地面沉降監測在地鐵建設中的應用及總結

摘 要：地面沉降的監測工作開始于20世紀中期，隨著地面沉降的加大，危害加深，相應監測手段也在不斷進步，文章通過對軌道交通工程施工過程中的基坑及隧道本體以及其周邊環境等實施監測，充分發揮信息化施工及動態管理手段，分析監測數據，找出變形規律、預測變形情況，分析判斷施工的科學性、合理性，優化設計施工參數，保證軌道交通工程本體及周邊環境的安全。

關鍵詞：地鐵；沉降；監測

引言

地面沉降監測反映了地鐵施工過程中對周圍地表的影響及變化情況，在實際施工中，監控量測方案的制定應覆蓋施工活動對地鐵工程及影響范圍內的周邊環境的各個方面，監測手段選擇應可靠、科學，地表沉降監測數據與其他監測手段相結合，監測項目之間有機結合，相輔相成，監測數據能夠互相印證，共同反映地鐵工程及周邊環境的影響及變化情況，綜合分析，指導施工。

1 地面沉降監測原理及設計原則

1.1 地面沉降監測原理

根據軌道交通工程基坑或隧道所處施工環境、工程地質水文條件、施工方法及進度等綜合考慮確定地面沉降監測方案。地面沉降監測方案一般包括測點設計、布點數量及方法，監測數據處理、監測數據預警和報警控制指標、信息反饋等。地面沉降監測外業數據采集采用水準測量方法，使用精密水準儀及配套銦鋼尺進行。

1.2 地面沉降監測設計原則

1.2.1 系統性原則

（1）所設計的各種監測項目有機結合，相輔相成，測試數據能相互進行校驗。

（2）發揮系統功效，對監測對象進行全方位、立體、實時監測，并確保數據的準確性和及時性。

（3）在施工過程中進行連續監測，保證監測數據的連續性、完整性、系統性。

1.2.2 與設計相結合原則

（1）對設計使用的關鍵參數進行監測，以便達到進一步優化設計的目的。

（2）對評審中有爭議的工藝、原理所涉及的部位進行監測，通過監測數據的反演分析和計算對其進行校核。

（3）依據設計計算確定支護結構、支撐結構、周邊環境等的警界值。

1.2.3 關鍵部位優先、兼顧全局原則

（1）對支護結構體敏感區域增加測點數量和項目，進行重點監測。

（2）對巖土工程勘察報告中描述的巖土層變化起伏較大的位置和施工中發現異常的部位進行重點監測。

（3）對關鍵部位以外的區域在系統性的基礎上均勻布設監測點。

1.2.4 與施工相結合原則

（1）結合施工工況調整監測點的布設方法和位置。

（2）結合施工工況調整測試方法或手段、監測元器件種類或型號及測點保護方式或措施。

（3）結合施工工況調整測試時間、測試頻率。

1.2.5 經濟合理性原則

（1）在安全、可靠的前提下結合工程經驗盡可能地采用直觀、簡單、有效的測試方法。

（2）在確保質量的基礎上盡可能的選擇成本較低的國產監測元件。

（3）在系統、安全的前提下，合理利用監測點之間的關系，減少測點布設數量，降低監測成本。

2 地面沉降監測方法

2.1 基點埋設

為確保監測工作的可靠性、穩定性及連續性，在整個監測區域設立完整的沉降變形監測控制網，由控制網來控制日常的沉降監測。

監測控制網的布網原則：

（1）變形監測控制網的起算點或終點要有穩定的點位，為了減少觀測點誤差的累積，距觀測區不能太遠。

（2）為便于迅速獲得觀測成果，變形監測控制網的圖形結構應盡可能的簡單。

（3）在確保變形監測控制網具有足夠精度的條件下，控制網應盡量布設一次全面網。

根據以上布網原則，在整個監測區域布設沉降變形監測控制網。主要在各路口布設較穩定的控制網點，采用往返觀測附和線路，算出各點高程，作為測量時的起算點。在監測工期內應對控制網定期復核。

每月兩次對水準控制網進行聯測，修正其水準高程。為確保測量的精度，整個沉降測量參照二等水準測量進行。

基點應埋設在沉降影響范圍以外的穩定區域，并且應埋設在視野開闊、通視條件較好的地方；基點數量根據需要埋設，基點要牢固可靠。

2.2 基坑周邊地表沉降監測點布設方法

如圖1所示，根據各車站施工具體要求進行調整。

2.3 隧道上方地表沉降監測點布設方法

如圖2所示，根據各城市軌道交通工程區間隧道施工具體要求進行調整。

2.4 監測儀器

精密電子水準儀配套銦瓦條碼尺，或者精密光學水準儀配套銦鋼尺等。

2.5 數據采集方法

按變形測量規程中測站高差中誤差≤0.5mm的精度要求，用精密水準儀及其配套銦鋼尺進行數據采集。所有量測數據均采用統一的工程高程系統。基點和附近水準點聯測取得初始高程。觀測時各項限差宜嚴格控制，每測點讀數高差不宜超過0.3mm，對不在水準路線上的觀測點，一個測站不宜超過三個，超過時應重讀后視點讀數，以作核對。首次觀測應對測點進行連續兩次觀測，兩次高程之差應小于±1.0mm，取平均值作為初始值。

