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西安地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)方法研究

文檔作者：龐旭卿嚴(yán)靜平文檔來(lái)源： 1．陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2．烏魯木齊市建委安監(jiān)站。		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月17日
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l38 低溫建筑技術(shù) 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(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)方法研究
龐旭卿 ， 嚴(yán)靜平
(1．陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)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(guò)對(duì)西安市區(qū)進(jìn)行勘察確定的地裂縫有14條之多，地裂縫成為嚴(yán)重影響西安地鐵施工及運(yùn)用
的一種典型的地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)西安地裂縫空間展布及其活動(dòng)特征，針對(duì)地鐵隧道上、下盤(pán)垂直位錯(cuò)、結(jié)構(gòu)變形、上
部地表變形、結(jié)構(gòu)下部脫空等安全隱患設(shè)計(jì)了合理的安全監(jiān)測(cè)方案，為地鐵區(qū)間隧道及地下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和災(zāi)
害預(yù)警提供了依據(jù)，確保了地鐵隧道的安全運(yùn)營(yíng)，同時(shí)這些監(jiān)測(cè)手段及數(shù)據(jù)為類(lèi)似工程建設(shè)提供工程了經(jīng)驗(yàn)。
【關(guān)鍵詞】地裂縫帶；地鐵；隧道結(jié)構(gòu)；安全監(jiān)測(cè)
【中圖分類(lèi)號(hào)】U231；U45 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】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(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，在美國(guó)、泰國(guó)等多個(gè)國(guó)
家都有發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的西安、韓城、邯鄲、清徐、泰安、南陽(yáng)、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(dòng)時(shí)
間之長(zhǎng)在國(guó)內(nèi)外尚屬罕見(jiàn)”．2 J。通過(guò)對(duì)西安市區(qū)進(jìn)行調(diào)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(dòng)期，還可能有新的地裂縫產(chǎn)生，成為西安地鐵項(xiàng)目建設(shè)
中的重大技術(shù)難題。
目前，西安地鐵2號(hào)線剛剛投入運(yùn)營(yíng)，地鐵3號(hào)線區(qū)間
已基本貫通，四號(hào)線全線開(kāi)工，地鐵一號(hào)線向西延伸的張家
村站正在施工。地裂縫的活動(dòng)性會(huì)造成地鐵隧道結(jié)構(gòu)扭曲
及襯砌面開(kāi)裂滲漏水，其中西安地鐵1號(hào)線與5條地裂縫在
8處相交，西安地鐵2號(hào)線與11條地裂縫和2條次級(jí)裂縫
相交，因此對(duì)地鐵隧道與地裂縫帶交錯(cuò)處進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，采
取有效措施預(yù)防線路坡度變化和滲漏水對(duì)地下鐵道的影響
十分必要 。
1 地鐵隧道監(jiān)測(cè)的目的與內(nèi)容
西安地裂縫多以群帶狀展布，其構(gòu)造活動(dòng)受秦嶺北坡
斷裂、渭河中央斷裂及臨潼一長(zhǎng)安斷裂控制，并且地裂縫的
活動(dòng)主導(dǎo)方向與地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)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(guò)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(xì)分布見(jiàn)圖1。
為及時(shí)掌握地鐵隧道在地裂縫活動(dòng)作用下的受力變形
動(dòng)態(tài)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)是最為
有效的手段。把實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋的信息進(jìn)行收集整理并進(jìn)行
分析，對(duì)險(xiǎn)情及緊急事故及時(shí)預(yù)警，并根據(jù)災(zāi)害誘發(fā)因素及
事態(tài)發(fā)展及時(shí)采取措施，可確保地鐵隧道的安全運(yùn)營(yíng)，這些
監(jiān)測(cè)手段及數(shù)據(jù)可為類(lèi)似工程建設(shè)提供工程經(jīng)驗(yàn) 。
地鐵隧道破壞的情況主要有隧道襯砌開(kāi)裂脫落、隧道
結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(xiàng)目] 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)方法研究 139
圖1 西安地裂縫詳細(xì)分布圖
受力狀態(tài)。對(duì)穿越地裂縫帶的地鐵隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主
要包括地鐵隧道上部地表的變形量、上下盤(pán)兩側(cè)隧道的位
