浅谈城市地铁施工中的监控量测

摘要：城市轨道交通施工涉及大量基坑开挖、暗挖、降水和爆破等工程,对地层易产生扰动,有可能引起地表、附近高大建筑物变形或塌陷,危及建筑物及人员的安全,同时,污水管和下水井管渗漏致使土质自稳能力丧失,造成施工艰难。通过施工全过程中对围岩、结构及周围环境系统完整的变位监测，达到风险预控，为工程施工提供必要的测量数据，根据测量数据适当调整作业进度和措施方法，确保工程顺利准确进行，确保施工安全。

摘要： 城市轨道交通施工涉及大量基坑开挖、暗挖、降水和爆破等工程 , 对地层易产生扰动 , 有可能引起地表、附近高大建筑物变形或塌陷 , 危及建筑物及人员的安全 , 同时 , 污水管和下水井管渗漏致使土质自稳能力丧失 , 造成施工艰难。通过施工全过程中对围岩、结构及周围环境系统完整的变位监测，达到风险预控，为工程施工提供必要的测量数据，根据测量数据适当调整作业进度和措施方法，确保工程顺利准确进行，确保施工安全。
关键词： 施工方法监测目的

监测方法数据采集分析
伴随着我国社会主义经济建设的迅猛发展，城市的规模也不断的增大，城市人口流量还在增加、再加上机动车辆呈现逐年上涨的趋势，交通状况不断恶化。为了改善交通环境，采取了各种措施，其中兴建城市地铁得到了普遍的认可，地铁是目前世界上能够解决大中型城市人们出行问题较为便捷、经济和高效的交通工具之一，地铁具有运量大、速度快、无污染、准时、方便、舒适等诸多优点，它在交通上的独特优势使其发展迅速，成为各政府投资的热点。
1、地铁施工方法：城市中修建地下铁道，其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地质、环境保护、施工机具以及资金条件等因素的影响较大，因此各自所采用的施工方法也不尽相同。施工方法的选择应根据工程的性质、规模、地质和水文条件、以及地面和地下障碍物、施工设备、环保和工期要求等因素，经全面的技术经济比较后确定。目前城市地铁施工方法主要采取的有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法、盾构等。
1.1明挖法

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状十的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。

1.2盖挖法

盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。盖挖又分为盖挖顺作法和盖挖逆作法，盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板，如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。

1.3浅埋暗挖法

浅埋暗挖法即松散地层的新奥法施工，新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层施工而提出来的。浅埋暗挖法的施工技术特点：围岩变形波及地表；要求刚性支护或地层改良；通过试验段来指导设计和施工。浅埋暗挖法施工隧道时，应根据工程特点、围岩情况、环境要求以及施工单位的自身条件等，选择适宜的开挖方法及掘进方式。施工中区间隧道常用的开挖方法是台阶法、 CRD 工法、眼镜工法等；城市地铁车站、地下停车场等多跨隧道多采用柱洞法测洞法或中洞法等工法施工。地下铁道是在城市区域内施工，对地表沉降的控制要求比较严格，所以更要强调地层的预支护和预加固，所采用的施工方法有超前小导管预注浆、开挖面深孔注浆、管棚超前支护。浅埋暗挖法的施工工艺可以概括为“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测” 18 个字。

1.4盾构法

修建地铁随道盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（ shield ）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。按盾构断面形状不同可将其分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形 4 种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛；按开挖方式不同可将盾构分为：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式 3 种；按盾构前部构造不同可将盾构分为：敞胸式和闭胸式 2 种；按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为：人工井点降水、泥水加压、土压平衡式，局部气压盾构，全气压盾构等。盾构法的主要优点：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施 T 易于管理，施工人员也比较少；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。

2、监控量测的目的：

由于常见的各种施工方法涉及大量基坑开挖、暗挖、降水和爆破等工程 , 对地层易产生扰动 , 有可能引起地表、附近高大建筑物变形或塌陷 , 危及建筑物及人员的安全 , 同时 , 污水管和下水井管渗漏致使土质自稳能力丧失 , 造成施工艰难。而监控量测在指导隧道施工上具有重要意义。由于隧道设计过程中对围岩结构以及地下土层状况，包括地下水位和管网的不确定性，使得支护参数存在可变性，隧道施工过程中的监控量测主要是监测围岩与支护的变形和应力，了解隧道围岩与支护的变形特征与受力状态，判断围岩的稳定性、支护的合理性，对下一步的设计与施工提供指导，实现动态设计与施工。另外结合隧道施工中的风险工程，如下穿既有建筑，既有河流，既有管线管网等，对其进行风险监控，达到施工过程中的风险预控，保障隧道结构的施工安全，同时也避免地上建筑及构筑物的倾覆和破坏，保障隧道基坑开挖的安全性，使整个隧道在安全的环境下施工，对施工作业人员的人生财产安全负责，使城市地铁施工在取得良好的经济效益的同时，有良好的社会影响和社会效应。

具体来讲施工监测的主要目的如下：

1 ）通过监控量测了解基坑周围土体在施工过程中的动态变化，明确工程施工对原始地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节。

2 ）通过监控量测了解支护结构的受力和变位状态，并对其安全稳定性进行评价。

3 ）通过监控量测了解工程施工对周围地下管线的影响程度，以确保其处于安全的工作状态。

4 ）通过监控量测了解施工降水效果及对周围地下水位的影响程度。

5 ）通过监控量测收集数据，为以后的类似工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。

3、监控量测项目：监控量测的项目主要根据不同的施工方法和隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法及支护类型等综合确定。

