王海龙

(中铁隧道集团一处有限公司，重庆 401121)

0 引言

地铁工程为不可逆工程，对结构稳定性要求极高，尤其是在大荷载作用下，应及时掌握结构变形的动态信息。通过对TBM过大龙山车站、冉家坝车站及小净距区间隧道的监控量测工作和量测信息的动态管理，确保了TBM过站在大荷载作用下结构的安全稳定性。

1 工程概况

大龙山车站主体全长189.7 m，宽26.46 m，埋深32～35 m，围岩级别为IV级。本车站与规划5号线车站形成平行换乘，为5，6号线同台换乘站。车站为地下4层(局部5层)岛式明挖车站，为钢筋混凝土箱型结构，中板板厚70 cm，主支撑钢柱(D609钢管)98根，总质量为170.2 t，柱间交叉支撑(L125×8角钢)282根总质量为13 t，底板和中板预埋钢板和锚栓等预埋件1 176个。车站设5个出入口(其中1个预留出入口)和2组风亭。另外还设有2个消防疏散通道出口。大龙山站小里程端区间隧道6号线右线长509.961 m，左线长513.93 m，左右线为上下重叠小净距隧道，线路水平间距0～9.43 m，右线在上左线在下，右线埋深较小;大龙山站大里程端区间隧道右线长155.339 m，左线长155.717 m，均为上下重叠小净距隧道，线路水平间距0～8.065 m，右线在上左线在下，右线埋深较小;大龙山站5号线区间隧道两端长度均为10 m，上下重叠式小间距隧道，线路水平间距0～0.003 m，车站平面位置见图1。

冉家坝车站地处渝北区，跨规划路成南北向布置，与5号线车站形成南北向平行换乘，与规划路东西走向的环线相交，环线轨面埋深41.04 m，围岩级别为IV级，6号线与5号线在上，环线在下，本站为6号线的交通枢纽站，站址北侧为规划广场，已建地下3层停车库和商业开发，地上规划数栋超高层商业建筑，南侧为景观大道，东侧为海关办公楼、西侧为在建扬子江商务中心。车站主体长227.4 m、宽29.36 m，为地下6层岛式车站，中板板厚70 cm，主支撑钢柱(D609钢管)118根总质量208.3 t，柱间交叉支撑(L125×8角钢)339根总质量17.3 t，底板和中板预埋钢板和锚栓等预埋件1 368个。5，6号线底板埋深约36.5 m，环线底板埋深约45.5 m。共设置了10个出入口、3个物业出入口、3个消防疏散出入口和3组风亭。本站为地下5层局部6层岛式明挖车站。冉家坝站6号线小里程端区间隧道左线长128.473 m，右线长128.15 m，左右线为上下重叠小净距隧道，线路水平间距0～7.339 m，右线在上左线在下，右线埋深较小;东和里程端区间隧道长98 m，为上下重叠式明挖隧道，线路间距0～3.113 m;冉家坝站5号线小里程端区间隧道长均为10 m，东和里程端区间隧道线长均为103 m，其中98 m为明挖，线间距0～2.464 m。车站平面位置见图2。

图1 大龙山车站平面位置图Fig.1 Plan layout of the Dalongshan station

图2 冉家坝车站平面位置图Fig.2 Plan layout of the Ranjiaba station

2 监测目的及监测项目

2.1 监测目的

监控量测工作是整个项目工程的眼睛，不但可以为整个项目的动态设计和信息化管理提供依据，确保施工作业的安全，还为设计理论的发展积累经验。

1)掌握TBM暗挖隧道对已完成区间隧道的支护结构影响，为日常管理提供信息，保证作业安全。

2)通过施工现场监测，掌握TBM过站时中板的稳定程度，通过信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场。确保TBM施工作业的安全与质量，确保项目的社会、经济和环境效益。

3)保证TBM过站时影响范围内的建筑物正常使用，为合理确定保护措施提供依据。

4)为项目的管理及时提供准确的信息，以便整个项目管理达到科学、安全的目的。

2.2 监测项目及设备

见表1。

表1 监测项目及设备表Table 1 Monitoring items and equipments

2.3 监测注意事项

本工程投入的所有监测仪器和设备必须经过国家计量鉴定部门的合法鉴定，合格后方可投入使用。选择合理的监测手段是进行监测工作的首要任务，是监测项目顺利完成的前提，在选择监测项目手段时应注意以下几个问题:

