1 工程概況
廣州地鐵二號線首期工程始于海珠區(qū)琶洲,止于白云區(qū)江夏,線路全長23. 21km 。二號線鷺江站至中山大學站區(qū)間隧道, 分為左、右兩支單線隧道,左線ZCK6 + 539. 5～ ZCK8 + 057. 05 , 全長1523. 055m , 右線YCK6 + 539. 05～ YCK8 + 0. 57. 05 , 全長1517. 55m 。該區(qū)間隧道上覆地層為人工雜填土、沖積層、殘積層和風化巖層,覆蓋層厚度為9. 4～19. 5m 。洞身大部分位于強風化的粉砂巖層,屬于Ⅱ 、Ⅲ 類圍巖。該區(qū)間隧道部分區(qū)段全斷面采用鉆爆法開挖,其它區(qū)段隧道的上半部分采用人工開挖,下半部分采用鉆爆法開挖。該區(qū)間沿新港中路由東向西至新港西路, 為廣州市主要交通干道,車流量大。地面道路兩側(cè)高大建筑物林立,地下管網(wǎng)密布。暗挖施工中做到無坍塌及涌水、涌砂事故,并有效地控制地面沉降,沿線管網(wǎng)線路做到不斷裂、不滲漏,保證地面交通和各種社會活動的正常進行。因而在施工中如何加強圍巖量測、獲取支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和環(huán)境影響信息,以便及時調(diào)整施工參數(shù),為安全施工服務(wù),就顯得尤為突出和重要。
2 施工監(jiān)測設(shè)計
2. 1 監(jiān)測內(nèi)容根據(jù)該工程的特征,在施工中對以下項目進行了監(jiān)測:
① 圍巖及支護狀態(tài)的觀察描述; ② 地表沉降; ③ 隧道拱頂沉降; ④ 隧道收斂監(jiān)測; ⑤ 格柵受力狀況監(jiān)測; ⑥ 近地建筑物傾斜監(jiān)測; ⑦ 爆破振動監(jiān)測; ⑧ 孔隙水壓力監(jiān)測; ⑨ 支護土壓力監(jiān)測; ⑩ 土體垂直位移監(jiān)測; 土體水平位移監(jiān)測。
2. 2 量測斷面與測點布置
2. 2. 1 圍巖及支護狀態(tài)的觀察描述
每開挖、支護循環(huán)作業(yè),均需對掌子面工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及支護厚度與質(zhì)量進行觀察、記錄和描述。
2. 2. 2 地表沉降
各施工豎井井口周邊、施工橫通道和正線隧道每10m 設(shè)置一個量測斷面。豎井井口地面沉降測點在矩形井四角及各邊中點各設(shè)一個。橫通道每一地表沉降量測斷面設(shè)7 個測點,共26 個量測斷面、182 個測點。區(qū)間正線隧道每一地表沉降量測斷面設(shè)11 個測點,共151 個量測斷面、1661 個測點。
2. 2. 3 隧道拱頂沉降監(jiān)測
各施工橫通道和左右線正線隧道每隔10m 設(shè)置一個監(jiān)測斷面,并與地表沉降監(jiān)測斷面重合。每一個監(jiān)測斷面在隧道拱頂設(shè)置一個監(jiān)測點,共177 個量測斷面,177 個監(jiān)測點。
2. 2. 4 隧道凈空收斂量測
量測斷面布置同拱頂沉降量測,并與拱頂量測斷面重合。每一個量測斷面布置2 對測線,分別布置在拱腳以上0. 5m 和墻中處,共177 個量測斷面,708 個收斂埋設(shè)點。
2. 2. 5 格柵鋼架受力狀況監(jiān)測
分別在1# ～3# 施工橫通道和左、右線Ⅱ 、Ⅲ 及Ⅳ 類圍巖各選擇一個量測斷面,共9 個量測斷面。對每一量測斷面,分別在拱頂、拱部300 、600 和900 、墻腰和墻腳及仰拱各設(shè)一個測點,每一量測斷面設(shè)12 個測點,共108 個測點。
2. 2. 6 孔隙水壓力監(jiān)測
量測斷面選擇與支護土體壓力監(jiān)測相同,共9 個量測斷面。對每一量測斷面,分別在拱頂、墻中和仰拱各設(shè)一個測點,每一量測斷面設(shè)4 個測點,共36 個測點。
2. 2. 7 土體垂直位移監(jiān)測
土體垂直位移監(jiān)測斷面選擇與支護土體壓力監(jiān)測同斷面, 共9 個量測斷面。對每一個量測斷面均在坑道拱頂設(shè)置一個孔內(nèi)多點位移計,孔內(nèi)每隔1. 0m 設(shè)測點一個,共用110 個孔內(nèi)沉降磁環(huán)。
