深圳地鐵5號線結構變形監測研究

韋選萬

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

1 引言

隨著城市軌道交通的飛速發展，軌道交通線網越來越密集，既有線路的正常運營和結構的安全性，成為人們關注的焦點[1-2]。就目前國內外的研究現狀而言，已有大量學者對地鐵隧道結構變形引起的安全問題進行研究，例如蘇濤在《在建基坑影響下地鐵隧道的變形監測研究》一文中介紹了一種利用高精度全站儀、紅外測距儀及數據自動采集器的全自動變形監測方法，來準確監測基坑施工對地鐵隧道變形的影響[3]；柯成建在《城市暗挖隧道下穿不同結構形式既有線變形特性分析》中介紹了新建線路下穿既有線的工程引起的隧道結構變形等[4]。此類研究只側重地鐵某一個部位或某一個區間的結構變形的安全問題，并未對既有整條運營線路結構變形監測進行詳細研究。

本文以深圳地鐵5號線為試點，從既有整條運營線路的變形量監測出發，使用經過特殊加工的精密對中支架，全面采集精確數據，在已有監測數據資料的基礎上，通過為期一年的監測統計分析，為地鐵安全運營提供有力保障[5]，為考察地鐵隧道運營安全、研究隧道變形規律提供可靠的參考數據。

2 監測點布置

地鐵運營期變形監測點位布置及其密度應根據隧道經過地區的工程地質、地下水、地面建筑負載情況及施工方法而定，在地質不良及盾構機掘進地段宜加密布置，其他區段監測點位布置間距可適當加大。

2.1 水平位移監測點布設

在列車運行區間及各車站的道床中央均布設水平位移監測點，點位密度60米，定義點號含“P”或“K”的觀測點為水平位移觀測點。

2.2 垂直位移監測點布設

垂直位移監測點位于區間及其車站的道床中央，點位密度為30米，定義點號含“P”或“K”的觀測點為水平位移觀測點，同時也作為垂直位移觀測點，點號含“C”的觀測點只觀測垂直位移。結構縫、車站與區間銜接處、聯系井與隧道銜接處兩側加布垂直位移觀測點。

3 觀測方法

3.1 基準點的選定

垂直位移、水平位移觀測基準點均埋設于車站兩側排水溝，每個車站埋設基準點6個，垂直位移、水平位移基準點使用統一標志。為提高觀測精度，觀測時將站臺每側兩端基準點構成基準網進行觀測，站臺兩側中間的兩個點只作為穩定性檢驗使用。

3.2 水平位移監測

為保證測量精度，準確反映監測點的變形情況，水平位移監測將隧道內的控制點與車站基準點組成水平位移監測控制網，并按照Ⅱ等水平位移監測控制網要求進行觀測，在彎道處兩控制點不能通視時，將導線邊長縮短至60米，即把觀測點納入導線控制網中，其他觀測點采用極坐標法，在監測控制網點上設站對其進行觀測。

因地鐵隧道現場條件的限制，本文采用精密導線法進行測量。根據現場實際情況盡可能控制相鄰導線邊長比值大于1/3，且在一個導線網里相鄰導線邊長比值接近1/3的導線邊數不允許超過導線邊長總數的1/3，以保證控制導線的測量精度。

3.3 垂直位移監測

垂直位移監測嚴格按《城市軌道交通工程測量規范》（GB 50308—2008）、《建筑變形測量規范》（JGJ 8— 2007）、《國家一、二等水準測量規范》（GB/T 12897—2006）、《工程測量規范》（GB 50026—2007）等相關技術要求進行。

4 監測實驗分析

4.1 水平觀測分析

水平位移觀測采用車站的基準點為坐標起算點，為保證監測數據的準確性和連續性，平差計算前采用檢查相對關系的方法對基準點的穩定性進行檢驗分析。具體算法以基準網中兩個點的坐標為起算點，推算網中其他點的坐標，如推算出的坐標與原坐標的差值小于極限誤差（取2倍觀測中誤差），則認為基準網點間相對變形不顯著，并將其坐標作為觀測點平差的起算數據。水平位移基準網穩定性檢驗計算結果如表1所示。

表1 水平位移基準點穩定性檢驗成果表

從表1可以看出，前海灣、興東、百鴿籠三個站，基準網點間發生相對沉降，其他區間變化不顯著。

（1）前海灣—臨海區間，部分觀測點水平位移量接近預警值，最大位移為14.49mm。

（2）興東—留仙洞區間，上行線平位移量最大為13.19mm，已超出預警值；下行線平位移量最大為9mm，未超出預警值。

（3）長嶺陂—深圳北區間，上下行線部分觀測點水平位移量達14mm，已超出預警值。

（4）布吉—百鴿籠區間水平位移量最大為9mm，已超出預警值。

4.2 垂直觀測分析

垂直位移基準點穩定性檢驗主要檢查相鄰基準點的高差變化。如果基準網點間高差變化值小于極限誤差（取2倍觀測中誤差），則認為所檢測的基準點是穩定的。經檢驗基準點間無變化或變化不顯著時，將其坐標作為起算數據。垂直位移基準網穩定性檢驗計算結果如表2所示。

表2 垂直位移基準點穩定性檢驗成果表

從表2可以看出，前海灣、寶華、坂田、楊美四個站，基準網點間發生相對沉降，其他區間變化不顯著。區間垂直位移具體變化情況如下：

（1）前海灣—臨海區間，上下行線K0+000～K0+810（臨近該區段有地鐵11號線前海灣站的施工）垂直位移量在-11mm～-4mm之間，變形比較顯著。

（2）寶華—寶安中心區間，K2+850～K3+300(臨近該區段有深圳市西岸時代廣場基坑施工)垂直位移量介于-6～-4mm之間。

（3）五和—坂田、坂田-楊美兩區間多數點呈上升趨勢，垂直位移量最大達到4mm。

（4）楊美—上水徑區間，K25+860～K26+600區段垂直位移量介于1～4mm之間，其他觀測點變化不顯著。

綜合分析，前海灣站、前海灣—臨海區間、西麗—大學城區間、長嶺陂—深圳北區間均有部分區段垂直位移變化顯著，大學城—塘朗高架段上下行線垂直位移差異變形較大，前海灣—臨海區間水平位移量超出預警值。要對類似以上觀測點有顯著變形的區間及時進行處理和重點跟蹤監測，以避免安全事故的發生。

5 結束語

地鐵的安全運營是保障公共安全的第一要務，隨著地鐵運營年限增長，不可避免地會出現線路老化。本文以深圳地鐵5號線為例，詳細介紹了既有地鐵隧道的變形監測方法，從線路整體尋找影響地鐵安全運行的風險點，為地鐵安全運營提供有力保障，為考察地鐵隧道運營安全、研究隧道變形規律提供可靠的參考數據。