张 锐

（中铁十六局集团有限公司地铁工程公司，北京 100023）

0 引言

随着城市轨道交通的快速发展，城市地下空间逐步拓展呈网络状，占据城市地下管线的大部分空间，因此管线损害事故时有发生，管线事故现在已被认定为一级事故，受到施工单位高度重视。特别城市地质多为软土，软土具有不稳定的工程特点，修建地下工程所用的矿山法、暗挖法、盾构法不可避免会产生土层变形位移和过大的地表差异沉降，对地下管线的影响十分明显。尽管目前关于地铁施工对邻近管线的影响研究有了很大进展，但就实际情况而言仍存在许多不足。

1）对于雨、污、热力管线的劣化度评估和剩余变形能力的研究很少，无法进行评估和判断其承载能力及制定控制标准。

2）施工过程中预测管线变形的方法缺少时效性，全面考虑影响因素时间过长，来不及判断下一步管线的沉降原因。

因此寻找快速评估管线损害的方法，并迅速定位沉降部位具有重要意义。北京地铁16 号线15 标段项目作为北京市重点工程项目，地处城市中心与交通发达地区，地下管线多且复杂，给施工带来较大困难。本文围绕地铁施工不能及时预测沉降进行研究，采取智能化监测，实时反映管线变形情况，有效避免了施工引起的管线破坏。

1 工程概况

北京地铁16 号线15 标项目为一站一区间。二里沟站是单层暗挖分离三柱四跨侧式站台车站，车站中部上跨6 号线车站段采用单层双跨暗挖结构，16 号线与既有地铁6 号线呈“十”字交叉换乘，交角为95°。国家图书馆站至二里沟站区间线路从国家图书馆站东端出发后向东，后转向西南下穿南长河、动物园，之后沿三里河路向南至二里沟站北端。

2 地下管线智能化监测

地下管线是指埋设于地下（或水下）各种管（沟、巷）道和电缆的总称。地下管线作为城市重要的组成部分，是人们获得各种物质和生活需要的途径，担负着传输信息和输送物质（能源、上下水等）等工作。

2.1 监测布点原则

二里沟站地处交通密集地区，紧靠西直门外大街，道路周边行人很多，不可破土开挖，监测布点采用间接测点形式，对于柔性接头管线应在接头处布点，测点常设在管线轴线相对应的地面上，测试仪器主要采用液压式沉降仪，通过测量数据的变化确定管线沉降，决定下一步施工方案。在最大变形处或最大内力处布点是为验证设计数据而设的测点，可根据变形情况调整设计参数。施工中的测点布置选择在最先施工部位进行监测，信息反馈更加及时准确，方便指导施工。

2.2 管线沉降监控方法

本工程采用智能监测设备——液压式沉降仪（见图1）。当液压式沉降仪和储液罐之间的高差产生变化时，液压式沉降仪感应膜上的液体压力也产生变化，压力使感应膜的全桥硅片发生形变，形变转化的电信号经电缆传输至采集装置，即可得出观测点的沉降变化量。

图1 智能化沉降监测系统

为确保监测数据的真实性和精确性，监测数据采用液压式沉降仪实时测量相关管线沉降，运用计算机进行各项数据整理，在监控量测信息平台公开共享数据，附上测点位移时间曲线图，生成即时监测日报，在平台与施工管理之间信息实现共享，以便于及时调整各项设计参数。

智能化监测规避了过去手写记录不真实的可能，用计算机技术管理数据，不会失去真实性，传统的测量方法想获得监控量测数据，基本上以天为单位，平台从现场数据采集到成果分析却以分钟为单位，数据采集上传到信息管理平台后，业主、设计、施工、监理单位均可在第一时间内浏览所有数据，其数据采集过程如图2 所示。施工方通过监控量测信息平台的数据进行下步施工，分析预测最终位移值及管线安全性，及时反馈指导施工。在监测数值与预测值比较时运用反分析法思路，使设计参数更符合实际施工。监控量测信息化管理平台充分利用既有设备和公共通信系统等社会资源，达到微投入、降低成本、提高效率、性价比高、处理管线事故效率更高的目标。

图2 智能化监测云平台

3 监测数据分析与支护措施

3.1 监测控制标准

目前我国还没有统一规定的管线控制标准，在实际工程中常用的管线控制标准是基于工程和试验基础上制定出的标准。不同材质、接头类型、使用时间和地区的管线抗压性不同，控制标准也不同。本工程在北京相关工程经验的基础上制定监测管线控制标准，根据现场实际情况设定管线沉降率，管理等级为I 级，Ⅱ级时每日加强监测频率和次数，保证管线安全。在信息化施工中，建立Ⅲ级管理标准（见表1），并及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，从而指导施工。

表1 监测控制标准

3.2 监测警报

根据建筑结构类型及对沉降的敏感程度制定变形警戒值，以监测频率及变形速率为主要报警值。预警按程度分为红色、橙色、黄色预警。变形值达到有效控制并符合《北京城市快轨建设管理有限公司土建工程监控量测管理办法》的消警条件时，警报方可消除。

3.3 监测数据分析与支护措施

管线沉降随着施工开挖时间的推进不断发生变化，通过实时监测找出沉降变化产生的原因，并采取相应加强措施，从而确保管线安全。从车站主体上水点沉降图（见图3）中可看出，管线未施工时处于无沉降状态，在施工2 个月时间后，管线下降10mm，之后趋于平稳呈直线状，但在10 月28 日又出现大幅沉降，达33mm，施工单位迅速采取支护措施，沉降趋于稳定，随着开挖面距离管线的位置越来越近，管线沉降再次加大，呈现不稳定状态，最后一次最大沉降量为34mm，经过二次注浆支护，最终呈恒定的稳定状态。

图3 二里沟站主体上水点沉降

由图4 可知，管线在施工初期沉降观测数值为零，没有任何变化，随着开挖时间的移动，下沉速率缓慢，一直处于沉降状态，其中WG1-21 管线沉降最明显，在此过程中一直采取注浆支撑措施，以防沉降数值偏大，可见施工开挖对污水管线的影响很大，污水管线距离开挖面不远，受开挖面影响明显。与开挖面距离最近时，沉降量达到最大值，为40mm，随着注浆量不断增加，最终回归稳定状态。

图4 二里沟站污水管线沉降

由图5 可看出，3 条雨水管线沉降大致相同，变化缓慢，最后恒定为44mm。开挖前2 个月和中间2 个月管线沉降速率最快，其余时间管线下沉随施工时间变化受影响较小。3 条管线的位置是YG3-12 位于最下方，YG3-11 管线位于最上方，埋设深的管线距离开挖面最近，受到的影响也最大。相较其他2 条管线，YG3-12 管线沉降值超过10mm，刚开始的沉降是由于开挖后土体未加固支撑，管线受到土体的作用力而沉降，第2 次大幅沉降是由于开挖靠近管线，管线受到的影响较大，过了这个沉降点后，开挖面离管线越来越远，管线的沉降速率再次减缓，直至不再沉降。

4 结语

图5 雨水管线沉降

本项目施工中采用液压式沉降仪对管线沉降进行监测，相较传统水准仪监测方法，大大减少了人工成本，同时可实行全天候不间断监测，能实时查看整个开挖过程中管线沉降量，且相关数据采集后直接上传到信息管理平台后，业主、设计、施工、监理单位均可在第一时间浏览所有数据，提高了监测力度。同时施工方可通过监控量测的数据有针对性地制定下一步施工方案，降低了施工风险，有效保证了管线安全，并可为类似施工提供一种新的监测方法。