2. 2. 8 土體水平位移監(jiān)測
土體水平位移監(jiān)測斷面選則與土體垂直位移量測同斷面, 共9 個量測斷面。這樣,支護結(jié)構(gòu)土壓力、孔隙水壓力、支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力、土體垂直位移和水平位移監(jiān)測點均設(shè)在同一斷面上。對每一個量測斷面分別在開挖輪廓外側(cè)0. 5m 處各設(shè)一個土體水平位移測孔,孔內(nèi)每隔1. 0m 深設(shè)測點一個。
2. 2. 9 近地建筑物傾斜監(jiān)測
根據(jù)實際地面建筑物,特別是高大建筑物、舊巷民宅等,距區(qū)間左右線隧道外緣25m 以內(nèi)時,每棟建筑物觀測點的數(shù)量≥6 個,觀測標志點設(shè)在地墻(柱) 或基礎(chǔ)上。
2. 2. 10 爆破振動監(jiān)測地面建筑物選擇和測點布置與近地建筑物傾斜監(jiān)測相同。
2. 3 量測方法和頻率
2. 3. 1 圍巖及支護狀態(tài)的觀察描述
采用地質(zhì)羅盤、皮尺等儀器工具進行觀察描述,每開挖、支護循環(huán)觀察一次,直至模筑砼后結(jié)束。
2. 3. 2 地面沉降
采用蔡司(德國產(chǎn)) -004 精密水準儀和銦鋼尺等精密水準測量方式。測點用 16～ 20 鋼筋頭長25～30cm , 端頭磨圓。對已硬化地面用沖擊鉆鉆孔,水泥砂漿錨固,端頭露出地面0. 5 ～0. 8cm ;對未硬化地面,用挖孔、水泥砂漿錨固,端頭露出地面0. 8～2. 0cm。監(jiān)測頻率:在開挖面距量測端面前1 倍洞徑與埋深之和開始量測;在開挖面通過量測斷面1 倍洞徑與埋深之和范圍內(nèi),每開挖循環(huán)或1 天1 次,5 倍洞徑范圍內(nèi)每2 天1 次,5 倍洞徑范圍外每周1 次,直至變形穩(wěn)定或全部施工完成。
2. 3. 3 拱頂下沉和凈空收斂監(jiān)測拱頂下沉采用蔡司-004 精密水準儀和倒掛鋼尺形式的精密水準測量方式。帶測球的測桿預(yù)埋在隧道初期支護內(nèi)。隧道凈空收斂量測采用J SS30/ 15A 收斂計量測,帶測球的測桿預(yù)埋在隧道初期支護內(nèi)。
監(jiān)測頻率:測點斷面噴射砼支護后開始第一次量測;2 倍洞徑范圍內(nèi)每開挖循環(huán)或每天1 次,5 倍洞徑范圍內(nèi)每2 天1 次,5 倍洞徑范圍外每周1 次,直至變形穩(wěn)定或模筑砼后。
2. 3. 4 鋼架受力、孔隙水壓和土體壓力監(jiān)測
鋼架應(yīng)力量測,對型鋼鋼架采用在鋼架上、下翼緣粘貼電阻應(yīng)變量測元件和YJ-5 型電阻應(yīng)變儀進行量測。對格柵鋼架采用焊接J XG-1 型鋼弦式鋼筋計和SINC052 型頻率儀進行量測。
孔隙水壓量測采用D KY-51 型孔隙水壓力儀進行量測。土體壓力監(jiān)測采用GD Y-2 型鋼弦式土壓盒和頻率儀進行監(jiān)測。監(jiān)測頻率:在各量測元件埋設(shè)后進行第一次量測,以后量測頻率同凈空收斂量測。上述各項監(jiān)測可視變化情況,適當加密監(jiān)測。
2. 3. 5 土體垂直位移和水平位移監(jiān)測
土體垂直位移監(jiān)測采用鉆孔直徑100mm ,采用DW -3A 型鋼弦式雙線圈連續(xù)激振型多點位移計和頻率接收儀監(jiān)測地中垂直位移。
土體水平位移也稱地中水平位移監(jiān)測,通過地面鉆孔,用BC -5型傾斜儀量測鉆孔各測點的傾斜度方式來量測。
因土中垂直位移和水平位移監(jiān)測可從地面鉆孔監(jiān)測,因而如同地面沉降監(jiān)測一樣,在開挖面距量測斷面前1 倍洞徑與埋深之和前開始量測。量測頻率同地表沉降監(jiān)測。
2. 3. 6 近地表建筑物傾斜監(jiān)測和爆破震動監(jiān)測建筑物傾斜監(jiān)測通過在待測建筑物地墻(或柱) 或基礎(chǔ)上設(shè)置標志點,通過精密水準儀、銦鋼尺等精密水準測量方式進行監(jiān)測。近地表建筑物爆破震動監(jiān)測通過在待測建筑物上粘貼CD -1型磁式速度(或加速度) 傳感器和測震儀進行監(jiān)測。
