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西安地鐵隧道結構安全監(jiān)測方法研究

文檔作者：龐旭卿嚴靜平文檔來源： 1．陜西鐵路工程職業(yè)技術學院 2．烏魯木齊市建委安監(jiān)站。		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月17日
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l38 低溫建筑技術 2015年第7期(總第205期)
DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．07．051
西安地鐵隧道結構安全監(jiān)測方法研究
龐旭卿 ， 嚴靜平
(1．陜西鐵路工程職業(yè)技術學院， 陜西渭南714000； 2．烏魯木齊市建委安監(jiān)站。烏魯木齊830004)
【摘要】通過對西安市區(qū)進行勘察確定的地裂縫有14條之多，地裂縫成為嚴重影響西安地鐵施工及運用
的一種典型的地質災害。根據(jù)西安地裂縫空間展布及其活動特征，針對地鐵隧道上、下盤垂直位錯、結構變形、上
部地表變形、結構下部脫空等安全隱患設計了合理的安全監(jiān)測方案，為地鐵區(qū)間隧道及地下結構的結構設計和災
害預警提供了依據(jù)，確保了地鐵隧道的安全運營，同時這些監(jiān)測手段及數(shù)據(jù)為類似工程建設提供工程了經驗。
【關鍵詞】地裂縫帶；地鐵；隧道結構；安全監(jiān)測
【中圖分類號】U231；U45 【文獻標識碼】B 【文章編號】1001—6864(2015)07—0138—03
THE RESEARCH FoR STRUCTURE SAFETY MoNIToR G M[ETHoD
oF XI’AN MrETRO TUNNEL
PANG Xu—qing ， YAN Jing—pingz
(1．Shaanxi Railway Institute，Shannxi Weinan 7 14000，China；
2．Safety Supervision Station of Urumqi BURCC，Urumqi 830004，China)
Abstract：Based on the survey of the Xi an city there aye more than 14 ground fissures，ground fis—
sure has been a typical geological disaster which has a serious impact on the Xi’an Metro construction
and operating．On the basis of ground fissure S characteristics of spatial distribution and activity，combi—
ning with the correlation rules of subway tunnel settlement deformation and ground fissures，this paper de—
signs a security monitoring scheme of upper and lower vertical dislocation，structural deform ation，the up—
per surface deform ation，the substructure of void in metro tunnel reasonably，provides a basis for structure
design and disaster waming of subway tunnel and underground structure．It ensures the safe operation of
subway tunnel，and the monitoring methods and data can provide engineering experience in similar engi—
neering construction．
Key words：ground fissure zone；metro；tunnel structure；safety monitoring
地裂縫是一種常見的地質災害，在美國、泰國等多個國
家都有發(fā)現(xiàn)，中國的西安、韓城、邯鄲、清徐、泰安、南陽、榆
次、大同等城市也有分布，西安地裂縫的分布規(guī)模及活動時
間之長在國內外尚屬罕見”．2 J。通過對西安市區(qū)進行調研
