的卸載，基坑底部隆起引發(fā)外側(cè)土體圍繞地連墻肢底產(chǎn)生基坑內(nèi)變形；3)坑內(nèi)降水引起坑外水位下降，基坑外側(cè)附加應(yīng)力增大，基樁周圍土體產(chǎn)生固結(jié)沉降。在基坑關(guān)鍵開(kāi)挖階段，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)對(duì)橋梁沉降變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止施工干擾對(duì)橋墩產(chǎn)生二次變形影響[12-13]。

圖12 橋墩豎向沉降變化曲線圖

3.2.4 既有車站立柱沉降分析

獲得基坑開(kāi)挖時(shí)，LZ1～LZ8既有車站立柱沉降變化曲線，如圖13所示。

圖13 既有線車站立柱沉降變化曲線圖

由圖13可知，在北區(qū)基坑開(kāi)挖至負(fù)三層，南區(qū)基坑開(kāi)挖至負(fù)二層時(shí)，受到開(kāi)挖后周邊土體的固結(jié)變形和偏壓荷載的影響，靠近北區(qū)基坑南端的LZ4既有車站立柱沉降在2017年7月4日前后沉降變形逐漸增加，累計(jì)沉降值達(dá)到-4.10mm，到負(fù)一層底板澆筑完成后逐漸穩(wěn)定。其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值始終保持較小的變化范圍。

4 結(jié)論

本文以長(zhǎng)沙地鐵五號(hào)線萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站基坑施工為研究背景，首次采用基于AutoMos 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地鐵基坑開(kāi)挖時(shí)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建筑物、既有高架橋墩、既有車站立柱等沉降變形進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集和分析，獲得了臨近基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境沉降變形的發(fā)展規(guī)律。基于AutoMos的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在長(zhǎng)沙地鐵的首次應(yīng)用，不但可及時(shí)、有效、快速獲得基坑開(kāi)挖過(guò)程中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反映基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的安全影響，還能為地鐵施工信息化的推廣提供有效的工程實(shí)例，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。主要結(jié)論如下：

(1)基坑開(kāi)挖時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離基坑中部的位置呈現(xiàn)“弓”型，局部有鋸齒狀的變化趨勢(shì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力隨深度變化對(duì)其變形影響較大。對(duì)比傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜監(jiān)測(cè)與AutoMos自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果，圍護(hù)結(jié)果變形趨勢(shì)一致，驗(yàn)證了自動(dòng)化數(shù)據(jù)結(jié)果真實(shí)有效。

(2)房屋沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)到左右隧道中線距離與房屋累計(jì)沉降曲線呈線性變化，左線掘進(jìn)影響范圍更寬，單位距離的沉降變化更快，建筑物受到左、右線掘進(jìn)影響，累計(jì)沉降結(jié)果在8mm內(nèi)，累計(jì)沉降和單次沉降值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

(3)通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)南、北基坑分別開(kāi)挖至負(fù)二層、負(fù)三層時(shí)既有橋墩沉降進(jìn)行持續(xù)數(shù)據(jù)采集，靠近北即可南端的Q17、Q18監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降分別為-5.79mm、-7.01mm，Q21點(diǎn)累計(jì)沉降最大達(dá)到-6.35mm，直至底板澆筑完成橋墩沉降趨于平穩(wěn)。受到開(kāi)挖后周邊土體的固結(jié)變形和偏壓荷載的影響，靠近北基坑的既有車站立柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)LZ4隨基坑開(kāi)挖沉降變形增大，直至負(fù)一層底板澆筑后趨于穩(wěn)定。