基坑施工过程中对既有地铁隧道的自动化监测研究

基坑施工过程中对既有地铁隧道的

自动化监测研究

程 都

（青岛市地铁八号线有限公司，山东青岛 266000）

摘 要：结合青岛某酒店基坑开挖过程对既有地铁隧道的施工保护进行研究，探讨地铁隧道临近基坑的施工控制关键因素，提出地铁隧道自动化监测的控制要点，施工过程中加强对控制性爆破施工、针对性支护体系和地铁隧道结构变形的连续观测，确保爆破震动速率符合安全要求，支护体系与地铁结构符合安全距离，结构变形处于安全状态，进而保证地铁运营的安全可靠。

关键词：地铁隧道；基坑开挖；自动化监测中图分类号：U456.3

2 控制要点及原则

本基坑工程开挖过程中，对地铁隧道的影响主要体现在锚杆施工和爆破施工 2 个方面，对于地铁隧道控制范围内的锚杆施工和爆破施工需要严格遵循以下原则。

（1）锚杆施工中，基坑支护外侧与地铁隧道结构之间的距离大于等于 10 m，地铁主体结构控制保护范围5 m内不得侵入基坑锚杆或锚索，并在实际施工时严格落实。

（2）爆破施工中，在靠近地铁隧道侧基坑爆破作业时，采用控制爆破等手段，保证施工时传递到地铁结构的爆破震速不超过 2.0 cm/s。

本文针对以上 2 个主要影响方面，根据《青岛市轨道交通管理办法》的相关规定，确立控制要点、监测内容以及相关设计方案。

0 引言

我国正处于城市轨道交通快速发展时期，目前在既有地铁隧道控制范围内的施工也越来越多。地铁保护区范围内的施工涉及地铁隧道结构稳定和地铁运营安全，因此对于施工管理要求也更高。制定科学合理的施工技术方案是保证工程质量和地铁运营安全的关键。

2.1 锚杆施工

在基坑支护设计阶段将基坑北侧锚杆长度作为控制要点。基坑支护共分 5 个单元，每个支护单元按照距离地铁隧道最近的锚杆进行控制，锚杆端部与地铁隧道最小距离为 5.08 m，最大距离为 9.29 m，均满足不小于 5 m的控制要求。在施工过程中，要求现场严格按照锚杆设计标准进行施工，如果出现异常情况，应立即叫停，并且在落实清楚原因之后，会同设计单位、监理单位、建设单位共同研究相应解决办法。

1 工程概况

青岛市某酒店基坑开挖深度 22～27 m，土石方工程总量70 万m3。基坑北侧临近地铁 3 号线，地铁隧道位于香港西路下方且走向大致平行，地铁隧道埋拱顶深约 25 m，基坑外轮廓线距离地铁隧道轴线距离约 16～21 m。水位埋深 0.20～9.20 m，水位标高为2.43～3.95 m，场区地下水类型为基岩裂隙水，且以层状、带状赋存于基岩风化带的节理裂隙中。

作者简介：程都（1983—），男，工程师

2.2 爆破施工

在爆破施工中将震速作为控制要点。地铁隧道内基坑爆破施工期间需进行自动化监测，确保对地铁结构的影响控制在设计允许的范围内。监测内容包括爆破震速

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监测和水平、垂直位移监测。施工前对基坑影响范围内的地铁隧道结构进行排查，对隧道内存在的裂缝缺陷进行详细记录和影像资料的留置留档。施工前按照施工方案进行不少于 2 次试爆，测得爆破震动速率应满足地铁公司提出的震速小于等于 2.0 cm/s 的要求。

