广州地区某暗挖车站深层土体监测技术总结

冯炎浩

广州恩永工程技术有限公司，广东广州， 510000

[摘要] 拱盖法法暗挖车站由顶部存在砂层、淤泥质黏土、粉质黏土等软弱地层，其普遍具有高含水量性、高压缩性、低透水性和低强度等特点，施工阶段易造成较大变形，严重情况将会引起隧道坍塌和周边建构筑物设施破坏，造成严重的生命与财产损失，继而造成重大的社会影响，因而增设分层/深层土体监测项目对软弱地层的沉降规律进行研究和阶段性技术总结显得尤为重要。

[关键词]暗挖车站、深层土体、监测、拱盖法施工

一、概述

随着广州轨道交通建设进程的加快，地铁矿山法暗挖施工工点日益增多，在暗挖车站施工过程中由于地层水土损失容易引起各种变形，稍有不慎将会引起隧道坍塌和周边设施破坏，造成严重的生命与财产损失，继而造成重大的社会影响，尤其是洞桩法暗挖车站较多，暗挖车站顶部存在砂层、淤泥质黏土、粉质黏土等软弱地层，其普遍具有高含水量性、高压缩性 、低透水性和低强度等特点，施工阶段易造成较大变形，因而增设分层/深层土体监测项目对不同地层的沉降规律的研究显得尤为重要。本文以广州某暗挖车站为研究背景，介绍了相应的工程概况、土体布设方法和监测方法，对数据分析及应用进行总结，为以后类似地铁施工提供可供借鉴的应急抢险经验。

1.工程概况简介

广州某暗挖车站为地下二层岛式站台车站，长326.5m，洞桩法施工，隧道埋深12m，顶部位于<7>强风化泥质粉砂岩;西端配线段长327.6 m，存在超大断面（348.9m²）和大小洞（最大 118.5m²），分别采用双侧壁、CRD法施工，隧道最小埋深约14m，顶部位于 7>强风化泥质粉砂岩。共设5个施工竖井。总建筑面积29947m²。地质情况如下：

3.水文概况

在本工点范围内，地表水体不算发育，场地附近的河流为东濠涌。场地揭露有砂层与东濠涌有一定的水力联系。场地地表水主要补给来源为大气降水，主要的排泄方式为蒸发、径流等。根据勘察揭示地下水按赋存方式划分为第四系松散层孔隙水、层状基岩裂隙水、网状基岩裂隙水三种类型。沿线第四系松散层孔隙水大部分地段为潜水，局部地段含水层上覆盖黏性土，为承压含水层。人工填土中主要为上层滞水。层状基岩裂隙水主要赋存于红层沉积岩强风化带及中等风化带中，主要表现为层间裂隙为主要储水空间，地下水的赋存呈层状，且不均一，裂隙水具微承压性。

