地铁建设第三方监测实施要点与改进建议

杨壮志

(中铁隧道集团有限公司技术中心，河南洛阳 471009)

0 引言

第三方监测是我国在重大工程建设领域，参照国际惯例推行的一项科学管理制度。在城市地铁建设领域，绝大多数建设单位都采用了第三方监测管理模式。国内专家、学者对该项工作研究也较多:文献［1-2］论述了第三方监测的概念、目的及作用;文献［3］论述了第三方监测具体项目的实施方法;文献［4-5］对第三方监测中存在的若干技术问题进行了深入的探讨，并提出了相应的解决方案。第三方监测整体技术已经较为成熟，但近年来，国内地铁建设当中仍然出现了较多安全事故:2008年11月15日，杭州地铁某车站出现了21人死亡的重大伤亡事故;2010年7月北京地铁某明挖车站深基坑钢支撑脱落，导致8名工人被砸和2名工人被埋。事实证明，第三方监测的“保险”作用仍未充分发挥，具体工作仍有待完善。因此，不断通过实践明确第三方监测实施要点，优化实施方案，改进不足，从各方面完善第三方监测工作，具有重要意义。

1 沈阳地铁一号线第三方监测实践及主要问题分析

1．1 监测情况

地铁一号线一期工程(张士—黎明文化宫)，全长22．141 km，均为地下线，共设18座车站，工期5年。

为保证第三方监测工作的有序开展，成立了专门的第三方监测项目部，下设外业量测组、内业分析组、外部协调组等。其监测工作以环境监测为主，以交通要道、重要建筑物、密集建筑群监测为重点，一方面为地铁公司提供独立公正的监测数据，另一方面监督各标段施工监测的实施。监测成果主要以定期的周报、月报形式上报。通过5年的跟踪监测，地铁一号线施工期间没有出现较大的安全事故。

1．2 存在主要问题

1)监测项目不够全面，存在缺项，对基坑变形、道路塌陷等控制不力。

2)沉降控制标准没有经过充分论证，偏严。

3)实施技术手段常规，监测信息反馈速度慢、效率低。

4)缺乏对施工监测的有效监督，施工监测随意性大，存在安全风险。

2 第三方监测实施要点与改进建议

2．1 项目选择

2．1．1 选择原则

监测项目是第三方监测工作具体工作内容及范围的直观反映。通常，第三方监测工作对象都是整条地铁线，施工掌子面多、风险源分散、工作量大。监测项目的选择必须抓住重点，统筹安排，既不能没有重点，也不能只抓一两项，对大部分风险源缺乏控制。

2．1．2 各地情况比较

沈阳地铁一号线第三方监测项目包括现场安全巡视、地表沉降监测、建筑物沉降监测、管线沉降监测。监测项目选择的原则是保证周边环境安全。深圳地铁一期工程第三方监测开展的监测项目较多，常规监测项目基本都有覆盖;而北京地铁4号和10号线开展的监测项目较少，仅为建筑物和地表沉降。在新公布的《北京市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系》中的“第三方监测设计指南(试行)”中监测项目的选择，不但考虑了工程周边环境，还增加了基坑围护结构监测安全和现场巡视等内容，增加了相应的监测项目，如围护桩墙变形、水平支撑轴力、锚索应力、锚杆应力、开挖工作面观测等内容。

2．1．3 已有项目分析及调整建议

分析2．1．2中各地情况可以看出:地表沉降、建筑物沉降、管线沉降是比较重要的监测项目，重要性不言而喻，应高度重视;其他项目各地则各有取舍，其中围护结构桩(墙)体水平位移结果能够直观反映基坑围护结构状况，是控制基坑安全的重要指标。北京顺义某地铁工地出现过的基坑围护结构变形过大，支撑脱落造成的伤亡事故，应给予足够重视;现场安全巡视，是直观发现施工问题、排除安全隐患的重要举措，也应重视并列入必测项目;而应力观测结果相对较为间接，指导意义主要在设计方面，且基于考虑第三方监测工作量及费用等原因，可将应力测试部分列为选测项目。