根据本工程的实际情况，采取加强控制爆破开挖与浅孔松动爆破相结合的施工方案。在基坑北侧钢管桩轴线 12 m 范围内采取加强控制爆破（采用加密布孔，小能量控制爆破施工工艺），加强控制爆破边线 25 m 范围内采取控制爆破。首先在基坑中间采用浅孔松动爆破方式进行拉槽，从而创造出临空面，然后逐层向四周爆破施工，严格控制每段的最大爆破药量，必要时单段单响。根据震动监测数据，必要时采用静力爆破或机械开挖进行施工。现场爆破施工严格按照审批方案进行，严控各项爆破参数，包括爆破孔距、孔深、单孔用药量、爆破网路的使用等，在每次爆破前，施工、监理、建设单位须进行检查，符合要求方能起爆。

3 地铁隧道自动化监测方案

3.1 工程影响范围界定

根据地铁公司对基坑影响范围的要求和《城市轨道交通结构安全保护技术规范》相关规定，本工程基坑影响范围内地铁区间长约 240 m，围岩级别为Ⅱ级，较接近强烈影响区，由于青岛地区地质条件较好且周围区域围岩级别较好，将其综合定为二级影响。

3.2 监测点布置及监测内容

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》、《城市轨道交通工程监测技术规范》，确定对临近基坑的地铁右线隧道主体结构进行自动化监测。监测点布置及监测内容包括以下 2 个方面。

（1）位移监测点布置及监测内容。在结构底板、侧墙、顶拱每断面布置水平位移、竖向位移监测点4 个，其中道床与轨道变形竖向位移监测点与底板竖向位移监测点共用。监测断面间距设定为 20 m，共布设13 个断面，监测点共计 52 点。监测内容包括：顶拱水平位移、竖向位移；侧墙水平位移、竖向位移；底板竖向位移；道床与轨道变形竖向位移。

（2）爆破震动监测点布置及监测内容。每断面布设爆破震动监测点 2 个，监测点断面间距为 20 m，共布设 13 个断面，监测点 26 个。监测内容为爆破震速。

工程实践

3.3 监测实施方案

（1）位移监测采用自动化监测。位移控制点的布设分为工作基点与基准点的布设，其中基准点以环状布设于基坑爆破影响安全距离以外的地铁隧道结构上，用于工作基点的校核，每个基点对应的基准点不少于 6个，本工程布设工作基点 2 个，基准点 12 个，校核方法采用后方交会法。综合考虑变形与爆破震动影响因素，确定监测基准点布设位置与基坑、最外侧监测断面间的安全距离为 50 m。采用 2 台徕卡 0.5 s 自动化测量全站仪，设置工作基点 2 个，在 240 m 长隧道两端 50 m 安全距离外分别设置基准点断面 1 组，工作基点距离基准点断面 80 m，1 号、2 号工作基点在隧道纵向沿对应基准点观测方向的观测范围为 90 m。

（2）水平、竖向位移的监测使用徕卡自动化监测全站仪组成的自动化监测系统。每断面布设顶拱监测 1 点、侧墙监测 2 点、底板监测 1 点。测点采用徕卡观测专用小棱镜，埋设于隧道二衬结构上。自动变形监测系统包括以下 3 个组成部分：数据的采集、传输；控制、告警系统；数据处理、分析及管理等。全站仪有棱镜自动化监测系统主要包括测量设备、传输设备和室内控制设备。以徕卡 TM30 全站仪和徕卡 L 型迷你小棱镜作为测量设备，在监测对象上固定徕卡 L 型迷你小棱镜，通过全站仪监测小棱镜的变化情况，传输设备为GPRS 无线传输。室内控制设备主要通过传输设备控制工作基点全站仪完成对徕卡小棱镜的自动测量工作。

（3）爆破震动采用触发式自动化监测。本工程基坑影响范围内的地铁隧道各断面布设 TP3V-4.5 三向震动速度传感器 2 点，1 点在靠基坑侧的侧墙上，另 1 点在拱顶靠基坑一侧。每个监测点提供垂向、径向及切向震动监测数据，监测点断面间距为 20 m，共布设 13 个断面，设爆破震动监测点 26 处。

