地鐵道床沉降監(jiān)測技術(shù)分析

付俊峰

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司,天津300308）

由于不同地層、不同結(jié)構(gòu)類型具有不同的沉降速率和沉降量，達到穩(wěn)定所需的時間各不相同，導(dǎo)致地鐵隧道產(chǎn)生差異沉降；地鐵車輛運行帶來的結(jié)構(gòu)振動和位移，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)緩慢變形，隨著運行時間增加，結(jié)構(gòu)變形的長期累積也須關(guān)注；另外，在地鐵周邊進行施工作業(yè)、減少或增大地鐵周邊荷載、穿越地鐵既有線路等均會引起地鐵結(jié)構(gòu)的變形。這些變形一旦超過限度，就會影響地鐵的正常使用，嚴重時還會危及地鐵結(jié)構(gòu)的安全；因此，開展地鐵結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測非常有必要。

地鐵結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測包括道床沉降、道床水平位移、隧道結(jié)構(gòu)收斂等項目。地鐵道床監(jiān)測是一項長期、周期性、高精度的工作，通過監(jiān)控量測，分析比對道床結(jié)構(gòu)的沉降量、沉降差及沉降速度，通過對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，判斷地鐵結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施，對保證運營安全具有重要意義[1]。本文以洛陽地鐵1號線長安路站—上海市場站區(qū)間左線為例，對道床沉降監(jiān)測進行技術(shù)分析。

1 工程概況

長安路站為地下二層島式車站，總長309.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬19.70 m，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約17.23 m。上海市場站為地下二層島式車站，總長275.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬21.20 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深16.61 m，為雙柱三跨矩形框架結(jié)構(gòu)。

區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，由長安路站始發(fā)，上海市場站接收，左線隧道全長525.728 m，左線長鏈0.001 m。左右線間距14～15.5 m，最大縱坡1.772%。隧道結(jié)構(gòu)頂部最大覆土12.0 m，最小覆土9.8 m。

2 道床沉降監(jiān)測技術(shù)要點

2.1 點位布設(shè)

1）基準(zhǔn)點的布設(shè)。地鐵車站所處地質(zhì)條件較好，遇不良地質(zhì)皆進行地基處理，可以將車站看作一個巨大的穩(wěn)定剛體；因此，可以選擇車站的鋪軌控制基標(biāo)或任意設(shè)站控制點作為沉降監(jiān)測的基準(zhǔn)點，也可以在車站按要求埋設(shè)基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點應(yīng)均勻分布在車站范圍內(nèi)，數(shù)量應(yīng)不少于3個。

地鐵1號線鋪軌控制測量采用任意設(shè)站控制網(wǎng)測量方法，基準(zhǔn)點間距30～60 m，長安路站總長309.7 m，上海市場站總長275.6 m，兩個車站左線靠側(cè)墻位置均布設(shè)CPIII點5個，選取靠近車站中間位置的3個作為基準(zhǔn)點。

2）監(jiān)測點的布設(shè)。車站、區(qū)間隧道平均每隔30 m布設(shè)一個測點，位于隧道道床面，在變形縫兩邊加密2個點位，在聯(lián)絡(luò)通道處加密4個監(jiān)測點位，道岔區(qū)需在道岔理論中心、道岔前端、道岔后端等結(jié)構(gòu)部位各加密1個監(jiān)測點[2]。長安路站布設(shè)監(jiān)測點12個，依次為Z04C01～Z04C11及Z04C11-1；區(qū)間共布設(shè)監(jiān)測點19個，依次為Z04C11-2、Z04C12～Z04C28及Z04C28-1；上海市場站布設(shè)監(jiān)測點11個，依次為Z04C28-2及Z05C01～Z05C10。（-*為加密點）。

2.2 主要技術(shù)要求

依據(jù)規(guī)范中有關(guān)變形監(jiān)測的要求并結(jié)合地鐵自身特點，為達到變形監(jiān)測精度標(biāo)準(zhǔn)，使用高精度的測量儀器，按照變形監(jiān)測等級Ⅱ級技術(shù)要求，采用二等水準(zhǔn)測量方法進行作業(yè)[3～4]。

2.3 基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性分析

監(jiān)測控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理應(yīng)對基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性進行檢驗和分析，將車站基準(zhǔn)點進行聯(lián)測，形成附合或閉合水準(zhǔn)線路。往返較差、附合或環(huán)線閉合差滿足要求后，進行平差計算。對基準(zhǔn)點進行兩兩分組，計算本期平差后的高差數(shù)據(jù)與初始值測量時基準(zhǔn)點之間平差后的高差數(shù)據(jù)之間的差值。當(dāng)計算的所有高差差值均不大于式（1）的限差時，認為所有基準(zhǔn)點穩(wěn)定。

式中：δ——高差差值限差，mm；

μ——對應(yīng)精度等級的測站高差中誤差，mm；

n——兩個基準(zhǔn)點之間的觀測站數(shù)。

當(dāng)基準(zhǔn)點不穩(wěn)定或可能發(fā)生變動時，可通過統(tǒng)計檢驗方法對其穩(wěn)定性進行檢驗并找到變動的基準(zhǔn)點[5]。將穩(wěn)定的基準(zhǔn)點作為已知點，通過平差計算，得到變動基準(zhǔn)點的最新高程數(shù)據(jù)。若通過現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)變動的基準(zhǔn)點不適宜繼續(xù)作為基準(zhǔn)點時，應(yīng)舍棄，重新布設(shè)穩(wěn)定可靠的新基準(zhǔn)點。

