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

刘铖

浙江湾北工程勘察设计有限公司 浙江 嘉兴 314000

摘要：在城市规划和施工过程中，交通工具、管线、隧道、仓储设施等逐步提高了地下建筑的比重，以提高空间利用率和节约地面空间。目前，地铁、地下商场、地下车库等已经是普遍存在的市政基础设施。这类地下空间工程因其施工条件的特殊，与岩土工程的关系日益密切，对施工的技术要求也日益严格。分析了隧道安全监测技术、数据分析技术、变形预测技术和早期预测技术在隧道安全施工中的运用。

关键词：工程安全监控；地下空间；岩土工程；市政；

地下空间的特点决定了该项目的关键在于保证其在施工过程中的安全性及对其有效利用。在工程设计、开发过程中，要强化安全监控、运用现代安全技术、健全预警机制、对工程资料进行综合收集、科学的、对地震资料进行综合、科学的分析和解释，以达到降低工程风险、促进工程安全、稳定发展的目的。

1城市地下空间建设的主要特征

与传统的岩土工程施工相比，城市的建设环境较为特殊，受地质水文等自然条件的制约，常常要解决现有的地下设施所造成的空间和规划约束，其风险更高、建设难度更大。由于地下工程涉及到了土地和土地之间的矛盾，在工程建设中面临着更为复杂的工程地质条件，很容易影响到周围的其他工程和设施。在此基础上，对岩石和有关的支撑体系进行了综合考虑，并对其进行了较多的计算。为了减小对周围的环境的冲击，减小建设的危险性，避免在冬天进行建设和降雨天气。因其庞大的工作量和有限的建筑面积，增加了应付突发事件的困难和处理费用。在地下空间中，岩土工程因其自身的特殊性而受到人们的关注。此类项目存在着地表坍塌、沉陷等问题，而在城市中设置管道等设备时，很可能会出现应力和管道的破坏。不同类型的地基在施工过程中会出现不同程度的土体结构，从而对工程的顺利进行和人身的保护。由于地下空间的改变，使邻近的建筑受到的应力发生了反常的作用，导致了房屋的裂缝和倾斜。在矿井中存在着严重渗漏、支护失稳定、建筑物的变形等问题。以往在隧道施工中的一些意外事件表明，一旦发生意外，往往造成了很大的影响。因此，如何提高对隧道的安全监控，减少建设中的危险，已成为此类项目的技术难点。

2.岩土工程安全监测技术

2.1监控技术

在进行岩土工程的安全监控中，既要对其形态变化、应力状况进行监控，又要对其进行地下水位的检测。监测技术的发展趋势是监测环境、监测水文地质、监测支护结构、监测系统的变形等。在环境监控方面，要密切关注断层，找出地层的障碍，找出岩洞、溶洞等不稳定的构造，并对其可能的部位及其对施工的作用进行评价，并重点监控围岩的地基压力和地基的变化，并对其进行动态监测。

2.1.1实物监控

物探是利用两项技术，即利用雷达波和地震波来检测地质状况。在目前的技术条件下，采用全站仪、水准仪等各种设备来探测支撑结构的顶部，它的作用是在观测深度发生改变时，例如观测倾角。应变仪是一种能够实时监测支撑构件的应力状态和对其进行动态监测的方法。利用经纬仪能掌握建筑物的变形，利用水准计也能获得这方面的资料。可以对周边物体进行物理检测。由于各设备采用的技术手段和数据的维度也不尽相同，采用全站仪可以实现对支撑建筑物上部的快速探测和整个隧道的沉降，具有很好的实用性和有效性。全站仪器的测量不会产生明显的对工程作业的影响，具有很好的适应能力，采集的精度也很高，是一种非接触的定量监控。

2.1.2空间测量

在空间的观测中，有两种方法：间接监控和直接监控。在对地下工程进行精确的沉降监控中，可以采用电力水平测量仪，这种仪器在地下工程施工中得到了广泛的运用，能够对地下管线进行实时、动态的立体监控。采用综合形变技术与全站仪器相配合，可以实现对地表空间形态的不正常变化的监控。在地铁施工中，采用通信电缆、倾斜仪、横梁等监控手段，对基坑两侧的隧道进行监控，对于改善隧道及地铁运营的稳定具有重要作用。在利用非接触几何方法进行观测时，所用的仪器为固定的倾角测量装置，该装置能够实现对建筑物的不正常倾角的监控。利用数码照相技术和巴塞特收敛仪进行了间接的几何监控。GK-6150大基坑下段的检测，采用的方法是采用传感器对其进行动态监测，并根据测量的角度和位置的改变来获取水平位移，不需要人员值班，自动进行监测。