及勘察確定的地裂縫有14條之多，并且西安地裂縫仍處于
活動期，還可能有新的地裂縫產生，成為西安地鐵項目建設
中的重大技術難題。
目前，西安地鐵2號線剛剛投入運營，地鐵3號線區(qū)間
已基本貫通，四號線全線開工，地鐵一號線向西延伸的張家
村站正在施工。地裂縫的活動性會造成地鐵隧道結構扭曲
及襯砌面開裂滲漏水，其中西安地鐵1號線與5條地裂縫在
8處相交，西安地鐵2號線與11條地裂縫和2條次級裂縫
相交，因此對地鐵隧道與地裂縫帶交錯處進行安全監(jiān)測，采
取有效措施預防線路坡度變化和滲漏水對地下鐵道的影響
十分必要 。
1 地鐵隧道監(jiān)測的目的與內容
西安地裂縫多以群帶狀展布，其構造活動受秦嶺北坡
斷裂、渭河中央斷裂及臨潼一長安斷裂控制，并且地裂縫的
活動主導方向與地質構造活動的方向基本吻合 。根據(jù)
地裂縫在西安市區(qū)地表的出露形跡，通過井探、槽探及人工
地震等勘察手段確定的地裂縫帶有l(wèi)4條 ，西安地裂縫詳
細分布見圖1。
為及時掌握地鐵隧道在地裂縫活動作用下的受力變形
動態(tài)信息，實時監(jiān)控監(jiān)測隧道結構的各項狀態(tài)參數(shù)是最為
有效的手段。把實時監(jiān)測反饋的信息進行收集整理并進行
分析，對險情及緊急事故及時預警，并根據(jù)災害誘發(fā)因素及
事態(tài)發(fā)展及時采取措施，可確保地鐵隧道的安全運營，這些
監(jiān)測手段及數(shù)據(jù)可為類似工程建設提供工程經驗 。
地鐵隧道破壞的情況主要有隧道襯砌開裂脫落、隧道
結構產生附加變形以致在隧道下部形成脫空區(qū)改變隧道的
[基金項目] 國家自然科學基金項目(40272116)；陜西省教育廳科研基金(12JK0926，2013JK0990)；陜鐵院科研基金(STY201206)
龐旭卿等：西安地鐵隧道結構安全監(jiān)測方法研究 139
圖1 西安地裂縫詳細分布圖
受力狀態(tài)。對穿越地裂縫帶的地鐵隧道進行監(jiān)測的內容主
要包括地鐵隧道上部地表的變形量、上下盤兩側隧道的位
移量、隧道結構的變形量、隧道下部的脫空范圍及脫空
量等。
2 地鐵隧道安全監(jiān)測方案設計
以往對地鐵隧道的監(jiān)測主要是工程施工過程中的應力
及變形監(jiān)測，對正在運營的地鐵隧道進行災害預警監(jiān)測案
例較少，在《西安地裂縫場地勘察與工程設計規(guī)程》 中確
定的地裂縫影響范圍：地裂縫的上盤為0—20m，地裂縫的下
盤為0—12m。依據(jù)《西安地裂縫場地勘察與工程設計規(guī)
程》與《地鐵工程監(jiān)控量測技術規(guī)程》制定穿越地裂縫帶正
在運營的地鐵隧道安全監(jiān)測方案的監(jiān)測范圍為：地裂縫的
上盤為0～20m，地裂縫的下盤為0～12m。在監(jiān)測方案中監(jiān)
測頻率參考《地鐵工程監(jiān)控量測技術規(guī)程》、及以西安地裂
縫最大運動速率20～30mm／a作為設定測量頻率 “J。
13 穿越地裂縫帶地鐵隧道的安全監(jiān)測
3．1 地裂縫上、下盤垂直位錯監(jiān)測
地裂縫上盤下降時會沿著地裂縫帶兩側發(fā)生垂直位
移，位移量較小時襯砌發(fā)生環(huán)向開裂，位移量較大時發(fā)生剪
切破壞，當?shù)罔F隧道與地裂縫斜交時，可能會因扭曲力矩導
致縱向裂縫出現(xiàn)?？绲亓芽p帶兩側發(fā)生垂直方向的相對位
移還會引起地鐵隧道內部的襯砌出現(xiàn)掉塊，甚至坍塌、滲漏
水等，出現(xiàn)沿裂縫帶的集中滲水有可能進一步誘發(fā)地裂縫
的局部活動，以及路基基底的軟化導致軌道的不均勻沉降，
這些都嚴重威脅著地鐵的正常安全運營。
對位于地裂縫帶的上、下盤兩側地鐵隧道的垂直位錯
值通過全站儀或精密水準儀進行量測。測量時保證基準點
一定處于不變形區(qū)域內，在地裂縫下盤的不發(fā)生變形的區(qū)
域選取一個基準點，在靠近地裂縫處設置5個監(jiān)測點，每兩
個相鄰監(jiān)測點的間距不超過3m。其中，在地裂縫的上盤布
置3個監(jiān)測點，在地裂縫的下盤布置2個監(jiān)測點，監(jiān)測點的
布設位置見圖2。
根據(jù)《地鐵工程監(jiān)控量測技術規(guī)程》的規(guī)定，運營中的
地鐵隧道可視為相對穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)測頻率可定為1 0：／月，當
監(jiān)測數(shù)值出現(xiàn)異常時增大監(jiān)測頻率。
13．2 地鐵隧道的結構變形監(jiān)測
穿越地裂縫帶地鐵隧道結構的變形監(jiān)測主要包括兩個
部分。一是，地鐵隧道的拱頂下沉量監(jiān)測，拱頂下沉量一般
