地铁变形监测方案设计与变形分析

地铁变形监测方案设计与变形分析

朱成飞余正华

国家测绘地理信息局重庆测绘院重庆401120同济大学上海200092

摘要：随着城市人口总量和密度的快速提升，有限的城市空间、城市道路带来了人口超饱和、交通阻塞、车速下降、事故频繁、城市绿化面积减少等一系列问题。地铁以高效快捷、节能环保、运能大、受气候影响小等众多优势成为城市大容量公共交通主体。地铁结构的安全一直备受关注，地铁施工、既有地铁沿线建筑施工以及地下穿越工程施工均会影响原有地铁隧道的结构安全。因此，为确保在建或既有地铁隧道结构的安全，需对其进行变形监测。本文论述了变形监测方案在地铁变形监测中的应用，对基准网点和监测点的设计进行了分析。

关键词：地铁；变形监测方案；设计

地铁的变形监测由于精度要求高，而且基准点和监测点都只能布设在地铁隧道的狭长空间中，地面摄影测量和三维激光扫描目前还难于达到要求;此外，地铁施工位于地下，而精密水准测量只能作沉降监测，且费工费时。因此，用高精度测量机器人建立地铁变形固定式持续监测系统或移动式周期监测系统是最好的选择。对于荷载变化不大且变形缓慢的地铁监测可采用监测模式，实时分析可用日报告代替。

一、概述

由于地铁它具有载客多、时速快、营运时间准、污染较少和安全舒适等特点，很多城市选择建设地铁的方法来缓解地面交通压力。地铁建于复杂的城市环境条件，在地下开展工程建设破坏了原有稳定的地下结构会引起地铁地表发生变形.那么形变量达到什么程度会使周围建筑物受到较大的影响甚至倒塌，这就需要

在地铁施工期间进行监测以便可以及时发现和预报险情的发生并且了解险情的发展程度，为及时采取安全补救措施提供参考。地铁施工变形监测，与其他建筑物构筑物的变形监测相比，都属于精密工程测量，要求监测精度高以外，还要求监测周期的更短，基坑开挖阶段要观测3次/天，变形量更小等特点，对于变行量本身就很小，所以要求采用的观测方法和观测仪器精度一定要高，符合要求，尽量减小数据误差。

二、变形监测方案的设计

1、变形监测基点网的设计。变形观测中的测量点通常分为：基准点、工作点和观测点，基准点通常位于变形影响区域外、而且其点位稳定不易发生变形，作为建筑物是否发生变形的参照基准点，作为量取数据分析的依据。为保证观测基准点稳定，要求远设或者深埋，但一般难以实现，即使实现了，也有较大的观测误差，因此需要设置便于监测的工作基点。基准点网由基准点和工作基点构成，把所有的工作基点和工作点都纳入同一个控制网形之内，布设成一个独立的控制网，以便于观测和数据计算，基准点的稳定性分析可采用组合后验方差检验法，该方法理论严密，且简便易行，使用率高，可以较容易判断显著变动的基准点。

2、变形监测点布设方案设计。变形监测点是直接布设在监测的建筑物上，用以测定变形建筑物的变形量，根据要监测建筑物地质结构及其自身结构特点，根据监测点布设既要有足够的密度，以便反映出整个基础的沉陷情况，也应尽量减少不必要的观测点，以避免不必要的人力、物力的浪费的原则下设计变形监测点布设方案，使用CAD软件绘制监测点分布设计图。

3、观测周期的选择。变形观测需要周期性重复观测，在制定监测方案时要确定观测周期或者观测频率，即每两次测量的时间间隔观测。对于变形观测的频率应根据变形观测的目的、形变量大小和变形速度和变形体具体性质来确定，变形速度越快，观测间隔要求越短，对于同一地铁工程，在不同施工阶段，观测周期也有不同，在观测初期，由于对变形规律不了解，通过频率较密集的观测来了解变形规律，要求观测周期较短；而后期对变形规律有了一个的了解之后，选择满足该地铁变形规律的周期即可，地铁施工过程本身要求精度很高，而且随着地铁施工的进行变形特点也会随之发生变化，所以不同施工阶段要选择合适的变形监测周期。

三、变形监测方案的实施

根据方案设计原则对于某地铁一标段车站项目进行变形监测方案的实施.

