廣州地鐵沉降監測方法及數據處理

劉建廷，李東輝

（河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州 450000）

廣州地鐵沉降監測方法及數據處理

劉建廷，李東輝

（河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州 450000）

廣州是軌道交通工程在建項目較多的城市,沉降監測對地鐵工程的安全施工有著重要意義,同時監測數據能夠直接用來評價地鐵施工對地表環境的影響。重點論述了廣州地鐵沉降監測的方法與技術要求,闡述了數據處理和統計分析；并給出了變形預報分析的數學方法,說明了其現實意義。

沉降監測;DSZ精密水準儀;數據處理;統計分析

廣州是一個國際化的大都市,人口與車輛的增多給廣州帶來了很嚴重的交通問題。隨著2010年亞運會的日趨臨近,解決這個問題就顯得越來越緊迫。軌道交通是解決日益惡化的城市交通問題的一個主要手段,然而,在人口密集、建筑設施密布的城市中進行軌道工程施工,由于巖土開挖不可避免地產生對巖土體的擾動并引起洞室周圍地表發生位移和變形,當位移和變形超過一定的限度時,勢必危及周圍地面建筑設施、道路地下管線的安全。因此,研究城市軌道工程開挖過程中地表沉降的有效控制問題,對于地表環境保護及軌道工程的安全施工都具有十分重要的意義。

1 工程概況

本工程黃埔大道頂管施工段橫跨黃埔大道與地鐵5號線（東圃站-三溪站地鐵段），頂管線路距地鐵5號線東圃站約150m，頂管底部距地鐵盾構頂弧約3.2m，頂管從黃埔大道南側向北側頂進。考慮到頂管工程地表是黃埔大道，下面是已建成地鐵（尚未運行），為確保頂管施工過程中不對其產生沉降、裂縫等不良影響，不但要對黃埔大道路面及周圍橋墩進行監測，同時還要對地鐵內部盾構進行監測。通過對工程環境變化的趨勢分析，進行預測預報，掌握在施工中不同工況對周邊環境的影響程度，同時根據現場實際情況，科學、合理地調整施工步驟，實現信息化施工管理。

2 沉降基準點和沉降監測點的布設與觀測

從2009年1月開始,我們開始對廣州地鐵五號線（東圃站-三溪站地鐵段）的沉降監測工作。沉降監測控制網采用地鐵五號線的高程控制網。水準基點與工作基點的聯測采用二等水準觀測。

2.1 基準點的布設與檢驗

2.1.1 水準基準點埋設

本次監測基準點將沿隧道走向布設兩組基準點，編號為BM 1、BM 2、BM 3、BM 4。基準點布設與高程測量按照國標《工程測量規范》(GB50026－2007)中的規定執行，如圖1所示。

圖1 水準點布置圖

2.1.2 工作基準點布設與檢驗

工作基準點是直接用于對變形觀測點進行觀測的控制點，其埋設位置既要考慮到便于觀測，又要考慮它的穩定性，因此，本工程工作基準點根據現場實際情況，約設3～5個工作基準點。為檢測工作基準點穩定性，根據施工進度情況，擬每一周監測一次，監測時按國家二等水準規范觀測的技術要求進行往返觀測。工作基點穩定后,則可每二周監測一次。

2.2 監測點的埋設

1）頂管過地鐵區間隧道上、下行線已建好的隧道結構內拱頂剖面沉降監測點。頂管段施工過地鐵正上方是區間隧道結構的重大風險源之一，因此加強區間隧道結構拱頂剖面監測工作是控制施工風險的重要環節。根據設計圖紙和現場查勘，在東圃東圃站～三溪站區間離東圃站約150m處布設監測點。