3.4 自动监测控制中心数据处理、预警及控制管理

3.4.1 数据处理及数据上传

观测结束后，数据通过传输线自动传输至数据基站，基站数据进入 3G/4G 网络，自动传输至监测控制中心，通过徕卡地铁自动监测软件 GeoMoS 进行数据自动处理并上传至网络数据平台。管理人员通过网络平台进行数据查询。按照设计条件设置监测预警值等预警条件，当监测数据达到预警条件时，自动监测控制中心网络平台自动报警，通过短信形式发送给相关各方。监测控制

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工程实践

中心可通过网络对监测仪器发送指令，进行监测频率、监测位置的调整，并根据数据情况进行重点位置的加密监测。

3.4.2 自动化监测的人工复核

（1）对水平位移控制导线的人工复核。采用自动全站仪实施水平位移监测的精度优于人工监测，故对水平位移的复核主要针对水平位移控制点。

（2）对道床结构底板沉降的人工复核。复核用基准点设置于安全区域外且不少于 3 点，道床底板沉降测点埋设在轨道中间，每 5 环 1 点，与自动化监测断面一致。道床底板沉降采用几何水准进行复核。

（3）自动化监测人工复核中的巡视。进行现场踏勘，对于已有裂缝的坐标、走向、深度及开度进行记录并观测，并且及时观测新形成的裂缝，加强原因分析，预判其可能的发展变化趋势。观测时使用读数显微镜对每条裂缝距离、长度等信息进行测量，以便求出其变化值。 3.4.3 监测周期及监测频率

全面监测周期即基坑开挖周期，历时 241 天。自动化位移监测频率为每天 1 次；位移人工复测频率为每月 2 次；爆破振动监测为自动触发，监测频率为每爆 1 次。

3.4.4 监测报警值的确定

应严格按照工程设计的限制以及监测对象的控制要求设定地铁工程监测报警值，报警值应对监测的累积变化量、变化速率值进行综合控制且遵循以下原则：①满足设计要求，不可超过设计阈值；②满足安全要求，从而达到保护检测对象的目的；③满足现行的有关规范、规程的要求；④满足相应主管部门规定要求，对保护对象监管部门负责。 3.4.5 监测报警要求

当出现下列 4 种情况之一时，必须进行报警：①监测数据达到预警值；②地铁围护结构隆起或陷落等；③地铁围护结构出现可能发展的变形裂缝或较严重的突发裂缝；④根据当地工程经验判断，出现其他必须报警的情况。若情况比较严重时，相关部门应立即停止施工，并采取应急措施进行校正。

4 结束语

本次基坑开挖共历时 241 天，位移监测 1 次/天，隧道二衬水平位移累计变形在 -1.0～1.4 mm 范围内，

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完全满足设计报警值 3.0 mm 的要求。竖向位移累计变形在 -1.4～0.8 mm 范围内，完全满足设计报警值5.0 mm 的要求。整个监测过程未出现报警情况。通过科学的基坑控制爆破施工技术、支护体系和自动化的监测手段，完整地实现了施工全过程动态监测，确保了目标的安全可靠，对类似临地铁既有线工程施工具有一定的指导意义。

参考文献

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来稿日期 2017-04-18

责任编辑 孙锐娇

Automatic monitoring on existing metro tunnel

during foundation pit construction

Cheng Du

Abstract: pit construction protection near a hotel in Qingdao in A case study is carried out on the foundation existing metro tunnel excavation process, this paper focuses on the key factors of construction control of metro tunnel near the pit, puts forward the key control points of automatic monitoring of metro tunnel, the construction process to strengthen the control of blasting construction, the continuous observation of deformation of the supporting system and the metro tunnel structure to ensure the safety requirements, the velocity ratio of blasting vibration, supporting system and metro structure meet the requirements of safety distance, the structure deformation in a safe state, and to ensure metro safe operation.

Keywords: automatic monitoring

metro tunnel, foundation pit excavation,