地鐵沿線建筑物沉降監(jiān)測方法與數(shù)據(jù)處理

王彥偉　丁彥心

摘要：本文針對(duì)目前國內(nèi)地鐵施工現(xiàn)狀，以及城市地下復(fù)雜條件下對(duì)地表建筑物沉降的影響。結(jié)合蘇州地鐵一號(hào)線，深入探討了地鐵施工過程中地表建筑物變形監(jiān)測的內(nèi)容、方法及精度要求，通過精度評(píng)定與分析、下沉等值線以及插值擬合曲線等手段對(duì)沉降監(jiān)測做了詳細(xì)說明并對(duì)沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。結(jié)果表明能夠?yàn)榈罔F施工提供更高的精度及更有效的早期預(yù)警。

關(guān)鍵詞：沉降監(jiān)測；數(shù)據(jù)分析；地鐵

1、引言

作者簡介：王彥偉（1979-），男，遼寧葫蘆島人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樽冃伪O(jiān)測與預(yù)報(bào)。

E-mail：18944230@qq.com

收稿日期：

隨著“十二五”規(guī)劃綱要的頒布，中國的城市軌道交通已經(jīng)進(jìn)入了快車道發(fā)展，尤其是地鐵建設(shè)速度已經(jīng)達(dá)到了世界前列。據(jù)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)，15個(gè)城市近期建設(shè)規(guī)劃了61 條線路，共長1700 km，目前已開工建設(shè)1000 km 線路，已建成運(yùn)營581 km線路，按規(guī)劃還有約1 200km 線路在今后10 年左右內(nèi)建成，據(jù)預(yù)測，到2020年，城市地鐵及輕軌總里程將達(dá)到2500km，大約30個(gè)城市將發(fā)展成以地鐵交通為主的節(jié)能型城市[4]。地鐵的施工通常都在大中型城市的地下空間，這些地段高層建筑物密集，地下管線縱橫交錯(cuò)[5]。在施工過程中會(huì)導(dǎo)致周圍建筑物和管線的形變，通過對(duì)變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析可以有效的檢驗(yàn)形變的穩(wěn)定性，能夠做到早期可防，中期可控，后期可治理。

目前，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，超高層建筑物層出不窮，國內(nèi)外對(duì)地鐵施工引起的建筑物的變形越來越重視，通過不斷改進(jìn)監(jiān)測手段，不斷更新監(jiān)測儀器，其數(shù)據(jù)處理的方法也具有高精度、高可靠性[8]。

2 建筑物沉降監(jiān)測內(nèi)容

地鐵施工對(duì)沿線環(huán)境的變形監(jiān)測包括對(duì)地面建筑物的傾斜、沉降監(jiān)測，對(duì)燃?xì)?，熱力和大直徑上水污水等管線變形監(jiān)測[3]。本文著重研究地鐵施工過程中對(duì)沿線高層、超高層建筑物的影響、產(chǎn)生相應(yīng)的沉降形變及沉降數(shù)據(jù)處理。首先對(duì)于變形監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)設(shè)于被觀測的關(guān)鍵建筑物和主要設(shè)施上，根據(jù)建筑物變形結(jié)構(gòu)分析所需要的關(guān)鍵部位進(jìn)行觀測點(diǎn)的布設(shè)，如在建筑物的外墻角、內(nèi)窗邊角、立柱等突出部位布設(shè)?；c(diǎn)的埋設(shè)方法與地表下沉監(jiān)測的埋設(shè)方法相同。同時(shí)要求監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定，持久（圖1）。

建筑物沉降監(jiān)測是采用精密水準(zhǔn)測量的方法，要求其已知的高程控制點(diǎn)遠(yuǎn)離地鐵施工影響的地域范圍（一般應(yīng)距施工中線35m以外），且高程控制點(diǎn)不少于3個(gè)，然后在被監(jiān)測的建筑物周圍布設(shè)垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)，此控制網(wǎng)可布設(shè)成閉合附合或結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)路線等形式。同時(shí)，還應(yīng)制定監(jiān)測的時(shí)間間隔，在施工前，每15天進(jìn)行一次監(jiān)測，在施工期間，每3天進(jìn)行一次監(jiān)測，如果局部沉降量較大，還應(yīng)縮短監(jiān)測時(shí)間間隔，可每天監(jiān)測一次。在施工后期到運(yùn)行期仍要每30天進(jìn)行一次監(jiān)測，直到建筑物沉降量趨于穩(wěn)定。此外，建筑物沉降的變形監(jiān)測還應(yīng)遵循“三固定”的原則，即固定儀器，固定人員，固定觀測線路。

3 沉降監(jiān)測的精度要求及分析

沉降監(jiān)測需要采用具有良好穩(wěn)定性和時(shí)間性的水準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)于地鐵建設(shè)沿線的重要建筑物、重要廠房以及高層、超高層建筑物，有必要建立相應(yīng)的監(jiān)測閉合導(dǎo)線，使用精密水準(zhǔn)儀與精密水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測，使其能夠反應(yīng)出毫米級(jí)的沉降量，閉合差不得超過± mm（n為測站數(shù)），觀測宜在上午10點(diǎn)之前及下午4點(diǎn)以后進(jìn)行。