1)所采用的测试手段必须是可靠的、已经被工程实践证明是正确的。因为监测成果将直接被用来指导施工，是展开后续工作、调整施工工艺参数和施工作业方案的依据。

2)监测手段必须简单易行，能适应现场快速变化的施工状况。

3)所采用的测试手段不能影响结构的正常受力或有损结构的变形刚度和强度特征。

3 监测技术

3.1 钢支撑应力监测

对于初支钢架，钢筋计布置在型钢上，在型钢上焊接钢筋计，在焊接钢筋计时，注意不能使其温度过高，以免热传导致使钢筋计零漂增加，所以要做降温处理。比如在焊接的同时用湿毛巾或流水冷却，使其温度降低，以保证钢筋计的成活率在80%以上且支撑轴力小于设计值的80%，超过时要发报警文件。注意尽可能使钢筋计处于不受力状态，避免处于受弯状态，将钢筋计的导线逐段捆在邻近型钢上，引到外露的测试匣中，布设好后用频率仪进行测试，看是否完好，并检查钢筋计的电阻值和绝缘情况，同时做好引出线和测试匣的保护措施。

数据采集:

1)在施加钢筋测力计预应力前，把钢筋测力计的电缆引至方便正常测量的位置，在混凝土浇筑前进行钢筋测力计初始频率的测量，并记录在案。

2)施加在钢筋测力计上的预应力达到设计标准后即可开始正常测量。

3)测试值应考虑温度变化的影响，要用温度计测量气温，进行温度补偿。

4)监测频率及数据处理:在埋设初期进行首次初测，TBM过站时对钢支撑进行实时监测，量测所得钢筋轴力的数值及时绘成轴力－应力变化曲线。

5)出渣过程中进行跟踪监测直到稳定后(1～2)次/1 d、10 d后1次/3 d、1个月后1次/周;量测所得钢筋轴力的数值绘成轴力－应力变化曲线。

钢支撑应力监测点布置见图3。

图3 钢支撑应力监测点布置图Fig.3 Layout of stress monitoring points of steel support

3.2 裂缝监测

TBM过站时必然导致结构构件的应力调整而产生裂缝，裂缝开展状况的监测通常作为其过站和出渣过程中影响程度的重要依据之一。通常采用直接观测的方法，将裂缝进行编号并划出测读位置，观测裂缝的发生发展过程，必要时通过裂缝观测仪进行裂缝宽度测读。主要采用的仪器为游标卡尺，量测频率1～2次/d，监测数量和位置依据现场情况确定。

3.3 中板挠度监测

TBM过站时对中板产生一定变形，因此需要进行中板挠度监测，量测仪器采用SWJ－IV型收敛计，量测精度为0.01 mm。

在中板上每隔16 m一个断面埋设1组监测点直到车站的末端，每组监测点有3个监测值，测点布置如图4所示。

图4 中板挠度监测点布置图Fig.4 Layout of deflection monitoring points of false ceiling

在TBM过站时，测量中板顶部和底部3个测点的距离，即可绘出中板原始挠度;过站后，再进行相同的监测，与原始值进行对比。必须指出，前后2次观测时的量测方法相同，即收敛计悬挂方向相同，钢带尺张紧力调整过程相同，这样可以消除仪器悬挂、调整张力等系统读数，以提高量测精度。

3.4 区间隧道水平收敛及拱顶下沉

对暗挖隧道周边水平收敛和拱顶下沉进行量测，量测仪器采用 SWJ－IV型收敛计，量测精度为0.01 mm。

3.4.1 水平收敛量测

收敛值是指已知两测点间在某一时间段内距离的改变量。令t1时刻观察值为R1，t2时刻观测值为R2，则收敛值μu=R1–R2，此值除以时间差(μt=t2–t1)，即为收敛速度。必须指出，前后2次观测时的量测方法相同，即收敛计悬挂方向相同，钢带尺张紧力调整过程相同，这样可以消除仪器悬挂、调整张力等系统读数，以提高量测精度。