2．1．4 增项建议

根据沈阳地铁第三方监测实践，建议增加盾构/暗挖区间通过地段雷达探测项目。由于地表沉降观测的局限性，无法真正反映工程上方整个地层的变形特征，使得由于超欠挖、地下管线破裂、季节性冻层等原因形成的地下空洞，无法通过地表沉降观测得到迅速有效的反映，而这些隐藏空洞正是多地区道路突然塌陷的罪魁祸首，一旦出现事故往往造成非常恶劣的社会影响。如果第三方监测能够组织人力定期进行地铁线路上方雷达探测，发现空洞及土层缺失地区，排除安全隐患，迅速采取注浆、回填等补救措施，可以有效避免较大事故的发生。沈阳地铁公司已经展开了这方面的工作，并取得了一定的效果。

2．2 第三方监测地表沉降控制标准

2．2．1 沈阳地区控制标准

沈阳地铁一号线第三方监测由于缺乏该地区相关经验，地表沉降监测控制标准基本上采用+10 mm和-30 mm作为控制标准，或者采用更为严格的设计文件要求。实际证明，+10 mm和-30 mm的控制标准相对偏于保守。在地质情况较好地区，累计沉降量基本都能控制在-20 mm之内，冰冻期地层隆起量都能控制在+5 mm之内，而在大部分地质状况较差地区(如中街站、中小区间)、施工难度大(如青年大街站)、上覆土厚度较薄地区，累计沉降值都超过了-30 mm，部分测点沉降甚至达到了-80 mm;但大部分测点沉降最终都处于受控状态，整个地层没有出现较为严重的事故。

2．2．2 沉降控制标准分析

确定沉降控制标准是第三方监测工作的关键点，标准过低，轻者破坏环境，重者出现安全事故;标准过高，容易导致频繁报警，令参建各方反应“麻木”。合理确定第三方监测地表沉降控制标准可考虑结构受力安全性与稳定性要求、环境保护要求、本地区勘查设计文件3个因素。目前北京市地方标准中已经对地表沉降进行调整，如将车站周边地表沉降控制标准调整为-60mm。

沈阳地区建议基坑周边地表沉降控制标准调整为-50 mm，盾构及暗挖区间地表沉降建议调整为-40 mm。为防范风险可在部分风险管理等级较高的项目设置控制标准动态评估机制，既能保证监测的科学性，也可为后续工作提供参考。

2．2．3 增加过程控制标准的建议

2．2．3．1 必要性

依据2．2．2确定的控制标准是个累计沉降标准，比较适用于测点变形为徐变的情况。根据沈阳第三方监测实践经验，虽然部分测点累计沉降值在可控范围之内，但在测点变形发展过程中出现过连续2～3 d甚至1周的日变形量均超过3mm的较大变形，之后变形才逐渐收敛，也就是出现了一个变形的突变期，其变形量占累计沉降量的70%以上(见图1)。统计发现，后期一些标段出现的路面异常塌陷案例中，相关测点大都曾出现过类似的一个变形突变期，其原因很可能是因为突变期内地层的突然变形使其下部出现了空洞，但由于自身应力没有反映到上部持力层，后因其他外力作用，空洞被破坏造成地面塌陷;因此，变形突变期与地面塌陷有着重要联系。当遇到测点变形突变期时应引起高度重视。实际操作中应在累计沉降值控制标准的基础上，分析测点变形的发展过程，引入一个过程控制标准，量化地反映突变期的影响程度，通过日变形控制标准和累计沉降控制标准无法体现此标准的作用。

图1 含有突变期的监测点变形曲线(2008年)Fig．1 Curve of deformation with abrupt variations in 2008

2．2．3．2 建议

引入变形过程控制标准D(D为监测点变形期间连续3 d允许变形量)，当某个测点连续3 d变形量超过D时，应报警，纳入风险点进行定期监测，并在主体结构施工完成后长期跟踪，加入雷达探测等项目，根据具体情况采取对应措施。关于D的辨识及取值，有待今后进一步论证，这里建议取值9 mm，各地可因地制宜，有所调整。