二、深层/分层布设原则及方法

2.1布设原则

1.车站长度范围按40m左右纵向间距布孔。

2.车站测点布置照顾到重要建（构）筑物、敏感管线、软弱土层、隧道变截面处。

3. 磁力环的每个磁环布置在杂填土层以下、岩层以上的各层土，磁环位于各层土体中部,深层沉降标的孔底位置采用差异化设置，每个孔底对应不同土层。

4.布孔深度不宜穿过砂层，也不宜将孔底与拱顶裂隙发育的岩层相邻。孔底距离隧道开挖拱顶不小于4m，测点孔口不宜布置在易积水的低洼处。

2.2.深层土体监测埋设方法

2.2.1.土体分层位移监测（磁环法）

①钻孔：采用Φ108钻头钻孔，安装深度应大于埋设深度，原则是按照10米+0.3米，20米+0.5米的方式类推。

②清孔：钻头钻到预定位置后，不要立即提钻，需把泵接到清水里向下灌清水，直至泥浆水变成清混水为止，再提钻后安装。

③安管：采用外接头联接，一边安管子一边向管内注入清水。

④安装磁环：按设计要求将每节管子上套上磁环和定位环，用螺丝固定定位环,再将管子插入外接头内，拧紧螺钉，直至安装到设计深度为止。

⑤ 回填：沉降管安装到设计标高后，进行回填。回填原料为现场干细土或中粗沙，回填速度不宜快，避免堵塞形成空隙，应压实填满，同时管子四周加上保护措施。

2.3.2深层土体监测（沉降标）

①钻孔：采用Φ91钻头钻孔，安装深度应大于埋设深度，原则是按照10米+0.3米，20米+0.5米的方式类推。

②清孔：钻头钻到预定土层位置后，不立即提钻，应将水泵接到清水里向下灌清水，直至泥浆水变成清混水为止，再提钻后安装。

③安管：将沉降标杆放到设计标高后，再采用Ф50的PVC管套在沉降标上，一边下管子一边向管子内注入清水。

④ 回填：保护管放到设计要求后，进行回填，回填原料为现场干细土或中粗沙，回填料下沉后填满，同时须在测点周围加上保护措施，再进行监测。

2.4.深层/分层土体平面布置

车站长度范围按40m左右纵向间距布孔,车站测点布置照顾到重要建（构）筑物、敏感管线、软弱土层、隧道变截面处

2.4深层/分层土体断面布置

布孔深度不宜穿过砂层，也不宜将孔底与拱顶裂隙发育的岩层相邻。孔底距离隧道开挖拱顶不小于4m，测点孔口不宜布置在易积水的低洼处。

深层/分层测点剖面布置示意图

三、监测数据方法及分析

3.1监测方法

3.1.1深层土体位移监测（沉降标法）监测方法

采用二等水准进行监测,应用几何水准测量法。各观测点的沉降量是以两次测得各观测点的高程值之差计算得出，各沉降观测点的高程以起算基准水准点和各场地水准点与沉降观测点组成的闭合水准路线来测定。

3.1.2土体分层位移监测（磁环法）监测方法

土体分层沉降监测方法：测试方法采用孔口标高法。在孔口作一标记，每次测试都应该以该标记为基准点，孔口标高由水准仪测试。测试时， 拧松绕线盘后面的止紧螺丝，让绕线盘转动自由后，按下电源按钮（电源指示灯亮），把测头放入导管内，手拿钢尺电缆，让测头缓慢地向下移动，当测头接触到土层中的磁环时，接收系统的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读写出钢尺电缆在管口处的深度尺寸，这样一点一点地测试到孔底，称为进程测读，用字母Ji表示，当在该导管内收回测试电缆时，也能通过土层中的磁环，接收系统的音响器发出音响，此时也须读写出测试电缆在管口处的深度尺寸，如此测试到孔口，称为回程测读，用字母Hi表示。该孔各磁环在土层中的实际深度用字母Si表示。

其计算公式为：

Si = （Ji + Hi） /2

式中：i —为一孔中测读的点数，即土层中磁环个数；

Si —i测点距管口的实际深度（mm）；

Ji —i测点在进程测读时距管口的深度（mm）；

Hi —i测点在回程测读时距管口的深度（mm）；

若是在噪声比较大的环境中测试时，蜂鸣声听不见，可改用峰值指示，只要把仪器面板上的选择开关拨至电压档即可，测试方法同上，此时的测试精度与音响器测得的精度相同。观测技术要求：观测技术要求参照地表沉降监测技术要求。

3.2 监测数据分析

四
、监测结论

1. 本次选取监测周期较长的监测数据进行分析，得出以下结论：通过车站影响区域内的磁力环、沉降标与常规地表的分析比对反映出同一阶段内的测点变形趋势基本一致，深层/分层土体监测具有指导信息化施工的作用。

2.就沉降变形节点、变形量、数据稳定性等方面看，深层土体沉降标更符合施工影响规律，分层土体磁力环数据波动稍大、数据采集精度偏低，误差相对大。建议在数据分析时以深层土体沉降标为主，分层土体磁力环为参考。

3.原则上离拱顶上部较近地层的测点（深层沉降标、分层磁力环测点）沉降量应大于地面监测点（地表、管线）的沉降量，但在实际过程中，存在同期时间段内地表、管线监测点沉降量大于磁力环、沉降标测点沉降量的现象，其主要原因在于地层的特性不同（如种类、低-中-高压缩性土、粘性土、风化程度、各土层厚度不匀等）以及施工阶段开挖导致的失土、失水、地层的次固结等因素引起沉降量的差异。

4.受钻孔深度、布设磁环数量、回填质量等影响，分层沉降与深层沉降测点需要一定的自稳期，时间在1~2个月左右。

五、未来展望

土体分层/深层监测技术未来应以 “三维立体化监测”为目标 ，建立包含空中、地面 、土体内部同步监测的立体化、自动化 、智能化网络 ，强调变形监测的时空因素，丰富变形监测数据分析信息，加强变形监测系统的综合判别能力 ，实现变形监测智能评价和安全预警。期待未来研发具有高精确度测量的沉降仪 ，其次是开发新型的科学测量方法 ，以克服测量基准点所产生的相关测量误差。将全自动跟踪全站仪、GPS技术和数字近景摄影 、无线通信技术等进行综合应用，研发实时、连续、高效、自动化、动态监测系统，以提高监测系统的可靠性、实用性和在恶劣环境下的长期稳定性。随着科技发展未来一定能有远程化、网络化、智能化实时在线监控平台。

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