3.4.2 拱顶下沉量测

见图5－6。

拱顶下沉量的大小，根据测线A，B，C的实测值并利用三角形面积公式换算求得，即拱顶下沉量Δh=h1－h2，如图7所示。

式中:a，b，c为前次量测A线、B线、C线所得的实测值;a'，b'，c'为后次量测A线、B线、C线所得的实测值。

3.4.3 监测频率及监测断面埋设统计

每个测点测取读数的频率均符合规范要求，当量测断面工作状态发生改变时，如埋设的测点在量测期间遭到破坏，恢复以后按新埋测点要求采集读数，如表2—表3所示。

表2 量测频率表Table 2 Monitoring frequency

表3 监测断面埋设组数表Table 3 Monitoring groups

3.5 TBM轴线位移监测

TBM沿导轨过站时，在轴线方向上可能会出现偏差，因此需要对整个过站时的轴线方向上进行位移监测，测量仪器采用徕卡TPS800全站仪，测角精度为1"，距离精度为1 mm。

在TBM导轨上每个断面布设2个监测点，每隔16 m布设一个断面。在TBM过站前对监测点进行坐标初测，待其过站后对监测点进行持续监测，与初始值进行对比，即可得出过站时的轴线偏移量。

3.6 评判标准

1)各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定;

2)已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%～90%;

3)周边位移速率小于0.1～0.2 mm/d，或拱顶下沉速率小于0.15 mm/d。

4 监测控制标准及警戒值

4.1 监测控制标准

1)轴力监测:根据TBM设计，主机步进时机头下方作用350 t，纵向作用长度为2 m;水平支撑靴下方作用250 t，纵向作用长度为2.5 m;后支撑作用150 t，纵向作用长度为1.6 m。计算的钢支撑的最大轴力不应大于1 200 kN;中板上翻梁底最大挠度为4 mm;不利荷载作用下裂缝宽度为0.1 mm;步行中线与线路中线偏差不应超过4 mm。

2)洞内水平收敛及拱顶下沉稳定评判标准:①各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定;②已产生的各项位移已达到预计总位移量的80% ～90%;③周边位移速率小于0.15 mm/d，或拱顶下沉速率小于0.1 mm/d。

4.2 警戒值及处理措施

当监测数据达到监测控制基准值的70%时，定为警戒值。

当监测数据达到监测控制基准值的70%，或发生突变时(即变形曲线明显偏离原始曲线)，应加强监测频率并及时提供准确的数据，为指导施工作业提供依据。

当监控量测数据达到监控基准值或者超过监控基准值时，应立即停止作业状态，并进行连续不间断的监测，待修正支护参数，确保无异常情况后方可继续作业。

5 监控量测数据处理及信息反馈

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，及时进行处理，并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都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，并编写日、周、月汇总报表，及时反馈现场作业，调整施工参数，达到安全、快速、高效的目的。

取得各种监测资料后，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，见图8—图9。

数据处理方法:

1)数据整理。把原始数据通过一定的方法，按大小的排序用频率分布的形式把一组数据的分布情况显示出来，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)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，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，及时反馈指导现场。

当作业中出现下列任何一种情况，应立即停止作业，并采取处理措施:①监测数据有不断增大的趋势;②暗挖隧道支护结构变形过大，超过控制基准或出现明显的受力裂缝并不断发展;③时态曲线长时间没有变缓的趋势等。

6 结论

重庆轨道交通6号线一期大龙山及冉家坝车站TBM顺利通过，标志着我国地下工程在小净距、大荷载作用下结构的安全稳定性得到突破。通过本工程TBM过站监控量测工作总结，可以得到以下结论:

1)监控量测工作是整个工程的眼睛，不但可以为工程的动态设计和信息化管理提供依据，确保施工作业的安全，还可以为设计理论的发展积累经验。

2)除工程施工质量外，成熟的监控量测管理体系和管理经验，能降低地下工程安全风险，确保结构安全稳定。通过本次工程监测实践，也为其他类似工程实施相关监测项目提供了一定的借鉴意义。

［1］ GB 50026—2007工程量测规范［S］.北京:中华人民共和国建设部，2008.(GB 50026—2007 Code for engineering measurement［S］.Beijing:The people’s Republic of China Ministry of construction，2008.(in Chinese))

［2］ GB 50299—1999地下铁道工程施工及验收规范［S］.北京:中国计划出版社，1999.(GB 50299—1999 Code for construction and acceptance of metro engineering［S］.Beijing:China Planning Press，1999.(in Chinese))

［3］ GB/T 50308—2008城市轨道交通工程量测规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.(GB/T 50308—2008 Urban rail transit measurement procedure［S］.Beijing:China Architecture and Buiding Press，2008.)