東圃站～三溪站區間：

上行線：離東圃站約150 m處計劃布設5個斷面每個斷面3個監測點，斷面間距10m，共計15個監測點，編號為SX1-1-SX1-3～SX5-1-SX5-3；

下行線：離東圃站約150 m處計劃布設5個斷面每個斷面3個監測點，斷面間距10m，共計15個監測點，編號為XX1-1-XX1-3～XX5-1-XX5-3；

2）頂管過地鐵區間隧道交叉范圍內20 m范圍內建 (構)筑物、橋墩等沉降監測。建筑物沉降觀測點直接用道釘布設在外墻角、門窗邊角、立柱等突出部位，橋梁，工業廠房監測點宜布置在獨立柱基上，圓形、多邊形的建（構）筑物宜沿縱橫軸線對稱布置；并隨上述地面沉降監測點同方法、同線路、同時觀測。

對于年代久遠、保護建筑，測點布設應根據建筑物的結構情況、基礎形式、年代遠近酌情而定。必要時在施工前需會同施工部門在隧道沿線重要建筑物巡視、觀察，若發現先期明顯裂縫，應采取貼石膏餅的方法觀測裂縫的后期變化，必要時拍照存檔。

橋墩監測點 (Q1-Q6)布設 6個，路面沉降（D1-D8）布設8個。

埋設：用沖擊鉆成孔直接將直徑1cm長約8 cm～10 cm的道釘敲在建筑物的四角（拐角）處，道釘伸入建筑物墻體不少于4 cm，并使其牢固，然后用油漆標好記號。

3）黃埔大道路面沉降監測點（CJ1-CJ8）。在頂管段推進施工時，為了解各個施工對外側土體的擾動影響，沿頂管軸線走向布設沉降點。在瀝青道路且車輛不經過的地方，可直接用道釘埋入地面，其頂部突出地面5mm以下。在軟土質區，首先用小鉆機破土層，開一個直徑不小于13 cm（便于標尺放入）的孔，用鐵錘將不短于30 cm的鋼筋敲入土層（注意地下管線埋深），鋼筋頂部應低于路面3 cm～5 cm，鋼筋周圍用砼加固。

2.3 監測儀器與方法

測量儀器：采用DSZ2精密水準儀及相應的銦瓦水準標尺。

測量方法：起算采用假定高程。觀測時采用水準閉合測量（對非閉合線路上的測點，從閉合線路引測必須控制在2站以內），測量監測點的高程，計算本次變量和累計變量。

在該項目中，沉降監測采用二等水準測量方法，進行閉合路線或往返觀測。作業要求如下：

1)水準每站觀測高程中誤差M 0為±0.3mm，水準路線，其附合差、閉合差Fw為±0.5mm(N為測站數)；

2)垂直位移監測點往返測量兩次取平均值作為初始值；

3)每天工作開始前檢查標尺水泡、儀器氣泡，發現異常應停止工作檢查儀器，改正合格后方可施工；

4)每次觀測前應檢查水準儀 i角,保證其不大于15″,否則應先校正到限差范圍內，定期對儀器 i角進行檢查；

5)測站的設置視線長度不得大于35m，前后轉站點視距差不得大于1.5m,路線轉站點視距差累計值不大于5m；每次觀測過程中盡量做到固定人員、固定儀器、固定測站、固定路線，以盡量減小人工和系統誤差。

3 沉降監測結果處理和分析

3.1 沉降監測內業計算方法

所有監測數據，都按規范規定要求的各項限差進行控制。內業中，利用合格的外業監測數據，用“平差易”軟件計算環線閉合差并按測站數進行平差，準確計算出各點的高程。與第一次和上次監測的較差，即為該點的累計沉降量和本次沉降量。

一個測站的計算和檢核：h中=(h基+h輔-3.0155)/2，后減前h=h后-h前

閉合差的計算：

3.2 監測成果與變化分析

1)沉降量報表。廣州地鐵五號線第三方監測在主體結構施工階段是一周一次,根據各次變形監測點的高程數據,可以統計出每次監測點的沉隆量,M icrosoft Excel提供了豐富的統計函數功能,再結合自編的程序,可以輕松制作出沉降量周報報表 (見表 1)，由于篇幅有限，本文只對黃埔大道頂管沉降其中的 6個監測點（CJ1-CJ6）進行分析。

