浅析地铁工程的风险与安全监测.

浙江建筑,第27卷,第6期,2010年6月Zhejiang Constructi on,Vol .27,No .6,Jun .2010

收稿日期:2010-02-04

作者简介:余建民(1958—,男,浙江杭州人,教授级高工,从事建设工程质量安全监督工作。

浅析地铁工程的风险与安全监测

A B ri ef Anal ysis of the Crisis and Safe ty Monit o ri ng of Sub way Engi neeri ng

余建民,柴 炜,徐云肖

YU J ian 2m in,CHA I W ei,XU Yun 2xiao

(杭州市建设工程质量安全监督总站,浙江杭州310005

摘 要:地铁工程建设属地下工程,建设中存在较大安全隐患。在此针对地铁工程存在的几个常见风险进行分析,得出设计和施工互动能有效降低风险,并提出采用科学的安全监测系统为设计提供真实有效的工地情况,从而做出正确的设计方案,可供类似工程参考。

关键词:城市轨道交通;风险;安全监测系统

中图分类号:U215.11 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(201006-0033-03

随着我国城市化进程的快速发展,为了有效解决城市居民出行难的问题,加快以地铁为骨干的公共交通建设可缓解交通拥堵。而地铁工程建设由于地质条件复杂、工程规模庞大、建设周期长,同时工程本身属于地下工程,存在众多不确定因素。因此,建设中存在很多风险隐患。

地铁中的很多风险难以通过设计人员的有效计算来规避,因此,传统的单方面的以设计指导施工的工作原则,在地铁工程中是有一定弊端的。而监测是通过对工地各个数据的收集,经分析,来反映工地现状。设计方可以此来优化设计,完善方案。施工方也可以此改变施工方法,保证安全。但是实际工程中,单一的一个监测数据出现问题时,其本身的真实性无法保证,很难达到应有的监测效果。因此,本文引入安全监测系统,一种将各个监测方法有机结合,并互相印证真实性的综合系统。从多方面反映工地真实情况,真正实现设计指导施工,施工又反过来调整设计,使施工与设计相辅相成,达到确保施工安全的目的。

1 地铁工程中存在的风险

由于地铁是深基坑工程,而且普遍地处市区,周

边环境错综复杂。体现在施工上的主要风险为:

(1围护结构距离周边建筑物较近,周边需保护的建筑物较多。施工过程中,一旦围护结构变形过大,影响周围建筑物,给施工造成困难,影响工程整体进度。

(2围护结构周边管线复杂,重要管线众多,迁改困难,一旦基坑发生变形,例如大直径的雨水、污水、自来水管,容易破裂造成二次灾害。

(3地铁车站往往设置在道路底下,这样可以避开大量建筑桩基,减小施工难度,但相应会导致交通疏解困难,而且为确保不影响居民正常出行,在施工过程中,地铁周边道路仍需畅通,导致基坑周边动荷载较大,控制变形难度大。

(4开挖深度较深,土层复杂。由于长三角地区有深厚的淤泥质土层,各方面力学性质较差,基坑变形控制难度大,施工困难,容易造成纵向滑坡等工程事故。

(5地下潜水丰富,承压水头较高,容易造成突涌,围护接缝漏水漏砂,导致周边土体沉降。

(6局部地区,地下沼气丰富,围护成槽,地下开挖和盾构施工,都存在安全隐患。

综上所述,地铁施工的风险种类复杂,确保一个地铁基坑能安全地完成施工,仅靠设计一方,或者施工一方是难以实现的,真正意义上的互动才能有效地解决这些问题。

2 建立科学的安全监测系统

随着电子计算机技术的发展,信息化已广泛应用到各行各业。土木工程,尤其是基坑工程,由原来的设计指导施工,转变为设计施工共同指导实践,这有赖于安全监测系统的建立。

安全监测主要是为了控制围护结构、周围建筑物、构筑物及地下管线的变位、沉降和预报施工中出现的异常情况,并正确指导施工,以在施工过程中建立严格的监测网络实现信

息化施工。

2.1 系统的功能特点

工程安全监测作为工程管理、事故预防的一个重要手段,在工程勘测、设计、科研、施工各个阶段都是非常必要的,尤其在施工时,及时分析掌握基坑周围的施工状态,为保证施工安全、验证设计的可靠性,提高设计水平,切实指导施工和监督工程质量,为发展城市轨道技术提供依据。其次,从工程安全监测系统的建设目的及功能需求出发,现代的工程安全监测系统,按数据流程划分的三个主要环节:第一,数据监测系统;第二,数据采集系统;第三,数据管理和分析系统,使该系统能够形成具有数字预测、网络信息、技术优化等功能特点,为识别和规避工程风险,提高工程效益发挥作用。