采用電子水準儀監測時，監測數據采集完畢后可以直接用數據線將數據導入電腦，使用軟件直接成圖。

3 數據處理及分析

地表沉降量測數據的分析與反饋，包括兩個方面：

（1）基坑或者隧道本體及周圍圍巖穩定性判斷。

（2）圍巖變形量的預測。

通過對基坑或者隧道本體及周圍圍巖穩定性判斷，以便采取各種安全防范措施，指導支護參數的調整和施工措施的決策，對于礦山法施工的淺埋暗挖隧道，還用于指導選擇二次襯砌的施作時機。

通過對圍巖變形量的預測，一方面可以用于確定沉降控制標準及相應的結構設計，另一方面，對于隧道施工可以指導預留變形量。

對于地表監測數據的時態曲線分析需要采集大量的原始數據，且要結合施工實際情況選擇適合的回歸分析曲線，數據處理相對復雜，且不直觀，在實際施工中應用不便。為了便于監測數據的實際運用，我們可以對量測數據進行形象化判釋，即對于連續性介質，通過對時態曲線的拐點判別，反映沉降發展過程，進而判別圍巖穩定性。拐點在理論上是選擇的時態曲線函數的二階導數，但是在圖形上直接表現為一個拐點，直觀形象，便于判別。

4 常見問題及主要對策

（1）測點埋設對于地表沉降監測非常重要。由于地鐵工程施工周邊環境千變萬化，測點埋設的難度也各有不同，例如盾構隧道恰好位于道路下方，布點時由于道路硬化的影響，很難將測點埋入原狀土內，如果不能將測點埋入原狀土，則該測點的數據必然不能真實地反應該位置的地表沉降情況，因此就會對決策造成誤導。

主要對策：地表沉降監測點的埋設必須嚴格按照設計及相關規范要求進行，將測點埋入原狀土，通過測點的監測，直接反映出對于未知原狀土的變形情況。例如，在馬路上布設監測點應使用水鉆等工具，將硬化層鉆透，之后將鋼筋或者其他材料制作的監測點打入原狀土內。

（2）地表沉降監測外業數據采集及數據處理及分析工作量大，專業性強，常常會因為數據采集頻率不夠或者采集時機不合理導致不能反映真實的變形情況，或者是因為監測人員數據分析能力不足，導致大量的數據分析不到位，或者無人分析，不能實時指導施工。

主要對策：監測頻率的選擇在地表沉降監測中非常重要，它直觀記錄了施工過程中地表或者圍巖的變形情況，頻率太密集則測量強度大，太疏松卻又不能及時反映位移變化情況。因此，應參照有關規范，結合施工實際情況，在開挖初期及開挖過程中監測頻率應該密集一些，開挖后隨著時間的推移逐步降低監測頻率。對于沉降速率快、累計沉降量大的監測點、監測斷面進行臨時調整，確保足夠的數據量，便于數據分析。

監測數據采集，有條件的情況下，盡量采用精密電子水準儀，數據采集完成后，直接采用數據線導入電腦，進行簡單的數據格式轉換之后，就可以利用EXCEL繪制各點的時態變化曲線圖，從拐點情況形象化判釋監測對象的穩定性，對于一些重要監測對象，需要進行回歸分析時，根據時態變化曲線圖形狀，選擇適合的回歸分析函數，計算回歸模型的極限值，指導施工參數調整。

5 注意事項

（1）選擇成熟先進的監控量測儀器和設備，同時應滿足量測精度要求、抗干擾性強、適應長期測試等條件。

（2）水準基點應埋設在變形區外，水準基點一般不少于三個，應埋設在道面基層以下穩定的原狀土層中，也可埋設在穩定的建（構）筑物的墻上。

（3）地表沉降監測點應埋設在能反應監測對象變形敏感的部位，并對測點采取有效的保護措施。例如對于盾構隧道施工，地表沉降監測中，位于隧道中線上的測點就尤為重要，測點布設時，在監測斷面布置的基礎上進行適當加密。測點一般低于地面10cm，防止測點被碾壓，必要時，測點上方加蓋保護。

6 結束語

通過以上敘述，可以看到在地鐵施工過程中進行連續監測，結合施工工況調整測試時間、測試頻率，保證監測數據的連續性、完整性、系統性。只要我們優化測量方案，利用先進的測量儀器，把握住每一個環節，就能滿足施工的要求。