移量、隧道結(jié)構(gòu)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(cè)方案設(shè)計(jì)
以往對(duì)地鐵隧道的監(jiān)測(cè)主要是工程施工過(guò)程中的應(yīng)力
及變形監(jiān)測(cè)，對(duì)正在運(yùn)營(yíng)的地鐵隧道進(jìn)行災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)案
例較少，在《西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)程》 中確
定的地裂縫影響范圍：地裂縫的上盤(pán)為0—20m，地裂縫的下
盤(pán)為0—12m。依據(jù)《西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)
程》與《地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》制定穿越地裂縫帶正
在運(yùn)營(yíng)的地鐵隧道安全監(jiān)測(cè)方案的監(jiān)測(cè)范圍為：地裂縫的
上盤(pán)為0～20m，地裂縫的下盤(pán)為0～12m。在監(jiān)測(cè)方案中監(jiān)
測(cè)頻率參考《地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》、及以西安地裂
縫最大運(yùn)動(dòng)速率20～30mm／a作為設(shè)定測(cè)量頻率 “J。
13 穿越地裂縫帶地鐵隧道的安全監(jiān)測(cè)
3．1 地裂縫上、下盤(pán)垂直位錯(cuò)監(jiān)測(cè)
地裂縫上盤(pán)下降時(shí)會(huì)沿著地裂縫帶兩側(cè)發(fā)生垂直位
移，位移量較小時(shí)襯砌發(fā)生環(huán)向開(kāi)裂，位移量較大時(shí)發(fā)生剪
切破壞，當(dāng)?shù)罔F隧道與地裂縫斜交時(shí)，可能會(huì)因扭曲力矩導(dǎo)
致縱向裂縫出現(xiàn)?？绲亓芽p帶兩側(cè)發(fā)生垂直方向的相對(duì)位
移還會(huì)引起地鐵隧道內(nèi)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(jìn)一步誘發(fā)地裂縫
的局部活動(dòng)，以及路基基底的軟化導(dǎo)致軌道的不均勻沉降，
這些都嚴(yán)重威脅著地鐵的正常安全運(yùn)營(yíng)。
對(duì)位于地裂縫帶的上、下盤(pán)兩側(cè)地鐵隧道的垂直位錯(cuò)
值通過(guò)全站儀或精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行量測(cè)。測(cè)量時(shí)保證基準(zhǔn)點(diǎn)
一定處于不變形區(qū)域內(nèi)，在地裂縫下盤(pán)的不發(fā)生變形的區(qū)
域選取一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，在靠近地裂縫處設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每?jī)?
個(gè)相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)的間距不超過(guò)3m。其中，在地裂縫的上盤(pán)布
置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在地裂縫的下盤(pán)布置2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的
布設(shè)位置見(jiàn)圖2。
根據(jù)《地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，運(yùn)營(yíng)中的
地鐵隧道可視為相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)測(cè)頻率可定為1 0：／月，當(dāng)
監(jiān)測(cè)數(shù)值出現(xiàn)異常時(shí)增大監(jiān)測(cè)頻率。
13．2 地鐵隧道的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)
穿越地裂縫帶地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)主要包括兩個(gè)
部分。一是，地鐵隧道的拱頂下沉量監(jiān)測(cè)，拱頂下沉量一般
可用水準(zhǔn)儀和鋼掛尺量測(cè)；二是，地鐵隧道凈空收斂位移量
圖2 隧道垂直位錯(cuò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖(單位：m)
監(jiān)測(cè)，凈空收斂位移可用位移收斂計(jì)量測(cè)。
因上盤(pán)對(duì)地鐵隧道的影響遠(yuǎn)大于下盤(pán)地鐵隧道的影
響，可適當(dāng)增大地裂縫上盤(pán)的監(jiān)測(cè)范圍。地裂縫上盤(pán)的監(jiān)
測(cè)范圍為0—20m，地裂縫下盤(pán)的監(jiān)測(cè)范圍為0～6m。對(duì)結(jié)
構(gòu)變形中拱頂下沉位移量的監(jiān)測(cè)一般選用水準(zhǔn)儀進(jìn)行量
測(cè)，凈空收斂位移的監(jiān)測(cè)選用位移收斂計(jì)量測(cè)，在同一個(gè)斷
面上布置拱頂下沉位移與凈空收斂位移的測(cè)點(diǎn)，量測(cè)點(diǎn)的
位置要對(duì)稱布置，測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置見(jiàn)圖3。
拱頂下沉測(cè)點(diǎn)
7 7 3 3 3 3
。 上盤(pán) 。 ’ 下盤(pán)’
圖3 拱頂位移監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：m)
表1 拱頂沉降和凈空收斂監(jiān)測(cè)頻率
在沉降或收斂速率基本穩(wěn)定后量測(cè)頻率可定為1次／
月，當(dāng)量測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)可適當(dāng)增大量測(cè)頻率，不同沉降