2.2 系统的监测内容及要求

系统的监测项目主要分为沉降量、土体位移等变形监测;渗透压力、孔隙水压力、水位等渗流监测;钢管支撑轴力、土压力分布等应力应变监测[1]。为此,只有建立一个完整的安全监测系统,才能实现安全监测的全部功能,实施上述项目的监测监控,另有一些原则性的考虑,还应该在安全监测系统的布置中遵循:(1首先是要研究工程的特点,用风险分析的观念来认识轨道工程安全管理方面需要关注的问题,有针对性地对安全监测系统提出设计方案等要求。其次对车站基坑和盾构与周围建筑物及地下其他设施的监测要统一考虑,把那些最能够敏感反应基坑土体地面性状变化和安全状态的部位作为关键监测断面或部位。

(2正确选择监测项目,合理选用监测仪器,并采用远程监控信息系统,把分散在全市各处

的轨道在建工程的监测数据集中到统一数据库实现实时监管。

(3重视施工期的安全监测,施工过程监测不仅是施工安全,优化设计,调整施工方案的需要,也是为了取得从基坑开挖、盾构掘进到工程竣工全过程施工状态变化的完整资料以及对资料进行客观全面的分析。

2.3 系统的监测数据分析

按日、周、月对监测数据资料进行整理分析,分析结果要对施工安全的状态进行评价预测和预报,及时发现位移、受力等异常征兆,以确保工程施工安全,力争将事故的风险降到最低程度。应将整理分析和安全评价的成果反馈给有关部门,设计单位验证设计为优化工程设计、改进施工安全管理提供科学依据。

3 工程应用

3.1 工程介绍

该地铁车站为地下3层岛式车站,采用框架逆做,基坑开挖深度为26.353m。

拟建场地属钱塘江海积平原地貌单元,自然地面较平坦,地面标高4.2~4.9m。地面以下5m为15~20m厚的淤泥质粉质黏土,其中以4-2、4-3土质最差,是典型的弹簧土,在设计中需重点考虑。

地勘中描述,在基坑开挖范围内开挖土层主要为④1~④3层、⑥1层淤泥质粉质黏土,

具高压缩性、低强度、弱透水性,故基坑开挖前,必须进行基坑降水。根据施工技术要求建议将地下水位降至基坑底部下不小于1.0~3.0m。

周边环境复杂,该车站距最近的民房只有1.6m,而且不是桩基础。管线较多,路面较狭窄,施工条件较差。

经过慎重考虑,采用厚度为1000mm的地下连续墙围护结构,墙深度为46m,假设墙顶标高为0m。计算时考虑地面超载20kPa。主要内撑为5道钢支撑,2道混凝土支撑。其中第一道和第四道为混凝土支撑,支撑简图见图1。应用同济启明星建模计算,计算结果见图2。整体稳定,墙底抗隆,坑底抗隆,抗倾覆都满足要求,从图中不难看出轴力是较大的,施工时要重点考虑。

实际设计过程中,主要措施为:

(1地墙为1000mm厚,在成槽过程中,容易塌孔,周边房屋多数为无桩基的裙房,影响较大。设计考虑采用搅拌桩加固,加固区离裙房更近了,风险更大,难以取舍。

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(2设计中要求降水需在开工前降到基底以下1m,但是实际降水难度较大,维持长期的低水位,消耗也较大,而且长期降水是否会对周边民房有影响,也无法确定。

(3地铁站所在马路较窄,基本无通行可能,最后采取断路,对小区内的车辆还是给予放行,但基本紧贴车站围挡,安全隐患较大。因此,必须在施工时协调考虑。

综上所述,设计最后要求对整个基坑进行全方位、立体式的监测,通过监测,确定最终施工措施。3.2 监测方案

具体监测内容如下[2]。

3.2.1 围护墙墙顶水平位移 施工监测方测点布设间距为20m,测点布设时先选取中间部位、阳角处、围护结构受力和变形较大处布置监测点,并在周边有重要监测对象时加密测点。

3.2.2 围护墙墙顶沉降 围护墙顶沉降测点与围护墙顶水平位移测点为共用点。

3.2.3 围护墙墙体变形 围护墙墙体测点布设原则和围护墙顶水平位移测点布设原则一致。

3.2.4 支撑立柱沉降 支撑立柱沉降点布设在基坑中部、多根支撑交汇处、施工栈桥下、地质条件复杂等位置的立柱上,测点数量不少于立柱总数的10%,且不少于5根立柱。

3.2.5 土体变形 土体变形测点布设间距为围护墙墙体变形测点间距的1~2倍,且在需要监测的重点建(构筑物或地下设施与围护墙间的土体增设测点。

3.2.6 支撑轴力 支撑轴力(钢筋应力测点组距与围护墙墙顶水平位移测点布设一致,对支撑内力较大、受力较复杂的支撑优先布点,混凝土支撑每个界面埋设不少于4个传感器。3.2.7 基坑坑底隆起 基坑坑底隆起监测测点布设于基坑中部,测点剖面间距

