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                中交路橋科技是從事工程檢測監測、城市安全監測預警與評價、數字智能化研發為一體的復合型高新技術集團企業。
                新聞資訊
                地鐵隧道運營期沉降監測及分析
                更新時間:2021-04-10 17:51
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                地鐵隧道內沉降測點、差異沉降點的布置和施測方法,以及沉降曲線擬合及分析,討論隧道結構的沉降情況、規律及成因,為運營隧道的維修管理提供經驗。
                關鍵詞 地鐵隧道;沉降監測;維修;管理
                前言
                隨著城市化進程的不斷加快,軌道交通建設規模不斷擴大,已將成為城市公共交通的重要支柱。地鐵隧道結構的安全愈顯重要。隧道變形的穩定可控是地鐵安全運營的重要保障之一,隧道結構的變形監測是了解和掌握隧道結構變化、及時發現病害和判斷其安全狀況的必要方法和手段。通過對地鐵主體結構的監測,收集監測數據,記錄整治方案,系統地整理、積累資料,及時掌握現有建成地鐵工程運營的變形情況,不斷總結經驗教訓,可為病害治理提供可靠依據,也可為今后相關工程設計、施工、運營維護單位借鑒。
                1 沉降監測實施
                地鐵隧道運營期主要是監測隧道結構的底板沉降,實質上是對道床的監測,主要包括區間隧道的沉降監測和隧道與地下車站交接處的沉降差異監測。
                1.1基準點與測點布設
                地鐵隧道結構的變形主要關注的是隧道相對區間兩側車站的垂直位移,因地下車站結構體較大,相對隧道要穩定得多,因此將車站內的所有工作基點組成監測基準網。對于區間隧道,以設于區間兩端車站內的基準點為基準,與兩車站之間的上、下行隧道高程監測點分別組成附合水準路線; 對于折返線、出入段線隧道,則以一端車站上、下行線的基準點為基準,分別與上、下行線的各監測點組成閉合水準路線,按國家二等水準測量的技術要求施測。隧道沉降監測點布設在道床的兩軌之間,一般每隔30 m 左右設置1 個點,在小半徑曲線、不同結構的接縫處、沉管隧道管節接頭處等地方加密布設。
                1.2水準觀測技術要求
                沉降變形測量等級選定為JGJ/T8~2007《建筑變形測量規程》中的二級,觀測點測站高差中誤差不大于0.5mm,往返校差、附合或閉合環線閉合差不大于0.60mm( n為測站數,高于二級精度) ,同時結合變形監測的具體特點,并采取“三固定”( 人員固定、站位固定、儀器固定) 的措施來提高觀測精度。
                2 隧道的沉降原因分析
                引起隧道運營期的沉降因素很多,主要有地質因素、周邊復雜環境及地面荷載變化顯著等方面。巖層風化程度和單軸抗壓強度變化大,沿線地層變化劇烈,起伏大,地下水非常豐富,周邊建筑施工時有發生。地鐵隧道結構的沉降主要由以下因素所致。
                2.1 隧道下臥軟弱地層
                在下臥土層長期固結沉降的過程中,不同性質土層的固結沉降量差異很大,達到沉降穩定的所需時間也各不相同,導致隧道因為沿縱向土性分布不均勻而產生差異沉降。
                2.2 隧道上方增加地面荷載
                隧道建成后隧道下部土體的反力小于未修建隧道前此處土的自重應力,隧道下臥土層壓縮模量比修建隧道以前有所降低,如在隧道上方增加荷載地面加載,受施工擾動的隧道下臥土層的長期次固結將繼續。2.3 隧道鄰近建筑施工的影響
                在地鐵控制保護區內進行的建筑施工都會引起地鐵結構不同程度的沉降、位移及變形。深基坑開挖過程實際上是卸載的過程,地鐵隧道鄰近的深基坑開挖對隧道的影響主要有:一是深基坑施工要抽走大量的水,從而引起地下水位的下降,各地層在水位下降誘發的附加應力作用下產生壓縮,因不同地方壓縮量不同從而引起隧道縱向的不均勻沉降,另外抽水也可能引起隧道下臥土層水土流失造成破壞性縱向變形; 二是基坑開挖引起圍護的側向位移和坑內隆起使得坑外地層沉降,導致隧道隨之沉降;三是基坑開挖引起圍護結構向基坑內的側向水平位移,導致隧道發生撓曲變形。 
                2.4 隧道穿越的影響
                隨著城市軌道交通網的不斷發展,使得不同隧道形成空間交叉穿越的現象越來越多,后續線路施工自然要穿越既有線路,另外,還有大量市政隧道( 或通道) 在地鐵隧道附近或上下部穿越施工。后建隧道對周圍土體的擾動,會在隧道橫向的地層中形成一個近似正態分布的沉降槽,導致已建隧道產生縱向的不均勻沉降,而在不同的地質條件下穿越施工會引起不同的隧道沉降。
