地鐵變形監(jiān)測技術(shù)流程探討

史國輝

摘 要：本文以地鐵施工變形監(jiān)測為研究對象，全面闡述和探討了地鐵施工變形檢測技術(shù)及誤差控制方法，筆者詳細(xì)論述了地鐵施工變形監(jiān)測的幾個環(huán)節(jié)，尤其著重探討了變形監(jiān)測中的誤差來源及計(jì)算方法。全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地鐵施工 變形監(jiān)測 誤差來源 垂直位移

中圖分類號：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0063-02

地下鐵道在建設(shè)中及建成后因地質(zhì)、地下水、地面建筑開發(fā)及本身結(jié)構(gòu)負(fù)荷所造成隧道結(jié)構(gòu)的沉降、位移、裂縫和傾斜等變形，某些地段可能會很嚴(yán)重，如不及時連續(xù)地進(jìn)行長期自動變形監(jiān)測，則難以即時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情，將會造成嚴(yán)重后果。因此，地鐵的變形監(jiān)測越來越成為地鐵開發(fā)與運(yùn)營的重要保障，而且是長期的。

1 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

目前地鐵隧道施工中，國內(nèi)基本上采用的是盾構(gòu)施工法，盾構(gòu)施工中的變形基本上是垂直方向的位移。因此監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)以垂直位移監(jiān)測點(diǎn)為主，特別地方需布設(shè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)的，可以經(jīng)甲方提出，布設(shè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)，在軸線方向上每隔5m布設(shè)一個監(jiān)測點(diǎn)，軸線兩側(cè)在隧道底部一倍埋深范圍內(nèi)如有建筑物或管線，可在這些建筑物或管線上布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)的密度基本上是每5～10m一個點(diǎn)，建筑物承重的柱子或墻面上，應(yīng)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。

2 監(jiān)測點(diǎn)的施放及高程監(jiān)測工作點(diǎn)的布設(shè)

放樣監(jiān)測點(diǎn)前，一般應(yīng)在隧道貫通的區(qū)間內(nèi)布設(shè)控制導(dǎo)線，導(dǎo)線方向應(yīng)大致與地鐵方向一致，導(dǎo)線點(diǎn)的選擇應(yīng)便于施放監(jiān)測點(diǎn)。導(dǎo)線精度采用城市一級導(dǎo)線，高程監(jiān)測工作點(diǎn)應(yīng)布于軸線50m以外，通視良好、穩(wěn)定的地方，工作點(diǎn)應(yīng)定期檢核。

3 垂直位移監(jiān)測點(diǎn)的觀測

3.1 監(jiān)測的范圍及周期

一般情況下，在盾構(gòu)切口的前方大約20m以及盾尾后方30m的范圍，都屬于每次觀測的范圍。當(dāng)然，在某些地方，由于土層情況的影響，變形特別大，或者有變形大的建筑物和管線及重要建筑物，監(jiān)測的范圍都要擴(kuò)大，由于盾構(gòu)不斷地向前施工，盾構(gòu)后方產(chǎn)生變形的監(jiān)測點(diǎn)越來越多，每次觀測都對這些點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，不僅工作量大而且沒有必要。隨著盾構(gòu)的向前施工，每次觀測點(diǎn)的選擇都隨著施工速度的快慢向盾構(gòu)前方增加觀測點(diǎn)，而盾構(gòu)后方一些趨于穩(wěn)定的監(jiān)測點(diǎn)則逐漸延長觀測周期。在盾構(gòu)不間斷的施工中，一般盾構(gòu)切口的前方大約20m以及盾尾后方30m的監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)該每天至少觀測兩次，早晚各一次，在變形異常的情況下，應(yīng)適當(dāng)增加對變形異常點(diǎn)的觀測，盾構(gòu)施工后方趨于穩(wěn)定的觀測點(diǎn)應(yīng)視工作進(jìn)展情況及變形情況確定觀測周期。

