城市地下空间岩土工程安全监测技术

城市地下空间岩土工程安全监测技术

陈星 万元杰 余健

大成科创基础建设股份有限公司 湖北省武汉市 430000

摘要：目前，随着我国经济的快速发展，城市地下空间岩土工程有着一定的特殊性，其在施工过程中容易出现地面塌陷以及沉降问题，但是，管道等设施的铺设容易发生管道断裂和变形，相关工作人员应更加注意其安全。基坑施工中存在的塌方变形隐患严重影响了工程的正常进度和工作人员的生命安全。受地下空间结构变化的影响，周围建筑物在应力异常状态下会发生倾斜和开裂。此外，地下隧道也会产生一定的问题，甚至导致结构变形。因此，为了进一步减少上述问题，降低施工风险，有必要加强对城市地下空间工程安全监测的实施，为工人及时发现隐患，妥善处理相关问题创造良好的条件。

关键词：城市地下空间；岩土工程；安全监测技术

引言

20世纪80年代国际隧道协会提出大力开发地下空间，开启人类新的穴居时代，这成为当前岩土工程和土木工程发展的新方向。地下空间是将建筑物的构造向地下延伸，诸如地下商业街、地下停车场、地下轨道交通等。由于城市化进程的推进，土地资源日益紧张，使全球各个大中型城市纷纷将城市规划的目光投向地下空间。空间利用技术在我国拥有悠久的历史，例如地窖、黄土高原的窑洞等，古代人们充分利用自然环境，有效地解决了人们的生活问题。此外，还有许多抗战时期修建的防空洞，也是空间开发的典型案例。目前，世界各国都十分重视城市地下空间的开发与利用。19世纪60年代，伦敦建成世界上第一条地铁，拉开了人类城市地下空间开发利用的帷幕。经过几十年的发展，国内外在城市地下空间开发中积累了大量经验。

1城市地下空间工程核心特点

与传统的岩土工程相比，城市地下空间工程的施工环境具有特殊性，受地质、水文等自然因素的影响较大。因此，往往需要处理原有地下设施带来的空间占用和规划限制，比地面工程更有风险和难度。地下空间工程需要协调地面与地下空间之间的矛盾。面对较为复杂的土木工程环境，在施工过程中容易对周边其他工程和设施造成干扰。此外，还需要进行复杂的受力计算，以协调岩土体及相关支护结构的节理影响。这类工程的施工是季节性的，如避免冬季施工和强降雨季节，以减少对环境的影响，降低施工风险。由于工程量大，施工空间有限，工程事故处理困难。为了解决事故的影响，往往要投入较高的成本。由于工程的特殊性，地下空间工程中的岩土工程安全问题应引起重视。在这类工程中，容易发生地面塌陷和沉降。在城市地下铺设管道等设施容易发生应力变形或管道断裂。在各种基坑施工过程中，可能会发生变形或塌方，影响工程进度和人员安全。由于地下空间结构的变化，使附近建筑物受力异常，导致建筑物开裂或倾斜。地下巷道可能发生突水，更危险的情况还包括严重渗漏、支护失稳和结构变形。以往工程中发生的地下空间事故表明，一旦发生事故，将会产生严重的后果。因此，加强地下空间工程的安全监测，降低施工风险是此类工程的关键技术。

2城市地下空间岩土工程安全监测技术

2.1直接几何法

直接几何法是地下空间安全监测中较为常见的应用方法，对于精密沉降监测来说，电水平尺系统有着较高的应用价值，其在多个地下空间建设中得到了高效应用，而自动实时三维监测系统则可以实现对形变等问题的检测，通过对全站仪收敛变形系统的应用能够有效检测地下空间的形变以及变形。

2.2数据分析技术

岩土开挖是地下空间工程施工中的一项基础性、高频作业，极易引起地表变形。自煤矿开采以来，技术人员就对地表移动盆地问题进行了研究。由于以往的技术限制，研究范围较窄，主要用于模型试验、相关观测数据的分析与拟合，以及利用上述数据总结地表沉降经验。计算机技术为大规模数据计算提供了强有力的支持，而利用数值分析方法研究地下开挖引起的地表变形，使其得到了发展。通过理论计算、模型试验和数据分析，可以更准确地预测地下空间开挖可能引起的地表沉降。理论计算可结合数值计算、经验公式和随机介质进行。利用实测数据,结合神经网络分析、统计和时间序列分析、灰色模型还可以用于数据分析和变形预测,比如使用变形工具的预测经验公式,需要收集的早期综合施工监测数据,分析资料，确定待定参数，根据规定的条件，确定预期形成的变形公式，该公式可用于辅助未来工程的变形预测。由于实施过程是基于项目前期的实际监测数据，因此设置了待定参数。因此，采用经验公式进行变形预测可以更符合工程实际，但也存在缺陷，即对地层沉降模式做了预先假设。以某地下工程为例，根据实体信息计算支护结构基础沉降间隔为(0.01619-0.01623)m。为了保险起见，s=0.0161。结构由18根基础桩共同分担，隧道总荷载为25103.71t。单桩抗压刚度约为85189.6t/m。通过数值来判断支架的稳定性。

2.3物理方法

物理方法的应用主要是通过雷达反射或者是地震发射对地质情况进行探测，当前主要是采用全站仪和水准仪实施对于支护结构顶的检测，测斜仪则应用在纵深方向倾斜监测方面，而应变计则可以检测其混凝土以及支护结构的应力。物探应用于对周围物质的检查方面。例如在全站仪检测支护结构顶方面，其能够根据基坑以及隧道整体下沉情况展开非接触量测工作，其本身有着多种优势，具体包括适应力强、方便简单以及不会对施工产生过大的干扰等等。

3城市地下空间岩土工程安全监测措施

3.1正确认识工程地质条件特征

不同城市地区的地质条件不尽相同，为此，在城市地下空间岩土工程安全监测工作中，首先应当正确地认识到工程项目所在区域的地质特征。平原地区的地下空间开发远比高原和丘陵地区容易，但是又由于少部分城市是海洋和陆地的交界地点，地下含有大量的软土成分，其工程的施工难度就会随之而增加。为此，正确认识工程地质特征对城市地下空间岩土工程安全监测工作的顺利开展尤为重要。

3.2运用地下空间安全监测技术

城市地下岩土工程一般由政府部门资助。由于地域条件的限制和管理体制的影响，大部分安全监测工作只能由不同的监测单位来完成。此外,为了确保顺利进行城市地下空间在岩土工程中,在特定的安全监测工作,因为没有全面考虑城市地下空间的实际需要在运营阶段,最后只能作为低成本,简单的工具来完成安全监测工作,这在一定程度上制约了新技术、新设备在安全监测工作中的推广应用。如今，随着社会各界对公共安全的日益重视，预警预报系统在城市地下空间岩土工程安全监测工作中得到了推广。建立城市地下岩土工程预警系统是未来一个时期城市地下岩土工程发展的必然趋势。为了顺应这一趋势，也需要相关学者、专家和行业专业人士加大对地下空间安全监测技术的研究力度。

结语

综上所述，合理应用安全监测技术能够帮助工作人员实时动态把控岩土工程开展的情况，可以为其采取更高效的施工措施提供参考，对于城市地下空间开发成效的提升有着积极的促进作用。

参考文献

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