                2.5 建設期隧道施工工藝及質量
                建設時期采用不同的施工設備、施工工藝、施工參數、注漿材料和施工過程中對環境擾動程度和擾動范圍不同,由此而引起地鐵投入運營后的地鐵結構沉降變形影響不同。盾構法隧道施工管片壁后的注漿填充程度、注漿材料對隧道的沉降穩定也密切相關,礦山法開挖及初支,盾構拼裝管片作為二襯方法的特殊工法,施工時對管片與礦山法隧道初支間的空隙進行充填,由于施工工藝造成局部管片背后仍存在空隙,因而運營后隨著列車運行的增多,上部荷載及振動不斷增大,隧道沉降仍有可能繼續發展。
                2.6 地鐵列車振動及隧道滲漏 
                地鐵隧道在運營期間,受到地鐵列車振動荷載的長期反復作用與隧道存在不同程度滲漏的影響。研究表明:列車振動荷載引起的結構振動位移很小,但在列車振動荷載長期反復作用下,可能會引起隧道下臥的飽和砂土層液化、飽和黏土振陷、花崗巖殘積土軟化等。列車動載引起的地基土沉降以塑性變形為主,在運行初期就達到相當大的沉降量,隨著運行次數的增多,沉降的增加趨勢逐漸減弱,但其長期累積作用不可忽視。
                3隧道維修管理對策 
                隧道沉降不能掉以輕心,周邊鄰近建筑施工的影響、環境的變化等可能會造成隧道沉降的顯著變化,必須保持密切的監控,并且結合日常檢查、隧道專項檢查、線路維護情況等分析,采取相應的措施。
                3.1 隧道檢查
                從隧道及地下工程的維修經驗看,通用維修管理模式是:檢查→發現變異→推定變異原因→明確變異后結構物的健全度→制訂相應的整治措施→整治。采取“勤檢查、早發現、少維修”的維修管理模式。檢查手段有日常檢查(目視、敲擊等) 、裂縫觀察、沉降監測、襯砌(管片)的鋼筋及混凝土無損檢測、圍巖檢測等。沉降監測采用每年兩次例行沉降監測、結合加密監測、自動監測的模式。加密監測是在例行監測中發現沉降異常后實施的,自動監測是在地鐵隧道旁進行建筑施工活動時,為了及時準確地掌握施工過程對地鐵隧道結構的影響,確保地鐵隧道結構和地鐵列車運營安全而采取的監測方法。
                3.2 隧道沉降限值
                對于地鐵隧道鄰近建筑施工引起的隧道沉降,可根據隧道的不同狀況,把10~20mm作為隧道沉降的控制值,但在隧道已經有相當沉降量的情況下則需要專門評估分析。對于沉降速率,日本鐵路隧道的健全度評定辦法是把變形速率達10mm/年者定為AA級(最嚴重級) ,《鐵路橋隧建筑物修理規則》中也把隧道變形速率大于10mm/年者定為嚴重病害,需要立即查明原因,采取相應措施??梢詤⒖艰F路的經驗把沉降速率10mm/年作為一個極限值。需要注意的是,不同地段的線路狀況不一樣,要密切關注隧道沉降大的地段的線路變化情況。
                3.3 維修對策
                維修管理中,在充分調查的基礎上判定引起隧道沉降的主要原因十分重要,以便做到“對癥下藥”。如果在相當長的時間隧道沉降不收斂,其沉降值或速率已接近限值,這時必須采取整治措施,針對不同原因采取不同的整治方法:由隧道下臥地層承載力不足的沉降,采取在隧道底注漿等方法提高其承載力,從而達到控制沉降的目的; 對于隧道上方增加的地面荷載,則必須減少、清除或者控制這些增加的荷載; 對于影響隧道鄰近、穿越的地鐵施工,要嚴格控制其施工方案,如基坑施工不得大幅降水,優化基坑支護方案、開挖方案,調整其施工參數等,使其在施工完成后一段時間后隧道沉降達到穩定; 對于隧道管片后注漿不充分、砌襯有空腔等情況,采用充填注漿的辦法進行加固; 在維修過程中注意對隧道滲漏水的治理,及時封堵滲漏水大的處所,控制排水量,另外對軌道的波浪形磨耗要及時打磨,加強線路維護,減輕由于地鐵列車振動及滲漏對隧道沉降的影響。
                4結語
                1) 用監測點沉降量和沉降速率曲線圖,可客觀、全面地展示和分析隧道全線的整體變形狀態沉降的趨勢,便于地鐵管理部門的正確決策。
                2) 地鐵隧道沉降監測要注意長期積累數據,對累計沉降大的地段要結合工程地質及水文地質條件、地面建筑、沉降速率、收斂監測等綜合分析評估,必要時采取相應的措施。
                3)鄰近的建筑活動等影響因素眾多,因此必須加強地鐵設施保護,嚴格控制地鐵控制保護區內的施工。
                4) 城市地鐵隧道有一定的沉降在所難免,其結構承載能力的影響因素復雜,隧道沉降曲線半徑監界值、隧道結構狀態評估、結構剩余壽命的評估等還需作深入研究。
                5) 應該在設計、施工階段就考慮今后的隧道管理管理問題,有必要進一步完善現有隧道的維修管理模式、隧道的檢查及檢測方法。
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