表一、常见 施工监控量测表

监测区段	序号	监测项目	可监测仪器	监测目的
明挖及盖挖	1	地表沉降	NA2002 全自动电子水准仪、铟钢尺	掌握基坑开挖过程对周围土体、地下管线、钻孔桩和周围建筑物的影响程度及影响范围
2	地下管线沉降
3	围护桩顶垂直位移
4	建筑物沉降
5	建筑物倾斜	Leica1800 全站仪、反射片
6	围护桩水平位移	PVC 测斜管、 Sinco 测斜仪	掌握基坑开挖过程对周围土体、围护结构及地下水位的影响
7	围护桩钢筋应力	钢筋计，频率接受仪
8	地下水位	水位孔、水位计
9	水平支撑轴力	轴力计、频率接收仪	了解施工过程支撑受力
10	地表、建筑物、支护结构裂缝	以观测为主必要时用裂缝仪	掌握裂缝的发生、发展过程分析施工的影响程度
浅埋暗挖及盾构	1	地表沉降	NA2002 精密水准仪、铟钢尺	掌握隧道施工过程对周围土体、地下管线和周围建筑物的影响程度及影响范围
2	地下管线沉降
3	建筑物沉降
4	建筑物倾斜	Leica1800 全站仪、反射片
5	隧道拱顶下沉	Leica1800 全站仪、反射片	了解隧道施工过程初期支护结构变位规律及大小
6	隧道净空收敛
7	土体分层沉降	SOILINSTR 沉降仪，沉降管	掌握隧道施工过程周围土体的变位规律
8	土体水平位移	PVC 测斜管、 Sinco 测斜仪
9	地表、建筑物、支护结构裂缝	以观测为主必要时用裂缝仪	掌握裂缝的发生、发展过程分析施工的影响程度

除以上常规监测之外还要进行的巡视监测，通过对开挖面的地质土层与围岩状况观测分析，开挖面出水状况以及维护结构稳定性观测分析。通过对施工现场的巡视，及时了解现场的施工状况，为监测提供指导性方向，是巡视监测和仪器监测相结合，及时了解施工工作面以及周围环境结构的最新状况，为施工支护方案和支护参数的确定提供依据，为项目的风险控制提供技术支撑。
4、监测的数据采集与处理

监控量测资料均由计算机进行处理与管理，当取得各种监测资料后，能及时进行处理，绘制各种类型的表格及曲线图，对监测结果进行回归分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，确定工程技术措施。因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率 (mm)/d 等综合判断结构和建筑物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。

取得各种监测资料后，需及时进行处理，排除仪器、读数等操作过程中的失误，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监测数据的可靠性和完整性，采用计算机进行监控量测资料的整理和初步定性分析工作。数据处理方法为：

1) 数据整理

把原始数据通过一定的方法，如按大小的排序用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征值计算，离群数据的取舍。

2) 插值法

在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。

3) 采用统计分析方法对监测结果进行回归分析

寻找一种能够较好反映监测数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测物理量进行预测，防患于未然。如预测最终位移值，预测结构物的安全性，并据此确定工程技术措施等。因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率 (mm)/d 等综合判断结构和建筑物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。

根据修建城市地铁时施工监测的成功经验，将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，将警告值和允许值之间称为警告范围，实测值落在此范围，应提出警告，说明需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限，警告值和基准值之间称为注意范围，实测值落在基准值以下，说明隧道和围岩是稳定的。表 4 -1 监测管理表

监测管理表表 4 -1

管理等级	管理位移	施工状态
Ⅲ	U0 ＜ Un/3	可正常施工
Ⅱ	Un/3 ≤ U0 ≤ Un2/3	应注意，并加强监测
Ⅰ	U0 ＞ Un2/3	应采取加强支护等措施

注： U0 —实测位移值； Un —允许位移值 Un 的取值，即监测控制标准。

监测资料的反馈程序见图 4 -2 ，监测信息反馈流程见图 4-3 。

图 4-2
监测资料反馈管理程序图

图 4 -3
监测信息管理流程图

4 ）监测的计划及拟提交的成果
（ 1 ）监测计划

根据施工组织设计及施工计划制定监测工作计划，并根据施工计划的改变及时调整，确保施工需要。
（ 2 ）拟提交的成果

a 、建立日报制度，汇报当天监测的本次变化量、累计变化量以及需要注意的问题，报送数据、提交报表；
b 、建立周报制度，汇总本周监测数据并分析；
c 、建立月报制度，每月总结本月监测情况，评价施工状况；
d 、当监测（孔）达到报警值时，立即报警；
e 、对监测数据进行计算机数据处理，计算日变量和累变量，并绘制必要的变形曲线图和工程进展图；
f 、工程结束后提交施工监测成果报告。
5、结束语随着我国城市地下铁道建设事业的发展，施工技术水平得到不断提升，对于施工环境的要求也越来越高。作为监控量测在施工中的重要作用，从事监测工作的人员要有较高的责任心态，本着准确、及时的原则实施。将监测数据、时间变形曲线、对结果的评估，及时与施工现场技术人员协调沟通，及时研究解决实施过程中出现的问题，适当调整设计参数，保证隧道施工安全。