2．3 新技术新设备的应用

2．3．1 沈阳地区实施情况及分析

沈阳地铁第三方监测使用仪器设备以全站仪、电子水准仪为主，做到了自动读数、自动记录、自动平差、监测结果可直接录入电脑;但总体而言，监测结果仍然是断续的，反馈速度较慢，对古建筑、既有铁路线等重要建筑物的监测效率仍然较低，无法做到实时获取监测信息，这种情况无法满足当今信息化施工要求。

第三方监测单位应发挥监测技术的先导作用，多增加自动化监测、视频监测及其他新技术新设备的应用，提高其监测水平。

2．3．2 基于光纤传感技术的远程自动化监测

光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒介、感知和传输外界信号(被测量)的新型检测技术，具有(准)分布式、长距离、实时性、耐腐蚀、抗电磁、轻便灵巧等优点。自20世纪90年代以来，美国、加拿大、日本、德国及英国等发达国家纷纷将光纤检测技术应用于大坝、桥梁、电站及高层建筑物等大型民用基础设施的安全检测中，取得了令人鼓舞的进展。光纤传感技术在国际上被公认为结构安全检测最有前途、最理想的手段，正因为如此，光纤检测技术也引起隧道结构检测界的广泛重视，成为目前监测技术的研究重点。具体应用情况可参考文献［6］。

2．3．3 基于GPS卫星定位技术的自动化监测

采用透射电镜测定的粒径与马尔文粒度仪测定的粒径相当，其形状呈椭圆形，此过程可能使胶束发生皱缩，使得在镜头视野下的胶束粒径显得相对较小。

GPS卫星定位技术不受天气干扰，点位不需通视，容易实施长距离精确定位，并且精度高，速度快。随着卫星接收设备技术的不断进步，完全具备操作可行性。

2．3．4 远程视频监测

一些地区已经开展了远程视频监测，北京市已经开始建立专门的地铁工程视频监控系统，并出台了相应的管理办法，同时将视频监控与第三方监测分别列入到“北京市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系”。视频监控的范围涵盖了矿山法暗挖工程每个掌子面、主体结构明挖基坑对角线处及周边环境复杂的附属结构明挖基坑工程角部、施工竖井提升设备的大梁处等。

建议多应用远程视频监测，并将远程视频监测纳入到第三方监测的现场巡视项目当中，或者至少要纳入第三方监测全面参与的视频监测的管理当中。在保证工程安全层面，现场安全隐患与第三方监测是不可分割的2个部分。第三方监测的作用在于保证安全，从微小量变中发现隐患;而通过视频监控正是快速发现问题、跟踪监测的开始。

2．4 第三方监测对全线施工监测的监督指导

2．4．1 沈阳第三方监测实施情况分析

沈阳地铁一号线第三方监测对全线施工监测的监督作用主要体现在3个方面:1)审查施工监测专项方案;2)检查施工监测测点布设情况，保证数量及质量;3)定期审查施工监测数据，尤其是与第三方监测重合点变形情况，防止少、漏报。

从现场反馈来看，施工监测中存在着若干问题，主要包括:1)施工监测上报的监测方案中，不同标段就同一个监测项目所选的监测实施方法、仪器设备不尽相同，有些方法的合理性值得推敲，如在场地狭窄，视线受到很大限制的情况下仍采用经纬仪的小角度法观测桩顶位移;围护结构墙体水平位移用全站仪+反光片的方法进行，现场难于实现，观测精度无法保证。2)现场测量采用的仪器设备与上报方案不符，操作不当，精度偏低。3)少数项目现场埋设测点数量不足，质量不高，观测数据随意性较大。

从管理和技术2个方面加强第三方监测对施工监测的指导作用。

1)管理层面。第三方监测对施工监测的监督作用涉及到地铁公司对其管理职能的定位问题，如果地铁公司能够在体制上明确其对施工监测的管理职能，使其能够从技术专业化的角度监督施工监测，将会极大地促进施工主体安全意识的提升及安全措施的进步，进而促进施工方法的整体进步，从根本上保证施工安全。

