地鐵運營期結構長期監測技術探討

林家海

(南昌軌道交通集團有限公司運營分公司，江西 南昌 330038)

地鐵工程為城市重點工程項目，在地鐵隧道運營期間，因隧道結構形式，水文地質環境、周邊施工及列車荷載等因素，其隧道結構通常會發生形變，嚴重時則影響運營安全。為了及時掌握地鐵結構的變形情況，選擇代表性部位進行沉降、收斂等變形監測，對變形較大的地段及時采取適當的補救措施，對保證地鐵安全運營和長期節約維修成本具有重要的意義。

1 監測要求

1.1 監測內容

長期監測屬于普查性監測，監測內容因地鐵結構形式、地質情況及外部影響特點有所差異，對于盾構隧道通常包含道床沉降監測及管環的收斂監測，對于箱涵式矩形隧道主要實施沉降監測。在已發現的結構病害嚴重區域或外部影響較為明顯的區域一般要求施測隧道結構的水平位移。

1.2 監測點密度

1） 盾構隧道沉降監測點密度宜為6-20 米間隔，對于收斂監測建議為5 環間隔。地下車站道床區域宜每30-50米布設沉降監測點，道岔區域應加密布設；2） 矩形隧道要求在矩形結構拼接縫兩側1-5 米位移布設沉降監測點以監測差異沉降量，如單節矩形段長度超出40 米，宜在矩形段中心位置加密布設監測點；3） 明挖結構（車站、風井、盾構井） 與區間隧道交界處、隧道與聯絡通道處等的差異沉降。

1.3 監測頻率

根據城市軌道交通相關規范及實際運營管理經驗，地鐵運營期結構長期變形監測采用近期、遠期結合的方式進行。通常在全部施工完成后通車運營前完成監測初始值測量，正常情況下運營后的第1年每季度監測一次，運營后第2年每半年監測一次、兩年以后每年監測一次，具體監測周期應根據實際結構穩定狀態確定。

2 監測方法

2.1 沉降監測

1） 高程基準，基準點是維系沉降監測的高精度基準，通常以基巖水準點形式布設地鐵線路周邊穩定區域。考慮到地鐵車站結構含深樁基礎，為便于日常監測工作的開展，工作基點可布設在地下車站內，為保證工作基點高程值的穩定可靠，應定期進行基準網復測并進行沉降基準點穩定性檢驗；2） 沉降監測方法，沉降監測以常規幾何水準為主，監測精度要求為高程中誤差±0.5mm，相鄰監測點高差中誤差±0.3mm。考慮到單個區間隧道較長，一般按照一等水準精度要求實施測量。

2.2 收斂監測

收斂監測主要監測水平收斂，通常采用固定測線法，精度要求約1mm。監測可采用的儀器方法有全站儀解析測量法和收斂計測量法，可采用多測回方式提供收斂監測精度。

2.3 水平位移監測

1） 控制測量，地鐵單線區間隧道長度通常為1 公里左右，水平位移測量前應先進行平面基準傳遞，可采用的方法有精密導線（一級導線） 或CP3 控制網；2） 位移監測，位移監測通常采用全站儀極坐標法直接測量位移監測點的三維坐標。宜采用精度高且具有自動照準功能的全站儀，可避免人為照準誤差，顯著提高坐標測量精度。

3 相關問題及應對方法

3.1 監測數據時效性不足

當前監測施工主要利用地鐵運營天窗期，對于隧道變形病害嚴重區域或外部施工影響風險等級較高區域，而人工監測對變形結果的反饋往往較為滯后，不能滿足對地鐵結構設施的安全管控要求。應細化監測管理細則，明確自動化監測技術方法及啟用條件，對重點區域納入自動化監測，解決監測時效性問題。

3.2 監測空間覆蓋面不夠

當前地鐵監測均采用抽樣式監測，因盾構隧道管環具有一定的獨立性，采用抽樣式監測僅能反映當前環的收斂狀態，對于其他未抽檢的管環其形變狀態是無法準確掌握的，存在監測覆蓋面不足。應采用三維激光掃描技術，全面無縫獲取整個隧道的點云數據，可分析任意環的收斂、錯臺、橢圓度等信息。

3.3 非全生命周期監測

當前運營期監測基本是在運營接管后才進行的，在隧道鋪軌完成至運營接管期間通常存在半年左右的監測空白時間，將期間的隧道形變量納入到運營期監測中才能掌握隧道建成后的全部形變狀態。建設單位應將鋪軌后期間納入施工監測范圍，同時向完整交接施工期監測數據。

4 結語

地鐵結構設施為基礎設施，監測工作的成功與否是確保地鐵運營安全預測預報的重要因素之一，監測數據不僅精度要求高而且必須有高度的可靠性，為地鐵的安全運營提供技術參數和決策依據。相信隨著自動化監測、基于軌道的移動三維掃描檢測、信息化監測管控技術的發展及應用，地鐵結構安全保障工作將更上一個臺階。