3.2 垂直位移監(jiān)測點(diǎn)的測量

由于水準(zhǔn)測量每次觀測的監(jiān)測點(diǎn)都比較集中，而且數(shù)量較多，因此用散點(diǎn)法測量是合適的，觀測起來也比較方便。每站觀測時，后視讀數(shù)應(yīng)該在監(jiān)測點(diǎn)觀測結(jié)束后，重新觀測后視，取兩次觀測的平均數(shù)作為后視讀數(shù)，以檢核后視并削弱溫度變化、儀器下沉等因素的影響。由于散點(diǎn)法觀測時，許多監(jiān)測點(diǎn)的前后視距不等，因此i角的影響會非常大，如果每次監(jiān)測時儀器的設(shè)站固定，計(jì)算出的每次沉降量會抵消i角的影響，所以每次測量時儀器架設(shè)都盡可能固定在同一個地方。當(dāng)然，由于城市車流量大，障礙物多，經(jīng)常會對監(jiān)測造成干擾，在時間要求很緊的情況下，要求儀器每次固定架設(shè)地點(diǎn)是不可能的，所以儀器的i角使用前必須精確的校正。為了配合盾構(gòu)的施工，應(yīng)及時向施工方提供變形信息。觀測不能在最適宜的條件下進(jìn)行，受溫度及周圍環(huán)境的影響往往很大，因此當(dāng)相鄰兩次觀測條件相差很大時，計(jì)算出的沉降量誤差也會增大，特別是中午和早上的觀測成果，這種誤差在成果中反應(yīng)很明顯，在變形特別異常的情況下，有時施工方會要求即使在中午也進(jìn)行監(jiān)測，這時的數(shù)據(jù)可以作為參考，早上觀測條件較好，所測出的數(shù)據(jù)可以作為累計(jì)沉降量的數(shù)值。

4 垂直位移監(jiān)測點(diǎn)的誤差來源

用散點(diǎn)法進(jìn)行高程測量時，誤差來源主要如圖1所示，這里主要闡述外界因素的影響和觀測誤差。

4.1 外界因素的影響

外界溫度的變化會引起儀器角的變化，有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，儀器周圍溫度每變化1℃，i角將平均變化約0.5″，有時甚至更大些。地鐵施工中的變形監(jiān)測，觀測條件及時間是無法選擇的，則某一監(jiān)測點(diǎn)受溫度影響引起的變形，為本次高差，為上次高差，中包含受溫度影響角變化引起的誤差為：

假設(shè)，某一監(jiān)測點(diǎn)的前后視距差為15m，本次觀測時與上次觀測溫差為5℃，則i角的變化為由此引起的誤差為：

4.2 觀測誤差

4.2.1 水準(zhǔn)儀置平誤差影響

一般來說水準(zhǔn)管的置平精度為0.1，取置平精度為0.15C″，它對距儀器S米處的水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)影響為：

4.2.2 瞄準(zhǔn)誤差的影響

望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)精度為，v為放大倍數(shù)，由此對距儀器S米處的水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)影響為：

5 地鐵變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理

地鐵沉降觀測工作中，由于監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量較多，如果手工計(jì)算數(shù)據(jù)，計(jì)算工作量大，易出現(xiàn)計(jì)算錯誤，而且施工單位一般都要求盡快提交監(jiān)測報表，所以在上海某地鐵盾構(gòu)施工監(jiān)測工作現(xiàn)場，根據(jù)地鐵監(jiān)測工作的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)專門編寫了地鐵沉降觀測記錄、計(jì)算程序，現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)處理時會自動打印每次的變形值及累計(jì)變形值，并打印軸線監(jiān)測點(diǎn)的變形曲線圖，便于直觀地了解變形發(fā)展情況，得到了施工單位的肯定，為再次合作打下了良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速的發(fā)展，城市建設(shè)的速度不斷加快，地鐵在許多城市規(guī)劃和建設(shè)中已被提到議事日程，對地鐵設(shè)計(jì)實(shí)施中的變形監(jiān)測顯得尤為重要。本文通過一些實(shí)踐，編寫了地鐵實(shí)施中的監(jiān)測計(jì)算程序，方法簡單，工效高，為同行能提供較好的參考和應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

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