或收斂速率下的監(jiān)測(cè)頻率可參見(jiàn)表1。同一監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)出
現(xiàn)拱頂下沉速率與凈空收斂速率不同時(shí)，應(yīng)以出現(xiàn)的最大
速率選擇監(jiān)測(cè)頻率，同一監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)的各測(cè)點(diǎn)應(yīng)采用相同
的監(jiān)測(cè)頻率 J。
3．3 隧道上部地表變形監(jiān)測(cè)
當(dāng)?shù)亓芽p上盤(pán)的地表在地裂縫運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)
象，同時(shí)下盤(pán)的地表也會(huì)發(fā)生緩慢變形。地表變形監(jiān)測(cè)設(shè)
備可選用水準(zhǔn)儀。通過(guò)測(cè)量不同時(shí)刻地面標(biāo)高求得的測(cè)量
差A(yù)h記錄為該點(diǎn)的沉降量?？紤]到地裂縫上盤(pán)、下盤(pán)沉降
變形的差異，在上盤(pán)、下盤(pán)采用不同的布設(shè)范圍及測(cè)量斷
面：上盤(pán)0～20m范圍內(nèi)布設(shè)4個(gè)測(cè)量斷面，下盤(pán)0～6m范
圍內(nèi)布設(shè)2個(gè)測(cè)量斷面。測(cè)量斷面的布設(shè)位置見(jiàn)圖4，各測(cè)
量斷面橫向測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置見(jiàn)圖5。
測(cè)量斷面
地面線
7 測(cè)量斷面
地面線
圖4 地表沉降測(cè)量斷面布置示意圖(單位：m)
140 低溫建筑技術(shù) 2015年第7期(總第205期)
圖5 地表沉降橫向測(cè)點(diǎn)布置示意圖(單位：m)
在靠近隧道軸線處布設(shè)5個(gè)橫向測(cè)點(diǎn)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的間
距為2m，在遠(yuǎn)離隧道處按2～5m的間距布置測(cè)點(diǎn)。地表沉
降的監(jiān)測(cè)頻率定為1次／月，測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)增大測(cè)量
頻率。
3．4 隧道結(jié)構(gòu)下部脫空的監(jiān)測(cè)
地裂縫上、下盤(pán)錯(cuò)動(dòng)時(shí)，地層的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)與結(jié)構(gòu)變形不
一致，可能導(dǎo)致地基脫空。在地鐵隧道下部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象
時(shí)會(huì)直接影響到隧道的受力模式并導(dǎo)致發(fā)生變形破壞，必
須定期對(duì)隧道下部的脫空情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取加
固措施。根據(jù)布設(shè)在隧道襯砌背部的土壓力計(jì)讀數(shù)變化判
斷隧道襯砌背部是否出現(xiàn)脫空。該監(jiān)測(cè)方法具有簡(jiǎn)單可
靠、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是埋置在隧道襯砌背部的壓
力計(jì)均為一次性使用，不能維修更換。使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧
道襯砌背部的脫空進(jìn)行監(jiān)測(cè)越來(lái)越廣泛 13,143。隧道襯砌背
部脫空探測(cè)地質(zhì)雷達(dá)圖像見(jiàn)圖6，地質(zhì)雷達(dá)圖像的解釋結(jié)果
與鉆孔驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)所
得的襯砌背部脫空情況與鉆孔驗(yàn)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(cè)地質(zhì)雷達(dá)圖像
地質(zhì)雷達(dá)所得圖像的解釋結(jié)果與鉆孔
驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比
O
2
隧道下部脫空監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)量前在襯砌表面標(biāo)出里程樁
號(hào)；測(cè)量時(shí)將地質(zhì)雷達(dá)的天線與襯砌密貼，平穩(wěn)、勻速的向
前移動(dòng)；測(cè)量中記錄測(cè)線所處位置、編號(hào)、天線移動(dòng)方向等；
測(cè)量完畢，根據(jù)采集到的雷達(dá)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(zhǎng)度，脫空區(qū)的寬度可通過(guò)環(huán)向
測(cè)試判斷，當(dāng)脫空量達(dá)到界限值時(shí)要及時(shí)進(jìn)行注漿加固。
4 結(jié)語(yǔ)
在西安地鐵施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，針對(duì)穿越地裂縫帶的
地鐵隧道制定了合理的安全監(jiān)測(cè)方案，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，
把運(yùn)營(yíng)后其地層及其結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和災(zāi)害
預(yù)警提供了依據(jù)，確保了地鐵隧道的安全運(yùn)營(yíng)。
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[收藕日期】2015—04—02
【作者簡(jiǎn)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(zhì)災(zāi)害防治方面的教學(xué)與研
究工作。
叫 糾
虐莒

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