12城市轨道交通工程沉降位移监测技术.docx

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12城市轨道交通工程沉降位移监测技术

城市轨道交通工程沉降位移监测技术

李诚钰

（西安市地下铁道有限责公司陕西西安710016）

摘要：

本文主要对城市轨道交通工程沉降位移监测，从监测目的、频次、技术及人员要求、注意事项、内业资料等方面进行详述，讲解了监测技术实施过程，可为以后类似检测提供参考。

关键词：

轨道交通沉降位移监测技术

1城市轨道交通沉降位移监测的目的

1.1掌握和了解地铁隧道的平面位移和竖向位移情况。

1.2保证地铁正常运行和设备安全。

1.3供地铁轨道检修和维护使用。

1.4及时预报地铁某一地段发生的变形趋势，以便及时采取有效措施，确保地铁安全正常运营。

1.5为后续地铁设计、施工提供资料。

2沉降位移监测的次数、频率

2.1变形监测的次数预计需要统一监测3次。

2.2轨道铺设完成后每三个月一次。

2.3地质不良地段、发现变形、变形趋势地段或土建施工过程中主体结构发生较大异常沉降地段适当增加监测次数。

3沉降位移监测项目及点位布设

3.1沉降位移监测项目

根据轨道交通工程的具体特点，结合在施工期间沉降位移监测的经验及国标《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008，再与运营期监测单位进行沟通，在满足地铁现状及其后期维护、使用的前提下，对正线范围内的地铁隧道结构进行沉降位移监测，包括：

3.1.1隧道的沉降监测；

3.1.2隧道的位移监测；

3.1.3遇不良地质、地段及发现变形地段按业主要求进行点位加密测量。

3.2点位布设

3.2.1基准点的布设

根据规范，一般变形监测的基准点应布设在变形体之外。

但根据地铁的实际情况，隧道里的变形监测的基准点，从经济方面和可操作性考虑，基准点设在地铁外是不可取的。

若监测基准点设在地铁外，一方面将增加测量工作，另一方面影响地铁的精度也很难保证和控制。

若在地铁内设立基岩基准点，将会破坏地铁整体防水性能和地铁的钢筋混凝土结构。

考虑到地铁车站所处的地质条件一般较好，遇不良地质皆进行地基处理，将车站可作一个巨大的稳定刚性物体，由此决定：

在车站左右线按要求各埋设一条边作为基准点边（平面、高程共用），左右线基准点边平面上成交叉通视（便于高差测量），基准点间距离一般为120米。

且在基准点边中间加密一个点位作为沉降基准点，以防点位破坏时有足够的高程起算依据。

3.2.2监测点的布设

①布点

根据轨道交通控制测量及施工测量监测工程项目的技术要求：

地下段每30m布设一个于道床上，每60m布设一个于主体结构上，地下段变形监测含沉降、位移监测，同时结合现场实际情况，监测点位如下布设：

一般地段，每30m布设一个于道床上；不良地质地段，按照业主要求加密监测点（如区间内，每15m布设一个监测点于道床上）；曲线地段，因通视条件的限制，点位布设间距也会放小。