表1 頂管沉降累計變化量/mm

2)沉隆量曲線圖。圖表具有較好的視覺效果,可方便用戶查看數據的差異、圖案和預測趨勢。在沉降量曲線圖中,可以直接查看到最小沉降點和最大沉降點,當沉降趨勢較明顯時,可引起用戶的注意。我們利用 M icrosoft Excel的圖表功能自動生成沉降量曲線圖,在Excel中,圖表是和數據表相鏈接的。橫坐標以觀測時間(T）為單位,縱坐標以累計變化量（mm）為單位,坐標刻度以2mm為主要刻度,這樣足以反映出大于2mm的沉降量,如果監測的數據本次變化量，變化速率，累計變化量超過了報警值，就應該向施工單位發出報警單，采取措施，避免事故的發生 (見圖2)。

圖2 頂管沉降累計變化量曲線圖

3)變形預報和安全判斷。在考慮施工進度 (主要是隧道開挖進度)和監測點沉降量統計分析的基礎上,采用數值分析中的線性內插法來推算時域外的變形值。因為外推預報值時使用最近的兩次監測值,對于連續下沉的監測點有簡單實用的優點。

式中，y為沉降量;t為時間。

沉降觀測數據為地鐵安全施工提供一個重要依據,因而具有十分重要意義。監測項目中建 (構)筑物沉降、裂縫,地表沉降,直接用來評價地鐵施工對周邊環境的影響程度。從我們前期的監測數據顯示來看,頂管過地鐵區間隧道上、下行線已建好的隧道結構內拱頂剖面沉降監測點整體沉降量較大,這與頂管施工進度相關,同時也說明了我們的作業方法良好。根據設計單位要求,確定報警值。①路面沉降：累計變形范圍＋10mm～－35mm，速率≤3mm/天。②橋墩沉降：累計變形范圍＋8mm～－8mm，速率≤1mm/天。③盾構沉降：累計變形范圍＋5mm～－5mm，速率≤1 mm/天。當沉降量接近限值時,則及時向業主及相關部門匯報情況,并同施工單位共同分析原因,以便采取處理措施。對于頂管路面每次監測點沉降量大于3mm的,要在報告中加以說明并進行回歸分析,對變形趨勢進行預測預報。

4結語

變形預報采用線性內插法的變換形式來外推預報值,在短期內較回歸分析更具現實意義,從數學方法上來說,短期內的一元線性回歸方程與線性內插公式的變換形式基本等效。當然，還可以對監測的數據進行時間序列分析模型和灰色理論模型進行預測，從而預測未來建筑物和地面點等下降的趨勢，從而避免不必要事故的發生。

沉降量曲線圖能較沉降量報表直觀地反映監測點的變化情況,可以預測監測點變化趨勢,以便及時將信息反饋至監測管理單位。此外,每月要對施工地段巡察至少一次，確保沉降影響范圍內的建筑物及地面沒有異常情況，沒有出現裂縫、裂紋。

當監測變形值接近或達到極限 (報警值)時,要充分考慮施工的實際情況,進行綜合分析,及時準確地把握地鐵周圍的建筑物、頂管和地面點的變化趨勢,提出切實可行的對策,以超前意識全面地指導施工,使重大建筑工程保質、保量、安全地順利實施。

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SubsidenceMonitoring Methodsand Data Processing ofGuangzhou Metro

by LIU Jianting

Theground subsidence observation is themostimportant thing for the safety of subway construction.The surveying data can evaluate the construction impact on theground surfaceand theenvironment.The topicsdiscussed in thispaperincluded themethod of subsidence observation used in Guangzhou subway construction,the dataprocessing of subsidenceobservationand thedeformationanalysis forground and buildingsaffected by thementioned construction.The paper also gave away to forecast the deformation value.

subsidence observation,DSZ precise level,data processing,statistical analysis （Page:122）

P258

B

1672-4623(2011)02-0122-03

2010-01-21

劉建廷，助理工程師，研究方向為工程測量。