簡述變形監測在地鐵施工中的應用

李書群，華建兵

（合肥學院 建筑工程系，安徽 合肥 230000）

1 概述

隨著經濟建設的快發展，城市現代化建設步伐的加快，交通壓力是越來越多城市需要緩解的緊急問題[1]，城市軌道按載客量的不同分為輕軌和地鐵，由于地鐵它具有載客多、時速快、營運時間準、污染較少和安全舒適等特點，很多城市選擇建設地鐵的方法來緩解地面交通壓力.地鐵建于復雜的城市環境條件，在地下開展工程建設破壞了原有穩定的地下結構[2,3]會引起地鐵地表發生變形.那么形變量達到什么程度會使周圍建筑物受到較大的影響甚至倒塌，這就需要在地鐵施工期間進行監測以便可以及時發現和預報險情的發生并且了解險情的發展程度，為及時采取安全補救措施提供參考.

地鐵施工變形監測，與其他建筑物構筑物的變形監測相比，都屬于精密工程測量，要求監測精度高以外，還要求監測周期的更短，基坑開挖階段要觀測3次/天，變形量更小等特點，對于變行量本身就很小，所以要求采用的觀測方法和觀測儀器精度一定要高，符合要求，盡量減小數據誤差.

2 變形監測方案的設計

地鐵周邊建筑物變形監測方案設計，主要包括基準點網設計、監測點布設、觀測儀器、測回數、觀測周期數和周期觀測時段長的確定[4]等.

2.1 變形監測基點網的設計

變形觀測中的測量點通常分為：基準點、工作點和觀測點[4].基準點通常位于變形影響區域外、而且其點位穩定不易發生變形，作為建筑物是否發生變形的參照基準點，作為量取數據分析的依據.為保證觀測基準點穩定，要求遠設或者深埋，但一般難以實現，即使實現了，也有較大的觀測誤差，因此需要設置便于監測的工作基點.基準點網由基準點和工作基點構成，把所有的工作基點和工作點都納入同一個控制網形之內，布設成一個獨立的控制網(如交會網、導線網、基準線網等)，以便于觀測和數據計算[4].基準點的穩定性分析可采用組合后驗方差檢驗法，該方法理論嚴密，且簡便易行，使用率高，可以較容易判斷顯著變動的基準點.

2.2 變形監測點布設方案設計

變形監測點是直接布設在監測的建筑物上，用以測定變形建筑物的變形量，根據要監測建筑物地質結構及其自身結構特點，根據監測點布設既要有足夠的密度，以便反映出整個基礎的沉陷情況，也應盡量減少不必要的觀測點，以避免不必要的人力、物力的浪費的原則下設計變形監測點布設方案，使用CAD軟件繪制監測點分布設計圖.

2.3 觀測周期的選擇

變形觀測需要周期性重復觀測，在制定監測方案時要確定觀測周期或者觀測頻率，即每兩次測量的時間間隔觀測.

對于變形觀測的頻率應根據變形觀測的目的、形變量大小和變形速度和變形體具體性質來確定，變形速度越快，觀測間隔要求越短[4]，對于同一地鐵工程，在不同施工階段，觀測周期也有不同，在觀測初期，由于對變形規律不了解，通過頻率較密集的觀測來了解變形規律，要求觀測周期較短；而后期對變形規律有了一個的了解之后，選擇滿足該地鐵變形規律的周期即可，地鐵施工過程本身要求精度很高，而且隨著地鐵施工的進行變形特點也會隨之發生變化，所以不同施工階段要選擇合適的變形監測周期.

2.4 變形監測儀器的選擇和準備

地鐵的主要監測項目包括：隧道垂直沉降監測和隧道直徑收斂監測.根據監測項目選擇儀器，對于垂直沉降選擇高精度電子水準儀及銦瓦合金水準尺；對于隧道直徑的收斂采用反射全站儀和收斂尺配合使用.所以儀器及工具在使用前送到專業檢測機構對以前及工具進行檢校.

3 變形監測方案的實施

根據方案設計原則對于某地鐵一標段車站項目進行變形監測方案的實施.

3.1 基準工作點的設置

基準工作點設置在相對穩定車站結構，共布設垂直位移工作點埋設3個并進行編號，所有垂直位移工作點一周聯測一次，車站內垂直位移工作點兩次聯測高程控制值為+1.0mm.