然后计算出每次预计监测的线路全长共需埋设变形监测点位数量。

②埋设

变形测量点埋设位置在道床中央，变形测量点均用电钻埋设￠18×60的铜头，为了增加测点的稳定性，铜头埋入道床部分均带螺纹。

铜头露出道床的高度为5mm，以便不防碍地铁在运营时紧急疏散乘客。

水平位移测量点中心需钻一￠1.5-￠2深≥6mm小孔，以示水平位移测量点位。

埋设时用钢尺丈量测点距离，将工作基点和置镜点位置用油漆标记。

对应平面位移监测点在主体结构按上述要求埋设一监测点。

由于隧道断面形式一般分为圆形、矩形以及马蹄形，因此各个断面形式的隧道，其主体结构上的布点均结合断面形式的具体情况进行布设。

圆形隧道

圆形隧道一侧为电缆线与电源箱；另一侧为排水管、消防水管以及冷冻水管等设备。

主体结构上的监测点埋设位置在轨面线以下，水沟一侧与道床面基本持平，具体位置见上图“铜头”标示位置。

铜头尺寸见上图右下“铜头尺寸标注”。

矩形隧道一侧为电缆线与电源箱；另一侧为排水管、消防水管以及冷冻水管等设备，其设备界线如图所示“界线”。

隧道道床铺设宽度，直接连接隧道侧墙，由于侧墙为竖直面，在业主指导下，经综合考虑，主体结构上的监测点埋设在“界线”与侧墙之间。

具体位置见上图“结构桩位”标示位置。

马蹄形隧道一侧为电缆线与电源箱；另一侧为排水管、消防水管以及冷冻水管等设备，隧道道床铺设宽，故很难在结构上埋桩。

在业主指导下，经综合考虑，主体结构上的监测点埋设在如图所示“铜头”位置。

变形测量点全线统一编号，点名分别用油漆在道床中央和侧墙上标记。

监测点埋设完成后，根据点位埋设的实际里程绘制监测点位布置图。

监测点统一连续编号，编号前贯车站或区间名。

4监测等级及变形的警界值

根据轨道交通控制测量及施工测量监测工程项目技术要求，参照最新版《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008第18章变形监测有关规范要求（见下表1），并结合地铁自身特点，以达到变形监测最高精度为标准，采用最好的测量仪器和技术，按照最高等级导线网的测量方法进行作业。

变形监测的等级划分、精度要求和适用范围表1

变形

监测

等级

垂直沉降监测

水平位移监测

适用范围

变形点的高程

中误差（mm）

相邻变形点高差中误差（mm）

变形点的点位

中误差（mm）

Ⅱ

±0.5

±0.3

±3.0

线路沿线对变形比较敏感的高层建筑、地下管线；建设工程的支护、结构，隧道拱顶下沉、结构收敛和运营阶段结构、轨道和道床以及有中等精度要求的监测对象

按照《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008第18章变形监测18.1及18.2中规定：

二级水平位移监测，测角中误差为±1.8″，平均边长150m，坐标较差或两次测量较差为4.0mm。

则同一个角，两次测量的误差为2×1.8×√2＝5″，同时取120米的横向逐渐位移为2.90mm，满足规范要求。

因此，平面位移监测的变形警界值，角度按5″计。

因隧道变形一般发生在横向与竖向上，经与业主协商，仅在第一次位移沉降监测中进行边长测量。

根据《建筑变形测量规范》JGJ8-2007中相关规定，二级竖向沉降监测每公里往返测高差中数偶然中误差M△为1mm的规定，同时依据地铁结构对竖向沉降的敏感性，2*1mm=2mm的竖向沉降不会危及地铁结构的安全——采用二等水准测量的方法能高精度测出地铁发生的大于2mm的变形——结合建成后的地铁隧道允许发生的竖向沉降很难准确给出，难以确定竖向沉降的测量精度这一情况，竖向沉降监测的变形警界值按2mm计。

5使用的主要仪器设备

5.1平面位移监测使用TC1800（1″,1±2ppm）、TC2003（0.5″,1±1ppm）、TC1201（1″,1±2ppm）全站仪及配套精密对点器。

5.2竖向位移监测使用NA2+GPM3（±0.4mm/km）及配套1米、2米、3米铟瓦尺。

5.3为确保监测成果可靠性，进行监测之前，将仪器送往省以上技术监督局批准的测绘仪器检测中心进行鉴定，取得合格证后方可使用。

在监测工作进行中，定期对仪器进行日常检查，保证仪器设备处于良好的工作状态。

6变形监测网的主要技术要求

6.1水平位移监测控制网的主要技术要求如下表2。

等级

相邻控制点点位中误差（mm）

平均边长（m）

测角中误差（〃）

测边相对中误差

主要作业方法

和观测要求

Ⅱ

±3.0

150

±1.8

≤1/70000

按三等导线网的观测要求进行作业

6.2垂直位移监测控制网的主要技术要求如下表3

等级

相邻基准点

高差中误差（mm）

每站高差中误差

（mm）

往返较差、附合或环线闭合差（mm）

检测已测高差之较差

（mm）

使用仪器、观测方法及主要技术要求

Ⅱ

±0.5

±0.15

±0.30√n

0.4√n

采用DSO5水准仪，按国家二等水准测量技术要求作业

注：

表中n为测站数

7变形监测施测

以轨道交通控制测量及施工测量监测工程项目要求为依据，同时按照上述表2、表3中主要技术要求制定标准如下

水平位移监测控制点平均每80～120米左右设一点，必要时增加点数；水平位移监测加密点平均每50～60米左右设一点；垂直位移监测控制点利用水平监测点兼作，必要时增加点数；垂直位移监测加密点平均每30米左右设一点；主体结构上每60米布设一个垂直位移监测点。

