深基坑开挖及隧道下穿对既有地铁车站影响的自动化监测分析

文 /张 博

随着城市轨道交通建设的飞速发展，地铁线路正在加速布局成网，新建线路与既有运营线路的衔接施工逐步增多，对地铁运营带来了一定的安全影响[1]。在新旧线路衔接过程中，实时、准确地掌握运营线路的安全状态是众所关心的；但是运营线路客流量大、运行车辆间隔密集，行车区域封闭，传统的人工监测方法已不能满足工程需要。

地铁自动化监测系统一般包括自动测量系统或监测传感器、工控机、通信传输设备与远程监控中心组成[2]，具有全天候工作、不与地铁车辆运行互相影响、实时传输数据、快速处理数据、及时反馈监测信息等特点，能实时有效地监控既有线道床、结构的水平位移、沉降、收敛等安全状态并将监测成果及时反馈设计、施工部门，对信息化施工起到指导作用。

1 工程概况

既有1号线铁西广场站为地下2层，车站埋深约17 m，施工时已预留9号线下穿段主体结构围护桩。新建工程包括9号线铁西广场站、下穿1号线铁西广场站暗挖段和9号线铁兴区间。9号线铁西广场站为地下3层，与1号线呈T字型交叉，采用明挖法施工，基坑开挖深度约26 m；9号线下穿1号线铁西广场站采用暗挖法施工；9号线铁兴区间采用明挖法施工，基坑开挖深度约25 m。见图1和图2。

图1 深基坑与既有地铁车站关系

图2 下穿隧道与既有地铁车站关系

2 监测

2.1 监测断面布设

1号线铁西广场站自动化监测长度约100 m，为9号线基坑临近1号线车站、暗挖下穿段的投影对应长度，根据平面位置关系，利用里程和坐标精确定位。正射投影范围每5 m布设一处监测断面，共布设5个断面（断面6～10）；扩大投影范围东西方向各外延40 m，每8 m设一处断面（变形缝两侧各布设一个），共设10个断面；车站共布设15个断面。每个断面布设4个监测点，道床2个，结构侧壁2个，分别编号“1～4号点”。见图3。

图3 1号线铁西广场站监测断面布设

2.2 自动化监测系统

自动化监测由工控机控制智能型全站仪TS30按照既定程序自动完成周期监测；每周期测量结束后，将原始观测数据传输给工控机，工控机通过无线路由等设备将数据传输至监控中心，监控中心利用后处理系统，实时地计算分析各监测点的变形量与变形趋势。正常情况下，每天进行4个周期的测量，形成监测日报。

3 沉降数据分析

新建工程对既有地铁1号线铁西广场站产生沉降影响存在4个主要施工阶段，以下仅对变形较为显著的既有车站道床、结构的沉降数据进行分析。其中右线的沉降变形与左线的变形量、变形趋势基本具有一致性，数据分析以左线为例。

3.1 阶段一

9号线铁西广场站深基坑明挖施工：基坑开挖至26 m，低于1号线既有车站底板约9 m，临近既有车站第一块底板浇筑完成。此阶段因土体开挖，局部卸载，导致基坑附近地基隆起变形，既有地铁车站左线各监测点位的隆沉累计值普遍在±2.8 mm以内，隆起最大变形量为2.8 mm（断面9-2号点），近基坑侧4号点比远基坑侧1号点隆起量要小约0.5 mm。见图4。

图4 阶段一各断面沉降变形

3.2 阶段二

9号线铁兴区间深基坑明挖段施工：基坑自开挖至底板浇筑完成，此时新建铁西广场站基坑临近既有车站的四段顶板浇筑完成，准备进行下穿隧道段导洞施工。此阶段因土体开挖，局部卸载，导致基坑附近地基继续隆起变形，既有地铁车站左线各监测点位的变形量隆起累计值普遍在5.5 mm以内，隆起最大变形量为5.4 mm（断面9-2号点）。见图5。

图5 阶段二各断面沉降变形

3.3 阶段三

下穿1号线铁西广场站导洞开挖施工：自暗挖段导洞施工左右导洞二衬施工全部完成，中洞准备施工。此阶段因下穿暗挖段左、右导洞开始施工，既有地铁车站左线断面6、7及断面9、10正下方开挖，导致相应位置出现下沉变形。中部隆起值较前阶段有所回落，最大隆起量为2.5 mm（断面9-2号点），中部位置1、4号点的相对高差由前阶段的约-0.8 mm变为约-1.8 mm。见图6。

图6 阶段三各断面沉降变形

3.4 阶段四

下穿1号线铁西广场站中洞围护桩破除：自中洞围护桩破除全部完成至中洞二衬施工完成，跟踪监测数据趋于稳定，停止监测。此阶段因下穿暗挖段中洞开始施工，既有地铁车站左线监测断面7～9正下方开挖且既有地铁车站施工时为9号线下穿预设的两排支撑桩全部破除，导致断面7～9下沉明显，断面8的1号点沉降量最大，约-3.3 mm，4号点约-0.1 mm，中部形成明显的不均匀沉降槽。各监测点位的变形量总体上表现为中部沉降，最大变形量为约-3.3 mm（断面8-1号点）。见图7。

图7 阶段四各断面沉降变形

4 实时监测与信息反馈

以上4个施工阶段的有序衔接，从变形监测结果来看，变形规律明显，监测数据准确可靠，既有车站变形量一直处在可控范围。为更好地指导和服务施工，自动化监测做了大量的实时监测与信息反馈，主要分为4个类型：正常监测周期的日报、周报、月报上报（存在每个施工阶段）；既有车站道床与结构的隆起、回落、沉降等关键阶段，变形统计与变形趋势预测分析[3]；安全风险易变情况下的专项跟踪实时监测反馈；高风险施工工序的专项跟踪实时监测反馈。见表1。

5 总结

自动化监测系统在监控既有运营地铁安全状态中的应用愈加广泛，准确获取监测数据，服务和指导施工，主要体现以下几点：

1）监测断面的布设范围，应充分覆盖变形影响区域并适当向外延伸；易受变形影响区域，需加密布设断面，以全面掌握差异、不均匀变形；

2）监测数据的分析与预测应贯穿始终，特别在安全风险易变、施工转序、特殊部位施工等阶段；

3）4种类型的实时监测与信息反馈，使标准化施工警钟长鸣，为优化施工工艺提供数据支撑，与专项施工措施形成印证，面对施工风险的高压，从监控角度方面保证了既有车站变形在安全可控状态；

4）现场施工应做到根据监测数据的不断反馈，及时优化施工工艺与制定有效措施，将安全隐患缩减至最小。

表1 主要的既有地铁车站实时监测与信息反馈

6 展望

对既有地铁产生较高安全影响的新建地铁工程或其他市政工程，应参考类似工程的变形监测数据，在风险源设计、安全评估、施工方案编制等方面，综合考虑相互平面与剖面位置关系、地质条件、支护形式、施工工艺、施工专项措施等多个因素；同时，应建立科学的变形分析预测模型[4]，利用变量因子将新建工程的施工监测数据与既有线的自动化监测数据构建统一关系，增强分析预测的准确性。