3.2 沉降觀測點的布設

沉降測點分布在進、出線各監測斷面內的隧道底拱軌道路基上，利用原有沉降測點或者采用沖擊鉆射釘槍在測點位置處埋入（或打入）頂部為光滑凸球狀的鋼釘，鋼釘與混凝土體間不應有松動，測點處有明顯的測量標記.以合肥市地鐵1號線某隧道工程為樣例（見圖1），在其內向各55m范圍內以4m間距共布置監測截面30點，共監測120m范圍，上、下線相同，分別按上行線選擇30個點進行編號和分別按下行線選擇30個觀測點進行編號.

圖1 某地鐵車站段監測點分布圖

3.3 周期觀測

3.3.1 觀測周期的選取

監測頻率布置的基本原則是必須在確保運行安全的前提下，從實際出發，根據業主的要求,結合本工程自身的特點，自始至終要與施工的進度相結合，滿足施工工況的要求，在“全面、準確、及時”的原則下安排頻率以及監測進程，盡可能建立起一個完整的監測預警系統.

（1）施工開始前將所有測點布設好并取得初始值3次；

（2）盾構機頭到達隧道30m處為1天/次；

（3）盾構機頭遠離隧道30m后為2天/次；

（4）施工結束后2次/月.

3.3.2 觀測數據預警判斷

根據《上海市軌道交通管理條例》的有關規定并結合本工程的實際情況,工程施工期間軌道交通設施變形的控制及其監測報警值的確立，必須滿足安全運行的條件，因此，報警值控制標準如下：

（1）二軌道橫向高差<2.0mm；

（2）軌向偏差和高低差最大尺度值<4.0mm/10m；

（3）隧道結構最終絕對垂直位移以及水平位移<5.0mm；

（4）隧道結構位移日變化速率≦0.5mm/day.

當以上各項指標如達到50%就報警.發生預警就要及時檢查問題，解決問題，防止發生安全隱患.

3.4 監測儀器的準備及觀測

3.4.1 監測儀器的準備

3.4.1.1 觀測點垂直沉降觀測

觀測點垂直沉降觀測采用觀測原理是用水準儀觀測測點高程變化情況.本次觀測采用的儀器是徠卡NA2型水準儀及其配套的銦瓦合金尺.采用該儀器觀測精度可以達到0.5mm/(km).

3.4.1.2 隧道直徑的收斂觀測

隧道直徑的收斂觀測采用觀測原理為首先在隧道中心橫向直徑位置安裝測點，并用激光無棱鏡反射全站儀讀取隧道直徑的絕對值，然后采用收斂尺對隧道中心橫向直徑進行高精度測試.最后將收斂尺監測的變化量累加到全站儀讀取的隧道直徑絕對值上，從而得到隧道直徑變形的絕對變化.

采用儀器是激光無棱鏡反射全站儀TCR1101和美國SLOPE INDICATOR公司的收斂尺.測量精度可以達到0.13mm.

3.4.2 沉降部分觀測過程

（1）建立水準測量控制網，在遠離施工區域（大于4H）的穩定的基礎處設立3個基點，整個沉降測量系統采用二等水準測量，在此基礎上聯測其水準高程，位移采取單向定位測量方法.

（2）每天工作開始前檢查標尺水泡、儀器氣泡，以及水準儀i角，并做好記錄，如發現異常應停止測量工作，送專業部門檢修，合格后方可使用.

（3）水準測量觀測按二等要求采用單路線往返閉合測量，采用定人、定儀器、定標尺、定線路、定點進行觀測.

4 小結

地鐵施工是一項精密工程，及時精確的掌握施工中的變形數據，對于地鐵施工的安全性具有重大意義.在科學合理的制定變形監測方案后，嚴格按照方案進行監測，保證在地鐵施工過程中，及時掌握施工變形數據，對地鐵施工進行反饋，保證地鐵施工的平穩和安全.

〔1〕楊燕.城市軌道交通車站與周邊建筑結合的案例剖析[J].都市快軌交通,2012,1(25):58.

〔2〕徐耀德,等.城市地鐵施工測量安全及安全監測預警信息系統研究[J].城市軌道交通研究，2013（2）：19.

〔3〕顧明,袁東進.基坑開挖過程中周邊建筑物變形監測與分析[J].南通紡織職業技術學院學報（綜合版）,2012,12(3):21.

〔4〕張正祿，等.地鐵變形監測方案設計與變形分析[J]測繪信息與工程,2010，35(6):25.