沉降監(jiān)測的水準(zhǔn)網(wǎng)也可采用符合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線分段監(jiān)測，每段往返高差誤差值不得超過M限=±2Mw （Mw為采用水準(zhǔn)測量等級(jí)千米級(jí)高差中數(shù)的權(quán)中誤差，L為附合或閉合測段長度）。沉降監(jiān)測的精度要求，要根據(jù)具體監(jiān)測的預(yù)計(jì)變形值及相關(guān)的監(jiān)測規(guī)范（表1）來確定。通常，觀測的目的是為了確保在地鐵施工期間及運(yùn)行后沿線建筑物的安全，其觀測中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/10—1/20。

4 工程實(shí)例

蘇州軌道交通一號(hào)線I-TS-16標(biāo)區(qū)間包括星湖街站～南施街站，左右線全長約2194.4單線延米，區(qū)間隧道主要在翠園路下穿行，翠園路道路下地下管線密集，主要分布在隧道線路方向兩側(cè)，主要有電信及有線電視的通訊光纜，污水及雨水管道，路燈管線、天燃?xì)廨斔凸艿?。場地地形較平坦，無滑坡、泥石流、巖危等不良地質(zhì)狀況。本標(biāo)段鄰近建筑物主要為里程DK23000～DK23185的園區(qū)電信大樓，其建筑物主體距盾構(gòu)右行中心線距離為9.4m。

電信大廈的變形監(jiān)測點(diǎn)均布設(shè)在建筑物的特征點(diǎn)處，有角點(diǎn)、立柱點(diǎn)等。這些點(diǎn)能夠反映出建筑物的大體變形情況（圖2），根據(jù)施工階段某期的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)（表2），可以通過AUTOCAD等軟件生成沉降等值線，沉降等值線可以了解沉降分布情況以及是否均勻沉降[1]。圖2可以看出J1-J2和J3-J4之間幾乎無等值線穿過，而J1-J8之間等值線較為密集，對(duì)沉降等值線分析表明J1-J2及J3-J4之間為均勻沉降，J1-J8之間的沉降差較大，J8沉降最為嚴(yán)重。J1-J8之間的距離L=9.4m，由于為直接觀測得到相應(yīng)點(diǎn)的高程值，則設(shè)定差異最大容許值：

這個(gè)誤差符合相應(yīng)的國家測量規(guī)范（三等變形監(jiān)測規(guī)范，高程中誤差為0.5mm）要求，但沉降中誤差值較大，應(yīng)引起注意。如果連續(xù)多期監(jiān)測數(shù)據(jù)均體現(xiàn)出此類問題，不加以重視，地表上層建筑物就會(huì)出現(xiàn)傾斜、斷裂等事故，所以應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防、治理措施。

對(duì)建筑物的沉降監(jiān)測另外的一種手段是收集“縱向”監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過MATLAB等軟件進(jìn)行圖形化處理，對(duì)所得到的擬合曲線進(jìn)行對(duì)比，分析，可以對(duì)過去被監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析；對(duì)現(xiàn)在被監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測頻率的合理安排以及對(duì)被監(jiān)測點(diǎn)未來監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確預(yù)判。例如：取J1—J8連續(xù)監(jiān)測18期變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成2次擬合曲線（如圖3）[2]?？梢钥闯鯦1—J8均趨于穩(wěn)定，且沉降差值逐漸變小，這樣的曲線則表明目前施工安全，對(duì)過去的治理行之有效，并可以為后期預(yù)警提供有效支持。

5 結(jié) 語

本文以蘇州地鐵一號(hào)線的施工建設(shè)為例，利用沉降等值線、時(shí)間沉降量曲線以及誤差精度評(píng)定，在建筑物沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理中取得了較好的效果，具有早期預(yù)警、數(shù)據(jù)可視化和精度標(biāo)準(zhǔn)高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)地鐵工程施工的設(shè)計(jì)方案具有重要的利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]胡振琪. 應(yīng)用工程測量學(xué) [M].煤炭工業(yè)出版社， 2008. 282-307

[2]姚東. MATLAB命令大全 [M].人民郵電出版社， 2000. 245-278

[3]GB 50308 1999 .地下鐵道 輕軌交通工程測量規(guī)范 [S].中國質(zhì)量監(jiān)督局， 中華人民共和國建設(shè)部， 1999

[4]錢七虎. 中國地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理的現(xiàn)狀_問題及相關(guān)建議 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2008，27（4）：649-655

[5]晏遠(yuǎn)見. 城市地鐵施工中的變形監(jiān)測 [J].測繪技術(shù)裝備， 2007，9（1）：35-36

[6]蘇州軌道一號(hào)線I-TS-16標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間施工安全監(jiān)測方案 [S]， 2009

[7]鄭志勇. 高大建筑物沉降監(jiān)測的方法及精度分析 [J].地礦測繪， 2005，21（3）：20-21

[8]王曉華. 變形監(jiān)測研究現(xiàn)狀綜述 [J].測繪科學(xué)， 2006，31（2）：130-132

[9]陳健. MATLAB在變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用 [J].城市勘測， 2009，（2）：130-133

[10]白迪謀. 工程建筑物變形監(jiān)測和變形分析 [M].西安出版社， 1987