爆破震動監(jiān)測,在開挖面距量測點5 倍洞徑和埋深之和,到開挖面通過測點5 倍洞徑和埋深之和后這段范圍,每開挖爆破時監(jiān)測。
2. 4 地鐵區(qū)間隧道施工中的信息反饋基本判斷準則監(jiān)控量測的控制標準:
①地表下沉量不允許> 30mm ;
②地表沉降槽曲線最大坡度≤1/ 300 ;
③初期支護結(jié)構(gòu)相對水平收斂值≤15～30mm ;
④初期支護結(jié)構(gòu)趨于基本穩(wěn)定。施工中出現(xiàn)下列情況之一時,立即停工,采取措施進行處理:
①初期支護結(jié)構(gòu)噴射砼出現(xiàn)裂縫,且不斷發(fā)展;
②開挖一個月后洞內(nèi)水平位移不能收斂,實測位移達到危險狀態(tài)的70 % ;
③位移時間曲線出現(xiàn)反彎突變的急劇增長現(xiàn)象。
2. 5 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法
①對圍巖及支護狀態(tài)觀測,詳細記錄洞內(nèi)各項作業(yè)、時間與進尺,描繪每一開挖斷面的工程地質(zhì)斷面和水文地質(zhì)斷面,記錄描述支護厚度、質(zhì)量等情況。每周繪制工程地質(zhì)和水文地質(zhì)縱向剖面圖。
②對洞內(nèi)變形和支護格柵應(yīng)力,記錄填寫日變化量和累計量的日報表,繪制累計變化量與時間、累計變化量與進尺關(guān)系散點圖,按下述函數(shù)關(guān)系:
σ= A1g(1 + T)
σ= A1ge -B/T
σ= T/ (A + B T)
σ= A(e -B/T -eB/T)
σ= AT2 + B T + C
式中:—變形值或應(yīng)力值; T 量測時間或開挖進尺; A、B 、C 回歸常數(shù)。分別對各變形值和應(yīng)力值進行回歸分析,根據(jù)回歸曲線的
擬合好壞程度,即選擇相關(guān)系數(shù)或方差最小的函數(shù)為該量測數(shù)據(jù)的回歸擬合曲線,并求得回歸趨勢,對洞室穩(wěn)定和支護狀態(tài)進行預(yù)測和判斷。
③對于地表沉降觀測,除對各斷面最大沉降點進行如同洞內(nèi)變形觀測點一樣繪制沉降與時間、沉降與進尺關(guān)系散點和回歸分析外,尚需繪制各量測斷面各測點的沉降關(guān)系即沉降槽曲線,繪制最大沉降點沿隧道縱向的沉降關(guān)系曲線。
④對孔隙水壓力和結(jié)構(gòu)振動測試,記錄填寫日報表,繪制量測值與開挖進尺的關(guān)系曲線。
3 施工監(jiān)測管理
(1) 工程施工前,根據(jù)現(xiàn)場的實際情況(尤其危房建筑) 及工程的施工進度,編制詳細的監(jiān)測實施作業(yè)計劃及其相應(yīng)的保證措施。納入施工生產(chǎn)計劃中的一項重要內(nèi)容,同時報請監(jiān)理工程師和業(yè)主批準。
(2) 成立專門的監(jiān)測小組,保證監(jiān)測人員有確定的時間、空間和相應(yīng)的監(jiān)測工具,確保監(jiān)測成果及時準確。
(3) 施工監(jiān)測緊密結(jié)合施工步驟,測出每一施工步驟時的變形影響,同時計算出各測點的累計變形。
(4) 監(jiān)測人員及時整理分析監(jiān)測數(shù)據(jù),繪制各種變形和時間的關(guān)系曲線,預(yù)測變形發(fā)展趨向,及時向總工程師、監(jiān)理和業(yè)主匯報,若發(fā)現(xiàn)異常情況,隨時與監(jiān)理、業(yè)主聯(lián)系,采取有效措施,做好預(yù)防。同時根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工步驟及采取相應(yīng)的技術(shù)措施,確保施工及周圍環(huán)境的安全。
4 施工體會
(1) 地鐵區(qū)間隧道施工監(jiān)測是一項繁瑣而細致的工作,施工能否在安全的前提下順利進行,施工監(jiān)測起到了很重要的作用。
(2)我國城市地鐵方興未艾,從企業(yè)的前途和命運出發(fā),我們要下大力氣培養(yǎng)一批過得硬的地鐵施工隊伍,同時加強隧道施工監(jiān)測專業(yè)人員的培養(yǎng),使本企業(yè)在城市地鐵施工的領(lǐng)域里能夠大有作為。
