工程监测等级的划分及确定,是各类监测方案设计及监测实施技术的基础,可基于明确监测工作的方向性、针对性及重点部位,是确定监测项目、监测频率、精度指标、控制值指标、监测技术要求等的重要依据。考虑到地铁设施的安全保护监测工作,从对象上涉及本体与其周边环境及外部作业相互影响关系,其监测等级的确定,需综合考虑本体健康状态、抗变形能力以及其周边环境岩土体状况、周边环境状况和外部作业工程自身风险等级及影响程度等安全性要求等多方面。目前,现行相关规范、规程[1-5]中,针对地铁设施的监测等级尚未明确并提及,但相关的等级及评定标准主要有如下几个方面表述。
1.1 地铁设施本体安全等级
针对设施本体安全等级,现行相关规范中有“隧道本体自身等级”(结构安全状况),“现状评估等级”,“服役状态等级”,“健康度”等相关概念用词表述,其一般基于本体的监测数据、巡查检测情况及养护情况进行综合判断。其中,文献[3]中,将其分为1~4级(由严重~一般)进行考虑、文献[6]中将其分为5级(由一般~严重)进行考虑,现行行业标准CJJ-T 202-2013[2],在其第3.3.3条“城市轨道交通结构的现状评估应在外部作业实施前,通过现状调查、检测、测量和计算分析等手段,评估当前城市轨道交通结构的安全状态及持续抗变形能力和承载能力,并应确定相应的结构安全控制指标值”,该条款明确了结构自身等级及安全状态的确定应结合检测、测量等手段进行综合确定。综上所述,针对设施本体的安全等级,一般划分为4级到5级,但前述各文献中,尚未就设施本体安全等级与工程监测等级之间的关联关系予以明确阐述,对应监测实施技术分级缺少。
1.2 外部作业对地铁设施本体影响等级
针对各外部作业工程,其对地铁设施影响程度等级划分,现行各类标准中均有表述,一般按外部作业距离地铁设施本体的远近程度以及作业的类别进行综合考虑,分为3~5级[2 ,5 ,7],但同样尚未明确其与工程监测等级的关联关系,在当前的监测实践中,对影响区范围内的监测点布设、监测技术等级选用等存在一定随意性。
1.3 地铁设施安全保护监测等级及其框架搭建
针对地铁设施安全保护监测尚未有明确的监测等级概念阐述,导致现有的地保监测工作实践中,其监测等级的确定依据,基本仍依照GB50911-2013[7]执行,但该标准适用于建设期,而相较于运维期,由于在监测对象、监测范围、监测项目及监测技术要求等要素方面均有不同,直接套用存在不合理处。此外,当前的地保监测实践中,基本将设施本体、外部作业及其影响区(影响区内的周边环境)这三类对象,基本作为相互独立的体系进行考虑,进而分别建立独立的监测体系及技术要求,所应用的规范及标准涵盖建设期及运维期[7-12]两大类,导致其监测基准点、测量部位、测量时间、周期、精度、标准要求等均存在较大差异,尚无法准确反映上述三类监测对象相互影响作用机理以及运维期地铁设施保护监测工作的整体性。
研究明确的保监测合理化的监测等级,进而建立整体统一的监测体系,是当前地铁设施安全监测工作实践中亟需解决的问题。鉴于此,本文将设施本体、外部作业及其影响区(影响区内周边环境)三者及相互影响进行统一考虑,进而制定一体化的监测等级体系框架,设置原则如下:
(1)等级设定体现以设施本体保护为基本原则。针对设施本体,重点考虑其自身安全服役状态,其监测等级应与其安全状态、病害状态及其结构变形剩余允许变形量等相关联;针对外部作业及其影响区,则综合考虑外部作业对本体影响程度及其影响对象的状况进行确定;
(2)当设施本体状态不佳或破坏比较严重的情况下,其对应的外部作业工程自身的变形允许量等,应通过监测等级分级作出明确限制,具体表现为对应的监测项目需增加、监测频率需增加、监测布点密度增高、监测实施精度提高等;
(3)考虑与建设期监测等级分级相[7-8]统一,其监测等级分级宜按三级划分,以分别设置对应监测技术要求。
基于上述原则,本文建立如下地铁设施安全监测等级划分参考标准:
(1)针对地铁设施本体及外部作业影响等级分级概念,其针对地铁设施本体等级确定的依据如表1所示。
(2)表2中,其A、B、C级确定的具体指标,可参见文献4中附录B相关内容(表3),该分级综合考虑了外部作业影响风险大小、影响程度大小、距离地铁设施本体远近、外部岩土体等因素分级较为合理,其中A级表明地铁设施受外部作业工程影响程度最高,需要采取严格的保护措施。
表1 地铁设施本体安全保护监测等级参考表
Table 1 Reference table of monitoring level of safety protection of subway facilities
表2 外部作业工程及其影响区监测等级参考表
Table 2 Reference table of monitoring grade of external work and its affected area
表3 轨道交通结构安全状况分类[4]
Table 3 Classification of rail transit structure safety conditions[4]
基于等级划分框架,进而建立地铁设施安全保护监测总体技术框架如图1。
图1 地铁设施安全保护监测技术体系总体框架
Fig.1 Overall framework of safety protection and monitoring technology system of subway facilities