軌道交通工程水平位移監測方法初探

□ 王永翔

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

0.引言

軌道交通結構受建設質量、埋設地質條件、賦存環境、運行中的反復振動及動靜荷載等影響，建成后結構整體沉降、差異沉降以及隧道結構的管徑收斂變形等問題長期存在，較大的結構變形易導致地下軌道結構開裂滲水，當結構變形超過設計標準時，將對列車運營的舒適性產生一定影響，甚至還會影響線路使用壽命、對運營安全造成威脅。特別是通車運營多年的工程，將會產生較大的位移，局部變形是一個長期的過程，并且差異變形明顯，需要對局部隧道及時進行結構加固。

同時，城市軌道交通的開通極大地改善了沿線區域交通狀況，導致沿線地價升值、鄰近地鐵的外部施工活動頻繁，從而造成交通設施變形。長期的實踐經驗表明，己運行的軌道交通結構的變形受鄰近施工活動的影響顯著，特別是軟土地區的軌道交通結構，鄰近工程的堆載、卸載、樁基施工、基坑開挖、爆破、頂進、灌漿、錨桿等外部作業均可能對軌道交通結構產生相應位移或變形影響。

1.水平位移監測方法

水平位移監測主要在外部作業項目段的工程影響監測時候實施。

1.1 水平位移測量采用獨立坐標系時，坐標系的一個坐標分量宜大致平行于線路走向、坐標值宜為近似里程值。水平位移監測也可采用地方獨立坐標系，監測成果應計算成垂直于線路中線方向的位移分量。

1.2 一般設定監測區段長度小于300m、通視條件良好時，水平位移監測可采用視準線法、小角度法或自由設站基準線法等方法實施。范圍較大或通視條件不佳時，可采用導線網、邊角網等形式布設水平位移控制網。根據《建筑變形測量規范》《工程測量規范》等要求，水平位移控制測量主要技術要求按照表1的精度指標設定。

表1 水平位移控制測量技術要求

1.3 水平位移觀測要求

1.3.1 水平位移基準點設置方法

基準點需設置在變形區域外、位置穩定、易于長期保存的地方，采用固定儀器臺或固定棱鏡的方式，工作基點宜采用固定儀器臺布設；采用視準線法、小角度法實施時，設置設站點、定向點、檢查點等3個以上基準點；采用自由設站基準線法實施時，在變形區域外的兩端各設置3個以上基準點，在觀測范圍的中部設置工作基點；采用其他方式布設水平位移基準網時，監測范圍兩側的基準點均不應少于2點。采用基準線法進行水平位移觀測時，由兩個穩定的基準點構成一條基準線，歷次比較各個觀測點距離基準線的垂距、計算水平位移量，此法適用于觀測點偏離基準線距離較小的場合?；鶞示€應有檢核條件，基準線位移后能及時發現并恢復，每條基準線至少設置三個基準點。

1.3.2 采用設備。水平位移測量采用測角精度不低于±1″、測距精度不低于±（1mm+1×10-6×D）的全站儀觀測。

1.3.3 水平位移控制網的水平角觀測方法

采用方向觀測法，當方向數多于3個時應歸零，導線測量時，當導線點上只有兩個方向時，要按左、右角觀測。水平角觀測若采用測角精度為0.5″的儀器時，測回數為4；若采用測角精度為1″的儀器時，測回數為6。根據《建筑變形測量規范》《工程測量規范》等，觀測限差應符合表2的要求。

表2 方向觀測法精度設置要求

需要注意的是：當照準方向的垂直角超過±3°時，該方向的2C互差按同一觀測時間段內相鄰測回進行比較，其互差指標不變?？刂凭W中，若視距小于50m的短邊觀測時，限差可放寬為表2的2倍。導線測量每測站左、右角閉合差不應大于2mβ，導線的方位角閉合差不應大于為測角中誤差，n為測站數）。

1.3.4 水平位移控制網的電磁波測距設置方法

根據《建筑變形測量規范》《工程測量規范》等要求，距離應往返觀測，需符合表3的要求。測距邊歸算到水平距離時，應在觀測的斜距中加入氣象改正和加常數、乘常數改正。外業觀測結束后，需檢查往返邊長較差、閉合差等外業限差符合情況，對超限數據及時重測或補測。

表3 電磁波測距技術要求

2.歷次觀測要求

外部作業對應的投影區段范圍內，監測點需按5m-6m間距布設；投影區段范圍外可適當放寬。水平位移監測點需設置在隧道結構上，采用小棱鏡等固定觀測標志。在后續觀測前應檢測基準點的穩定性，基準點檢測要滿足以下技術要求：

（1）視準線法、小角度法每次觀測前應檢查設站點、定向點、檢查點的相互關系，水平角、距離需觀測2測回。

（2）自由設站基準線法每次觀測前應聯測所有基準點間的位置相互關系，檢測時水平角、距離需觀測2測回。

（3）導線網、邊角網等其他形式布設的水平位移控制網需每月檢測1次。每次測量時應進行設站點的相鄰點夾角、相鄰點距離檢測。

（4）與在用值比較，基準點的水平角較差小于3.6″、距離較差小于4mm時，認為基準點相對穩定。

3.位移點的測回數計算

應根據采用儀器的精度等級按如式（1）計算各觀測點的測回數。當計算的測回數小于1時，應觀測1測回。

式中：n為測回數;mβ為單測回觀測精度（″）；D為測站至觀測點的距離（m）；mp為坐標分量中誤差（一般要求為±2.0mm）；ρ為常數（ρ=206265）。

4.水平位移監測的內業計算和成果要求

（1）水平位移監測計算前應對基準點的穩定性進行檢驗，選用穩定的控制點。

（2）視準線法、小角度法、自由設站基準線法通過比較歷次監測點與基準線的垂距計算水平位移量。

（3）自動化監測系統宜能自動剔除粗差，對未觀測的方向自動補測，對觀測數據進行觀測限差檢查，對超限的觀測數據進行自動重測。

（4）數據處理前應進行基準網穩定性判斷，對異常觀測值及時補測。

（5）對多次觀測的數據成果進行比較分析，確保數據成果真實可靠。

5.結束語

水平位移監測作為軌道交通工程監測的一個子項，通過對其技術路線的探討，能夠獲得高精度的觀測數據和成果，以便提前發現和排除工程隱患，保證工程正常安全運營和養護，為測繪同仁提供有益的方法和思路。