可用水準儀和鋼掛尺量測；二是，地鐵隧道凈空收斂位移量
圖2 隧道垂直位錯監(jiān)測點布置示意圖(單位：m)
監(jiān)測，凈空收斂位移可用位移收斂計量測。
因上盤對地鐵隧道的影響遠大于下盤地鐵隧道的影
響，可適當增大地裂縫上盤的監(jiān)測范圍。地裂縫上盤的監(jiān)
測范圍為0—20m，地裂縫下盤的監(jiān)測范圍為0～6m。對結
構變形中拱頂下沉位移量的監(jiān)測一般選用水準儀進行量
測，凈空收斂位移的監(jiān)測選用位移收斂計量測，在同一個斷
面上布置拱頂下沉位移與凈空收斂位移的測點，量測點的
位置要對稱布置，測點布設位置見圖3。
拱頂下沉測點
7 7 3 3 3 3
。 上盤 。 ’ 下盤’
圖3 拱頂位移監(jiān)測斷面及測點布置圖(單位：m)
表1 拱頂沉降和凈空收斂監(jiān)測頻率
在沉降或收斂速率基本穩(wěn)定后量測頻率可定為1次／
月，當量測結果出現(xiàn)異常時可適當增大量測頻率，不同沉降
或收斂速率下的監(jiān)測頻率可參見表1。同一監(jiān)測斷面內出
現(xiàn)拱頂下沉速率與凈空收斂速率不同時，應以出現(xiàn)的最大
速率選擇監(jiān)測頻率，同一監(jiān)測斷面內的各測點應采用相同
的監(jiān)測頻率 J。
3．3 隧道上部地表變形監(jiān)測
當?shù)亓芽p上盤的地表在地裂縫運動時會發(fā)生沉降現(xiàn)
象，同時下盤的地表也會發(fā)生緩慢變形。地表變形監(jiān)測設
備可選用水準儀。通過測量不同時刻地面標高求得的測量
差Ah記錄為該點的沉降量。考慮到地裂縫上盤、下盤沉降
變形的差異，在上盤、下盤采用不同的布設范圍及測量斷
面：上盤0～20m范圍內布設4個測量斷面，下盤0～6m范
圍內布設2個測量斷面。測量斷面的布設位置見圖4，各測
量斷面橫向測點布設位置見圖5。
測量斷面
地面線
7 測量斷面
地面線
圖4 地表沉降測量斷面布置示意圖(單位：m)
140 低溫建筑技術 2015年第7期(總第205期)
圖5 地表沉降橫向測點布置示意圖(單位：m)
在靠近隧道軸線處布設5個橫向測點，相鄰兩測點的間
距為2m，在遠離隧道處按2～5m的間距布置測點。地表沉
降的監(jiān)測頻率定為1次／月，測量結果出現(xiàn)異常時增大測量
頻率。
3．4 隧道結構下部脫空的監(jiān)測
地裂縫上、下盤錯動時，地層的相對錯動與結構變形不
一致，可能導致地基脫空。在地鐵隧道下部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象
時會直接影響到隧道的受力模式并導致發(fā)生變形破壞，必
須定期對隧道下部的脫空情況進行監(jiān)測，以便及時采取加
固措施。根據(jù)布設在隧道襯砌背部的土壓力計讀數(shù)變化判
斷隧道襯砌背部是否出現(xiàn)脫空。該監(jiān)測方法具有簡單可
靠、成本較低的優(yōu)點，不足之處是埋置在隧道襯砌背部的壓
力計均為一次性使用，不能維修更換。使用地質雷達對隧
道襯砌背部的脫空進行監(jiān)測越來越廣泛 13,143。隧道襯砌背
部脫空探測地質雷達圖像見圖6，地質雷達圖像的解釋結果
與鉆孔驗證結果見表2。由表2可知，通過地質雷達探測所
得的襯砌背部脫空情況與鉆孔驗證情況相符 。
75 78 81
表2
距離／m
圖6 隧道襯砌背部脫空探測地質雷達圖像
地質雷達所得圖像的解釋結果與鉆孔
驗證結果對比
O
2
隧道下部脫空監(jiān)測時，測量前在襯砌表面標出里程樁
號；測量時將地質雷達的天線與襯砌密貼，平穩(wěn)、勻速的向
前移動；測量中記錄測線所處位置、編號、天線移動方向等；
測量完畢，根據(jù)采集到的雷達圖像分析判斷隧道是否存在
脫空現(xiàn)象并確定脫空區(qū)的長度，脫空區(qū)的寬度可通過環(huán)向
測試判斷，當脫空量達到界限值時要及時進行注漿加固。
4 結語
在西安地鐵施工及運營過程中，針對穿越地裂縫帶的
地鐵隧道制定了合理的安全監(jiān)測方案，加強監(jiān)控量測工作，
把運營后其地層及其結構的動態(tài)變化始終納入可控的管理
系統(tǒng)之中，為地鐵區(qū)間隧道及地下結構的結構設計和災害
預警提供了依據(jù)，確保了地鐵隧道的安全運營。
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[收藕日期】2015—04—02
【作者簡介】龐旭卿(1976一)，男，陜西華陰人，副教授，博士，
從事巖土工程及地質災害防治方面的教學與研
究工作。
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