7.1平面位移监测

7.1.1坐标系统的选择：

采用独立坐标系。

以两个车站和一个区间为一个监测单元，使基准点和区间的监测控制点形成附合导线进行监测，测相应的边和角。

即从车站一基准边出发，经区间水平位移控制点，闭合于另一站的基准边,测设成附合导线：

基准边～控制监测点～基准边。

比较相应的边角和总角度，以此判断监测点是否发生了平面位移。

7.1.2外业观测

监测时遵循“以基准点为基础，先控制，后加密”的原则。

监测时控制网以每一区间为一测段，平面控制均按附合导线进行观测，从一个车站附合至另一车站。

①导线网测量中水平角观测采用方向观测法，每角观测6测回。

方向数多于3个时应归零。

方向数为2个时，应在观测总测回中以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左角和右角。

每测回同方向正倒镜一次观测，不调焦，以减小视差的影响。

左角平均值与右角平均值之和，与360°的差值不大于±3.6″。

水平角方向观测法的技术要求如下表4

等级

仪器型号

半测回归零数

（″）

一测回内2C互差

（″）

同一方向值各测

回较差（″）

三等

DJ1

6

9

6

②水平角观测误差超限时，应按规定进行重测。

③在观测时为了减少望远镜调焦误差对水平角的影响，每一方向的读数，正倒镜不调焦完成。

④测距应往返观测各四次，测距作业应符合有关规范的要求，并进行温度、气压、投影改正。

⑤同一测站的观测工作一次完成，即控制和加密同时观测，并规定均以小里程方向的点为后视点。

7.1.3第二、三次监测：

监测时遵循“以基准点为基础，先控制，后加密”的原则。

为了能更客观地反映变形的实际情况，每次监测采用的仪器、设备、观测人员及观测程序均相同。

每次作业前先检查基准点间夹角、边长，确认基准点稳定的情况下，才进行变形监测。

采用附合导线观测，与上一次观测值相比较，在监测过程中若与上一次观测值相差较大，对该站或某一测段重测，以确认该地段是否发生平面位移。

7.2沉降位移监测

7.2.1隧道道床沉降监测：

沉降监测以每个区间为一测段，同样遵循“先控制，后加密”的原则。

监测前先对基准点间的高差进行检测，在满足规范要求（△h检-△h理<±2mm）确认该基准点稳定后，方进行监测。

监测时按附合水准进行，由一个车站基准点附合到下一车站基准点，其限差满足Ⅱ等水准，fh测≤fh限=±4√L（L以Km计）。

具体观测方法见附图2。

①观测程序：

往测：

后—前—前—后

返测：

前—后—后—前

每测站前后视距差≤±1m，每一测段前后视距累计差≤±3m（第一次监测时，已在侧墙或道床中央用红油漆做好水平仪置镜标记，为后续观测提供方便）。

每测站先观测快尺读数，最后以双置镜法结束观测,并往返观测，每一测段分别进行平差计算出高程控制点高程。

区间加密沉降监测点按附合水准由一个高程控制点附合到下一高程控制点，并进行平差，计算出加密沉降监测点高程。

在同一区段控制点与加密沉降监测点监测时间不超过三天。

②第二、三次沉降监测

监测作业程序与第一次基本相同：

首先，监测前对基准点进行检测；其次，先控制，后加密。

按第一次水准路线，置同一置镜点位置。

采用附合水准观测，与上一次观测值相比较，在监测过程中若与上一次观测值相差较大，对该监测点或某一测段重测，以确认该地段是否发生竖向位移。

加密监测点观测与第一次相同。

每次作业前先检查基准点间高差，确认基准点稳定的情况下，才进行变形监测。

7.2.2隧道结构沉降监测

隧道结构沉降监测的主要目的是检查隧道结构与隧