地面沉降监测在地铁建设中的应用及总结

地面沉降监测在地铁建设中的应用及总结

地面沉降的监测工作开始于20世纪中期，随着地面沉降的加大，危害加深，相应监测手段也在不断进步，文章通过对轨道交通工程施工过程中的基坑及隧道本体以及其周边环境等实施监测，充分发挥信息化施工及动态管理手段，分析监测数据，找出变形规律、预测变形情况，分析判断施工的科学性、合理性，优化设计施工参数，保证轨道交通工程本体及周边环境的安全。

标签：地铁；沉降；监测

引言

地面沉降监测反映了地铁施工过程中对周围地表的影响及变化情况，在实际施工中，监控量测方案的制定应覆盖施工活动对地铁工程及影响范围内的周边环境的各个方面，监测手段选择应可靠、科学，地表沉降监测数据与其他监测手段相结合，监测项目之间有机结合，相辅相成，监测数据能够互相印证，共同反映地铁工程及周边环境的影响及变化情况，综合分析，指导施工。

1 地面沉降监测原理及设计原则

1.1 地面沉降监测原理

根据轨道交通工程基坑或隧道所处施工环境、工程地质水文条件、施工方法及进度等综合考虑确定地面沉降监测方案。地面沉降监测方案一般包括测点设计、布点数量及方法，监测数据处理、监测数据预警和报警控制指标、信息反馈等。地面沉降监测外业数据采集采用水准测量方法，使用精密水准仪及配套铟钢尺进行。

1.2 地面沉降监测设计原则

1.2.1 系统性原则

（1）所设计的各种监测项目有机结合，相辅相成，测试数据能相互进行校验。

（2）发挥系统功效，对监测对象进行全方位、立体、实时监测，并确保数据的准确性和及时性。

（3）在施工过程中进行连续监测，保证监测数据的连续性、完整性、系统性。

1.2.2 与设计相结合原则

（1）对设计使用的关键参数进行监测，以便达到进一步优化设计的目的。

（2）对评审中有争议的工艺、原理所涉及的部位进行监测，通过监测数据的反演分析和计算对其进行校核。

（3）依据设计计算确定支护结构、支撑结构、周边环境等的警界值。

1.2.3 关键部位优先、兼顾全局原则

（1）对支护结构体敏感区域增加测点数量和项目，进行重点监测。

（2）对岩土工程勘察报告中描述的岩土层变化起伏较大的位置和施工中发现异常的部位进行重点监测。

（3）对关键部位以外的区域在系统性的基础上均匀布设监测点。

1.2.4 与施工相结合原则

（1）结合施工工况调整监测点的布设方法和位置。

（2）结合施工工况调整测试方法或手段、监测元器件种类或型号及测点保护方式或措施。

（3）结合施工工况调整测试时间、测试频率。

1.2.5 经济合理性原则

（1）在安全、可靠的前提下结合工程经验尽可能地采用直观、简单、有效的测试方法。

（2）在确保质量的基础上尽可能的选择成本较低的国产监测元件。

（3）在系统、安全的前提下，合理利用监测点之间的关系，减少测点布设数量，降低监测成本。

2 地面沉降监测方法

2.1 基点埋设

为确保监测工作的可靠性、稳定性及连续性，在整个监测区域设立完整的沉降变形监测控制网，由控制网来控制日常的沉降监测。

监测控制网的布网原则：

（1）变形监测控制网的起算点或终点要有稳定的点位，为了减少观测点误差的累积，距观测区不能太远。

（2）为便于迅速获得观测成果，变形监测控制网的图形结构应尽可能的简单。

（3）在确保变形监测控制网具有足够精度的条件下，控制网应尽量布设一次全面网。

根据以上布网原则，在整个监测区域布设沉降变形监测控制网。主要在各路口布设较稳定的控制网点，采用往返观测附和线路，算出各点高程，作为测量时的起算点。在监测工期内应对控制网定期复核。

每月两次对水准控制网进行联测，修正其水准高程。为确保测量的精度，整个沉降测量参照二等水准测量进行。

基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基点数量根据需要埋设，基点要牢固可靠。

2.2 基坑周边地表沉降监测点布设方法

如图1所示，根据各车站施工具体要求进行调整。

2.3 隧道上方地表沉降监测点布设方法

如图2所示，根据各城市轨道交通工程区间隧道施工具体要求进行调整。

2.4 监测仪器

精密电子水准仪配套铟瓦条码尺，或者精密光学水准仪配套铟钢尺等。

2.5 数据采集方法

按变形测量规程中测站高差中误差≤0.5mm的精度要求，用精密水准仪及其配套铟钢尺进行数据采集。所有量测数据均采用统一的工程高程系统。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过三个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。