20~50m,每个剖面上测点间距为10~20m。剖面数量不少于2条,每个剖面测点数量不少于3个。

3.2.8 地下水位 地下水位监测点布设间距为20 ~50m,并在围护墙外侧搅拌桩止水帷幕施工搭接处、转角处、相邻建(构筑物处、地下管线相对密集处等重要部位增设测点。

3.2.9 坑外土体分层沉降 坑外土体分层沉降测点布设于紧邻保护对象的土体中,且竖向测点布设在各土层分界面上,厚度较大土层适当加密。

3.2.10 建(构筑物沉降 建(构筑物沉降点布设于基础类型、埋深和荷载有明显不同处及沉降缝、伸缩缝、新老建(构筑物连接处的两侧;建(构筑物角点;中间部位测点间距为6~20m。

3.2.11 地下管线沉降 地下管线沉降测点间距为15~25m,在管线接头处、端点、转角处应增设测点。

3.2.12 地表沉降 地表沉降点按剖面垂直于基坑布设,剖面间距30~50m,每个基坑侧边至少设1个剖面,每个剖面设5个测点,测点间距为5m、5m、10m、10m,其中第一个测点距离基坑约3m;另外,在基坑每个墙顶水平位移测点对应位置布设1个地表沉降点。

通过定期监测,当天将数据上传到地铁公司远程监测中心,经综合分析数据,及时识别位移、受力等异常征兆带来的风险,提出下一步工作的意见。3.3 实际工况分析

对3.1节提出的几个重点,监测方也做了针对性的观测:

对地墙加固的问题,先成槽一幅最危险位置的地墙,同时监测房屋变形,结果变形基本没有。然后又试了几幅,效果也较好,最后取消了地墙成槽加固。

(下转第38页

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第6期余建民等:浅析地铁工程的风险与安全监测

图2 测线探地雷达成果解释图

工程现阶段主体结构施工已基本完成,地下室周边回填土已完成。到目前为止,基坑周边均无安全事故发生,周边居民均未投诉。

5 结 语

根据地质雷达的特性及工程实际应用,地质雷达用于检测基坑周边道路、建筑情况有以下几方面的优点。

(1检测效率高:车载天线1个工作日可检测单幅300k m的路面,手推式1个工作日可检测单幅24km的路面。

(2检测判断的准确度高:由于混凝土、沥青和空气的介电常数差异较大,地质雷达可以较容易地判别出脱空位置,还可以避免人为误差,用于判别混凝土、沥青路面下的脱空具有较高的准确度。可以准确判别出脱空的位置,并确定脱空量的多少。根据脱空量的多少,为维修方案的选择和工程计量提供依据。

(3可以实现连续检测:由于地质雷达检测速度快、操作简单,克服了常规检查方法的局限性,可以实现连续检测,适用于道路沉降的检测和修护。同时地质雷达还可以用于脱空处理后的灌浆饱满度等质量的检测[3]。

参考文献

[1] 范国新.探地雷达原理、设计思想及其实现[J].电波科学学

报,1992,7(3:1-20.

[2] 李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994:12.

[3] 王惠濂.探地雷达专辑[J].地球科学,1993,18(3:33-39.

(上接第35页

降水也随挖随降,通过监测,确定水位,现已施工到坑底,没有突涌现象。

直至目前通过监测地墙变形满足要求,周边房屋地表沉降也较小,管线监测也无异常,效果还是令人满意的。

在实际施工时,钢支撑出现较大轴力,但是地墙变形较小,设计推测可能支撑加轴力时,由误操作所致,因此,没采用常见的加撑方案。直至挖到坑底,没出现险情。

由此可见,好的设计必须依靠完善的监测系统来补充,才能真正确保施工安全。

4 结论和展望

安全监测系统是一个综合分析系统,能较好地识别风险,以做出合理的应对措施,因此对类似地铁基坑的深大隐蔽工程具有指导性意义。但是现有的远程监控还在建设当中,而且

对数据的分析,还是通过人对人的一种讨论,往往滞后于工程实际。如果能在远程监控的基础上,增加一个即时的专家系统,对某些数据上传后,即时分析,得出较准确的判断,第一时间反馈,能有效地节约时间,使工程顺利安全地进行。

参考文献

[1] 刘俊岩,应惠清,孔令伟,等.G B5049722009建筑基坑工程监

测技术规范[S].北京:中国计划出版社,2009.

[2] 陈宗梁,高秀理,陈绪禄,等.DBJ08261297基坑工程设计规程

[S].上海市建设委员会,1997.

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