2)技术层面。第三方监测在项目开展前期对所属所有项目的工程地质情况、监测任务进行全面评估，对施工监测所要进行的必须监测项目进行明确落实，然后对具体的监测项目推荐科学合理的监测方法及仪器设备，做到全程标准化，既保证施工监测的实施质量，也保证了数据对比的有效性。

3 结论与讨论

本文通过沈阳地铁一号线第三方监测实践，对部分实施要点进行了深入分析，主要得出改进意见如下:

1)监测项目选择方面。在现场安全巡视、地表沉降监测、建筑物沉降监测、管线沉降监测的基础上增加基坑围护结构桩/墙体变形监测、雷达探测2项。

2)沉降控制标准方面。各地应根据结构的变形要求、环保要求以及地勘资料综合考虑确定累计沉降控制标准，并建立动态评估机制，不搞“-30 mm一刀切”，同时增加过程控制标准D。

3)新技术新设备的应用方面。不断尝试新技术新设备，增加自动化监测、视频监测的应用。

4)对施工监测的监督指导方面。明确第三方监测的管理定位，引导施工监测全程标准化。

本文是在第三方监测的大方向上进行了阐述，要保证第三方监测实施效果，具体的实施方法中的细节问题仍然要引起足够的重视，如文献［7］提到的监测精度与频次问题，文献［5］提到的监测点布设问题，这些都在左右着第三方监测的实施效果，需要在实践中得到完善。希望通过本文能够对今后各地开展第三方监测有一定的积极指导意义，促进第三方监测的规范化，保证国家基础设施建设能够安全顺利地开展。

［1］ 曹凌云．地铁工程土建施工第三方监测［J］．工程建设，2007(2):43-47．(CAO Lingyun．Third-party monitoring in subway project civil construction［J］．Engineering Construction，2007(2):43-47．(in Chinese))

［2］ 张成平，张顶立，王梦恕．深圳地铁施工影响区环境安全与第三方监测［J］．中国安全科学学报，2004(5):51-54，4．(ZHANG Chengping，ZHANG Dingli，WANG Mengshu．Environmental safety in affected area due to construction and third party monitoring in Shenzhen subway project［J］．China Safety Science Journal(CSSJ)，2004(5):51-54，4．(in Chinese))

［3］ 花向红，向东，于中伟，等．城市隧道施工第三方监测方案的实施与效果分析［J］．测绘工程，2009(1):64-68．(HUA Xianghong，XIANG Dong，YU Zhongwei，et al．Implementation and effect analysis of the technical seheme of the third party monitoring of city tunnel construction［J］．Engineering of Surveying and Mapping，2009(1):64-68．(in Chinese))

［4］ 罗富荣．北京地铁建设安全管理创新研究［J］．都市快轨交通，2009(2):16-19．(LUO Furong．Study on the innovation of the safety management in Beijing subway construction［J］．Urban Rapid Rail Transit，2009(2):16-19．(in Chinese))

［5］ 张成平，张顶立，王占生，等．地铁工程建设第三方监测管理模式的探讨［C］//2005全国地铁与地下工程技术风险管理研讨会论文集．北京:中国土木工程学会，2005:186-193．

［6］ 张帅军，李云．光纤传感技术在城市地铁工程监测中的应用［J］．隧道建设，2010，30(3):48-53．(ZHANG Shuaijun，LI Yun．Application of optical fiber sensing technology in monitoring of urban Metro works［J］．Tunnel Construction，2010，30(3):48-53．(in Chinese))

［7］ 郑强，吴迪军，李剑坤，等．地下工程土建施工第三方监测中的若干关键技术问题［J］．铁道勘查，2007(6):33-35．(ZHENG Qiang，WU Dijun，LI Jiankun，et al．Several key technical issues in monitoring construction of underground engineering by 3rd-party［J］．Railway Investigation and Surveying，2007(6):33-35．(in Chinese))