采用电子水准仪监测时，监测数据采集完毕后可以直接用数据线将数据导入电脑，使用软件直接成图。

3 数据处理及分析

地表沉降量测数据的分析与反馈，包括两个方面：

（1）基坑或者隧道本体及周围围岩稳定性判断。

（2）围岩变形量的预测。

通过对基坑或者隧道本体及周围围岩稳定性判断，以便采取各种安全防范措施，指导支护参数的调整和施工措施的决策，对于矿山法施工的浅埋暗挖隧道，还用于指导选择二次衬砌的施作时机。通过对围岩变形量的预测，一方面可以用于确定沉降控制标准及相应的结构设计，另一方面，对于隧道施工可以指导预留变形量。

对于地表监测数据的时态曲线分析需要采集大量的原始数据，且要结合施工实际情况选择适合的回归分析曲线，数据处理相对复杂，且不直观，在实际施工中应用不便。为了便于监测数据的实际运用，我们可以对量测数据进行形象化判释，即对于连续性介质，通过对时态曲线的拐点判别，反映沉降发展过程，进而判别围岩稳定性。拐点在理论上是选择的时态曲线函数的二阶导数，但是在图形上直接表现为一个拐点，直观形象，便于判别。

4 常见问题及主要对策

（1）测点埋设对于地表沉降监测非常重要。由于地铁工程施工周边环境千变万化，测点埋设的难度也各有不同，例如盾构隧道恰好位于道路下方，布点时由于道路硬化的影响，很难将测点埋入原状土内，如果不能将测点埋入原状土，则该测点的数据必然不能真实地反应该位置的地表沉降情况，因此就会对决策造成误导。

主要对策：地表沉降监测点的埋设必须严格按照设计及相关规范要求进行，将测点埋入原状土，通过测点的监测，直接反映出对于未知原状土的变形情况。例如，在马路上布设监测点应使用水钻等工具，将硬化层钻透，之后将钢筋或者其他材料制作的监测点打入原状土内。

（2）地表沉降监测外业数据采集及数据处理及分析工作量大，专业性强，常常会因为数据采集频率不够或者采集时机不合理导致不能反映真实的变形情况，或者是因为监测人员数据分析能力不足，导致大量的数据分析不到位，或者无人分析，不能实时指导施工。

主要对策：监测频率的选择在地表沉降监测中非常重要，它直观记录了施工过程中地表或者围岩的变形情况，频率太密集则测量强度大，太疏松却又不能及时反映位移变化情况。因此，应参照有关规范，结合施工实际情况，在开挖初期及开挖过程中监测频率应该密集一些，开挖后随着时间的推移逐步降低监测频率。对于沉降速率快、累计沉降量大的监测点、监测断面进行临时调整，确保足够的数据量，便于数据分析。

监测数据采集，有条件的情况下，尽量采用精密电子水准仪，数据采集完成后，直接采用数据线导入电脑，进行简单的数据格式转换之后，就可以利用EXCEL绘制各点的时态变化曲线图，从拐点情况形象化判释监测对象的稳定性，对于一些重要监测对象，需要进行回归分析时，根据时态变化曲线图形状，选择适合的回归分析函数，计算回归模型的极限值，指导施工参数调整。

5 注意事项

（1）选择成熟先进的监控量测仪器和设备，同时应满足量测精度要求、抗干扰性强、适应长期测试等条件。

（2）水准基点应埋设在变形区外，水准基点一般不少于三个，应埋设在道面基层以下稳定的原状土层中，也可埋设在稳定的建（构）筑物的墙上。

（3）地表沉降监测点应埋设在能反应监测对象变形敏感的部位，并对测点采取有效的保护措施。例如对于盾构隧道施工，地表沉降监测中，位于隧道中线上的测点就尤为重要，测点布设时，在监测断面布置的基础上进行适当加密。测点一般低于地面10cm，防止测点被碾压，必要时，测点上方加盖保护。

6 结束语

通过以上叙述，可以看到在地铁施工过程中进行连续监测，结合施工工况调整测试时间、测试频率，保证监测数据的连续性、完整性、系统性。只要我们优化测量方案，利用先进的测量仪器，把握住每一个环节，就能满足施工的要求。