2.2变形预报

有关工作人员可以利用有限元、边界元、半解元等技术对地面沉陷进行分析，并根据线性、塑性和粘弹性等具体的技术，将其分为不同的技术。可以通过2- D两种不同的方法来实现以上的运算，比如利用有限元技术对地下建筑进行建模，建立3D建模，确定其发生的概率，从而使其与实测值相吻合。利用该方法建立了一个三维的非线性数学数学模型，可以对其进行变形预报，以便更好地研究施工过程中周围岩石的变化。利用此模型，可以对单桩盾构法进行高效的数值仿真，并通过对工程中出现的岩土和地面的变形进行全面的分析，从而得出相应的沉降量和分布曲线。

2.3前期调查工作

在隧道工程中，开挖是工程建设中的一个关键问题，它具有较高的使用频次和较低的地基性质，因此，采取这一方法，将会使地面发生较大的位移。技术工作者在开始采矿之前，必须要对地面运动的问题进行深入的调查，因为以前的技术水平有限，因此，他们的工作领域比较狭窄，经常会采用模拟实验，通过大量的观察和综合的数据，来总结地面的沉陷。随着社会经济的快速发展，随着计算机技术的发展，大量的数据处理工作已经成为了一个重要的支撑，研究者们可以通过数据分析和模型试验，准确地预报地面的塌陷。比如，在变形预报时，可以使用经验公式，通过对工程前期收集的各类监测资料进行细致的分析，并根据有关规范，制定出相应的变形预报方程，从而对其进行变形预报。以此为例，根据实测资料，可以得到支撑结构地基的沉陷范围在0.01619~0.01623米的范围内，为保证计算的准确性，确定 S=0.0161，由18个基桩组成，根据资料的分析，可以确定地基的单桩受力为11389.24 t，而单桩的抗压钢强度约为85189.6 t/m。

2.4提升安全程度

在建设信息建设的同时，要加强对工程建设的各项资料的检查和监控，确保工程的合理，从而及时发现和解决工程建设中出现的问题。应该根据现有的资料，对预想中的数据和相关的参数进行修正，以便做出科学的评判，以便为工程的安全提供参考。在施工中，必须对工程资料进行全面的监控，重视结构的变形，并将其与设计图中的资料进行对比，如果两者不一致，就必须立即停止工作，并从各方面进行分析，以确定其结构的合理性，以及对整个项目的长期影响。

为了保证后续的顺利顺利进行，必须进行科学、合理的岩土工程预报，并根据岩土自身的特性，对其产生的各种效应进行分析，完善相应的施工方案。通过对信息进行分析，充分利用计算机、网络和通信技术，实现对其进行预警和监控。在利用预警系统进行地下空间工程监控时，要综合考虑其建设难点和项目的具体尺度，从而有效的建立起预警体系。特别是要制定一个预警指数，只要它满足了，就会发出警报。工作人员必须正确地利用变形预报的方法，将工程资料录入到模型中，以便对施工中出现的问题进行分析。合理运用该工程模式，可以对基础和支撑的变形进行科学的预报，并可以对其进行科学的变形比较，从而更好的理解地基和支撑的变形。

结论

总之，运用科学的安全监控技术，可以使工作人员在现场、动态的掌握控制岩土工程的进展状况，从而为制定有效的施工对策和提高城市的发展水平起到了重要的推动作用。

参考文献：

[1]邹弦,文武.城市地下空间岩土工程安全技术分析[J].散装水泥,2021(02):62-64.

[2]方涛.福州某大型城市广场地下空间岩土工程实例分析[J].福建建材,2020(12):62-64+78.

[3]郑金城.城市地下空间工程的岩土工程问题研究[J].四川建材,2019,45(03):64-65.

[4]李晓军,刘雨芃,汪宇.城市地下空间数据标准化现状与发展趋势[J].地下空间与工程学报,2017,13(02):287-294.