1、基准工作点的设置。基准工作点设置在相对稳定车站结构，共布设垂直位移工作点埋设3个并进行编号，所有垂直位移工作点一周联测一次，车站内垂直位移工作点两次联测高程控制值为+1.0mm。

2、沉降观测点的布设。沉降测点分布在进、出线各监测断面内的隧道底拱轨道路基上，利用原有沉降测点或者采用冲击钻射钉枪在测点位置处埋入顶部为光滑凸球状的钢钉，钢钉与混凝土体间不应有松动，测点处有明显的测量标记。以某隧道工程，在其内向各55m范围内以4m间距共布置监测截面30点，共监测120m范围，上、下线相同，分别按上行线选择30个点进行编号和分别按下行线选择30个观测点进行编号。

3、周期观测

（1）观测周期的选取。监测频率布置的基本原则是必须在确保运行安全的前提下，从实际出发，根据业主的要求，结合本工程自身的特点，自始至终要与施工的进度相结合，满足施工工况的要求，在“全面、准确、及时”的原则下安排频率以及监测进程，尽可能建立起一个完整的监测预警系统。施工开始前将所有测点布设好并取得初始值3次；盾构机头到达隧道30m处为1天/次；盾构机头远离隧道30m后为2天/次。

（2）观测数据预警判断。根据轨道交通管理有关规定并结合本工程的实际情况，工程施工期间轨道交通设施变形的控制及其监测报警值的确立，必须满足安全运行的条件，因此，报警值控制标准如下：二轨道横向高差<2.0mm；轨向偏差和高低差最大尺度值<4.0mm/10m；隧道结构最终绝对垂直位移以及水平位移<5.0mm；隧道结构位移日变化速率≦0.5mm/day，发生预警就要及时检查问题，解决问题，防止发生安全隐患。

4、监测仪器的准备及观测

（1）监测仪器的准备

观测点垂直沉降观测。观测点垂直沉降观测采用观测原理是用水准仪观测测点高程变化情况，本次观测采用的仪器是徕卡NA2型水准仪及其配套的铟瓦合金尺.，采用该仪器观测精度可以达到0.5mm/(km)。

隧道直径的收敛观测。隧道直径的收敛观测采用观测原理为首先在隧道中心横向直径位置安装测点，并用激光无棱镜反射全站仪读取隧道直径的绝对值，然后采用收敛尺对隧道中心横向直径进行高精度测试。最后将收敛尺监测的变化量累加到全站仪读取的隧道直径绝对值上，从而得到隧道直径变形的绝对变化。

（2）沉降部分观测过程

建立水准测量控制网，在远离施工区域（大于4H）的稳定的基础处设立3个基点，整个沉降测量系统采用二等水准测量，在此基础上联测其水准高程，位移采取单向定位测量方法。

每天工作开始前检查标尺水泡、仪器气泡，以及水准仪i角，并做好记录，如发现异常应停止测量工作，送专业部门检修，合格后方可使用。

水准测量观测按二等要求采用单路线往返闭合测量，采用定人、定仪器、定标尺、定线路、定点进行观测。

地铁施工是一项精密工程，及时精确的掌握施工中的变形数据，对于地铁施工的安全性具有重大意义.在科学合理的制定变形监测方案后，严格按照方案进行监测，保证在地铁施工过程中，及时掌握施工变形数据，对地铁施工进行反馈，保证地铁施工的平稳和安全。

参考文献：

[1]张正禄.地铁隧道变形监测基准网点确定的一种方法[J].测绘信息与工程，2013，35(5):53-54

[2]郭际明.测量机器人测量自动化系列软件及其应用[J].测绘信息与工程，2014，35(4):53-54

[3]梅文胜，邓勇波，周命端.基于PDA的测量机器人自动化网观测软件研究[J].测绘信息与工程，2013，33(5):6

[4]刘祖强.工程变形监测分析预报的理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社，2012.

[5]曾贤敏，黄腾，李桂华．地铁隧道保护区变形监测信息管理系统设计与实现［J］．测绘与空间地理信息，2014，(2):45-46．