以長安路站為例進行基準(zhǔn)點穩(wěn)定性分析，將車站本期平差后兩兩基準(zhǔn)點之間的高差數(shù)據(jù)與初始值測量時基準(zhǔn)點之間平差后的高差數(shù)據(jù)進行比較，差值均小于限差要求，基準(zhǔn)點穩(wěn)定可靠，可作為道床沉降監(jiān)測的已知點。見表1。

表1 長安路站高差比較

2.4 數(shù)據(jù)平差分析

現(xiàn)場外業(yè)監(jiān)測工作完成后，及時將外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X。對原始數(shù)據(jù)進行復(fù)核，重點檢核點號輸入是否有誤，相鄰監(jiān)測點之間的高差較差是否超限。對錯誤的點號進行修改，超限的高差進行現(xiàn)場補測，正確無誤的原始數(shù)據(jù)是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。原始數(shù)據(jù)復(fù)核無誤后，將高差數(shù)據(jù)輸入平差軟件，選取穩(wěn)定的基準(zhǔn)點作為已知點，進行平差。平差后重點查看往返較差、附合或環(huán)線閉合差是否滿足要求，這是判斷監(jiān)測成果是否可靠的主要依據(jù)。由于相鄰兩個車站的基準(zhǔn)點之間兼容性可能存在偏差，因此，一般以往返較差或環(huán)線閉合差作為判斷監(jiān)測成果是否可靠的指標(biāo)。各項精度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求后，得到本次道床沉降監(jiān)測點的成果，將本次成果與上次成果、初始值進行比較，計算道床結(jié)構(gòu)的沉降量、沉降差及沉降速率。

本區(qū)間左線道床沉降監(jiān)測外業(yè)工作完成后，將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，復(fù)核點號輸入無誤后，檢查相鄰監(jiān)測點之間的高差，經(jīng)統(tǒng)計最大差值為0.35 mm，滿足2倍中誤差的限差要求。將高差輸入軟件進行平差，經(jīng)平差計算，水準(zhǔn)線路往返較差為0.24 mm，滿足限差0.30n=1.6（mm）的限差要求。綜合判斷本次道床沉降監(jiān)測成果精度可靠，成果合格，可用于計算道床結(jié)構(gòu)的沉降量、沉降差及沉降速率。

2.5 變形的控制值和預(yù)警值

變形監(jiān)測應(yīng)根據(jù)工程周圍巖土體特征、結(jié)構(gòu)形式、監(jiān)測對象特點、監(jiān)測對象本身的允許變形值以及設(shè)計和相關(guān)規(guī)范的要求制定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。本區(qū)間道床沉降監(jiān)測控制值和預(yù)警如下：

1）單次觀測數(shù)據(jù)達±2 mm時，應(yīng)密切關(guān)注并視情況及時增加監(jiān)測頻率；

2）對隧道的差異沉降進行監(jiān)測計算，100 m范圍內(nèi)沉降差≯10 mm；

3）當(dāng)沉降累計達到5 mm時，應(yīng)加密觀測，必要時采取處理措施；

4）當(dāng)沉降累計達到10 mm時，應(yīng)組織相關(guān)單位、部門協(xié)商處理。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

本次道床沉降監(jiān)測成果與上次監(jiān)測成果及初始值進行比較，計算得到監(jiān)測點Z04C10變化量最大，為-0.7 mm，變化速率-0.01 mm/d。監(jiān)測點Z04C10累計變化量最大，為-1.4 mm，監(jiān)測點Z04C10和Z04C13的100 m范圍內(nèi)沉降差最大，為1.8 mm。見表2。

表2 道床沉降監(jiān)測成果

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，該區(qū)間變化速率較小，各項變形量均未超出預(yù)警值，道床結(jié)構(gòu)整體比較穩(wěn)定，下一步繼續(xù)進行正常監(jiān)測。本次監(jiān)測過程使用0.3″的電子水準(zhǔn)儀，按照變形監(jiān)測等級Ⅱ級技術(shù)要求，采用二等水準(zhǔn)測量方法得到的監(jiān)測成果能滿足，規(guī)范精度要求，可用于判斷道床結(jié)構(gòu)變形，評定安全狀態(tài)。

4 建議

由于地鐵道床沉降變形監(jiān)測全部在隧道內(nèi)作業(yè)，作業(yè)環(huán)境陰暗潮濕；照明條件較差、粉塵較多、車站和區(qū)間交界處存在溫差等因素勢必會對視線造成影響；加上i角誤差、其他施工作業(yè)影響等諸多因素，都可能對監(jiān)測成果精度造成一定影響。

1）每次監(jiān)測工作開始之前需對水準(zhǔn)儀的i角進行檢核，監(jiān)測等級為一級時，i≯10″，監(jiān)測等級為二級時，i≯15″。

2）監(jiān)測控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理前應(yīng)對基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性進行檢驗和分析，必須使用穩(wěn)定的基準(zhǔn)點進行平差計算，才能得到正確的監(jiān)測成果。

3）監(jiān)測過程盡可能采用固定的監(jiān)測方法、監(jiān)測路線、監(jiān)測人員、監(jiān)測儀器、監(jiān)測環(huán)境，減少誤差，提高監(jiān)測精度。

4）附合或閉合水準(zhǔn)線路實測過程中，避免前后視距差或前后視距累計差過大，從而導(dǎo)致線路閉合差超限。

5）監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警時，可結(jié)合其他監(jiān)測項目進行綜合分析，復(fù)核無誤后及時發(fā)送預(yù)警信息。

6）道床沉降量、沉降差及沉降速率等發(fā)生異常變化時，應(yīng)及時調(diào)整監(jiān)測方案，增加監(jiān)測頻率，必要時應(yīng)進行實時監(jiān)測。