地下铁道轻轨交通工程运营阶段道床变形测量方法_pdf

魏本现(广州市地下铁道总公司,广东广州510380)摘　要:目前关于地铁道床变形监测的方法尚不成熟,并且可供参考的文献不多。根据规范并结合广州地铁多年运营阶段道床变形监测的经验,阐述了道床变形监测控制体系建立、监测点设置、观测方

法、监测警界值确定和数据分析,总结了道床变形监测的方法。该方法不但是广州地铁多年道床变形监测技术的发展,并且监测结果在为广州地铁运营安全提供信息过程中得到了有效的检验,证明该方法是可靠、可行和满足精度要求的,可为地铁道床变形监测方法的发展和研究提供参考。关键词:变形监测;地铁;基准点;道床;分析中图分类号:U45　文献标识码:B　文章编号:1004—5716(2007)04—0181—03(GB　　根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》

)规定,变形监测包括50308-1999)(以下简称《规范》:

结构施工变形监测、施工阶段沿线环境变形监测、运营阶段变形监测。运营阶段变形监测是指运营后对线路轨道和结构进行变形监测。道床变形监测是运营阶段变形监测的重要组成部分,不仅反映了道床变形,而且可以反映轨道和结构变形,是地铁安全运营需要参照的重要指标,是地铁安全运营的重要保证措施。

尽管《规范》涉及了道床变形监测的内容,但《规范》中涉及的监测方法不尽详细、缺乏可操作性,而且可供参考的资料不多,因此总结一套可靠性强、操作方便、精度要求高的道床变形监测方法是非常迫切和需要的。

目前广州地铁多条线路同时建设,多条线路同时运营。根据《规范》规定,并结合多年地铁道床变形监测方面积累的经验,对道床变形监测的方法进行探讨,希望可以为地铁道床变形监测技术的发展提供借鉴。1　监测原理及基准点选择1.1　监测项目及监测等级

道床变形监测包括:道床平面位移监测和道床竖向位移监测。

由于车站是一个大刚体,其发生变形的可能极小(只有环境发生重大变化,才有发生明显变形的可能),因此道床变形监测的主要目的是监测隧道(或区间)范围内道床变形。参照变形监测有关规范要求,并结合地铁自身特点,广州地铁道床平面位移监测按照三等导线技术要求进行测量;道床竖向位移监测按照Ⅱ等水准的技术要求进行测量。也可以根据工程的重要性选择不同的监测等级。1.2　监测原理

根据线路的特点并结合工程地质情况,在左右道床

上分别每隔一定的距离埋设变形监测点。建立的监测控制系统,通过测量,求得平面监测点角度和距离以及竖向监测点高差的监测数据。将各次监测数据比较,可以计算某监测点的相对变形量,进而可以计算该点相对于基准边(点)的变形量。1.3　基准点的选择

基准点是变形监测的基础。基准点应选在变形区域外,地质情况良好,不易发生变形的地段。在地铁运营阶段,再由地面引入控制网已没有必要,也不具备条件(水准可以由地面引入,但由于转站多,会积累较大的误差,需采取特殊的措施来保证测量的质量)。车站的铺轨控制基标也不能满足平面三等导线、水准Ⅱ等的测量技术要求,若采用车站的铺轨控制基标作为基准,其闭合差将很大,不能反映监测作业精度。故建立的地铁监测控制系统是非常必要的。

考虑到车站是一个大刚体,其发生变形的可能极小,经综合分析,基准点位于车站内。在车站左右线各埋一条边长≥120m的平面监测基准边,一般选平面监测基准点作为高程监测基准点。左右线基准点(边)尽量成交叉通视。基准点埋设后,有条件则进行基准点(边)间联测,联测数据可供复核参考。2　监测点的布设

根据监测点在施测和分析中重要性的不同,监测点分为:基准点、控制监测点和加密监测点,见图1。

监测点的布设原则:地质条件与通视条件好的地段,100～120m设一平面位移控制监测点,地质条件不良或通视不好的地段,80～100m设一平面位移控制监测点,控制监测点间均分加设一位移加密监测点。所有

的平面位移监测点均是竖向位移控制监测点,控制监测点间均分加设一竖向加密监测点,竖向加密监测点间距为20～30m,且在车站与区间隧道相接处的两侧、区间隧道沉降(接)缝两侧设相对沉降监测点。同一隧道区间监测点布设应考虑如下条件:①水准观测时,往测和返测的测站数应为偶数;②点位间距尽可能相等,目的是消除调焦引起的误差;③车站长度。

隧道内所有的变形监测点均埋设󰂡10～16×60带螺纹的铜螺杆。平面监测点在铜螺杆中心钻一󰂡1.5×

10的小孔。变形监测点一般埋设于道床,为增加平面变形监测精度,曲线段平面变形监测控制点可往外股钢轨移一定的距离,以增大平面变形监测控制点间的边长。变形监测点统一连续编号,右线为双数号,左线为单数号,数号前贯车站或区间名。监测点号规范地书写于侧墙和道床上。平面变形监测点埋设时,应保证平面变形监测控制点间连线距边墙距离不小于0.2m。

图1　大学城专线大小区间监测点布设示意图

3　各项监测变形的警界值

3.1　平面变形监测

平面位移变形主要表现在观测角度的变化,测距的影响不大。平面位移监测按三等导线有关技术要求进行。三等平面测量测角中误差为±1.8″,则同一个角,两次测量限差应为Δ=2×1.8=3.6″;目前广州地铁变形监测采用的限差为Δ=2×1.8×2=5″,据此,平面位移控制监测点的相对变形量警界值,角度按5″计,对

Δ/ρmm。由于加密点在监测应L米的横向位移为L×

中只起参考作用,并且考虑到边长较短,可以将加密点角度警界值适当放大。

可以以相同的原理计算不同监测等级对应的警界值。3.2　竖向监测

竖向沉降监测按Ⅱ等水准测量要求进行作业,相邻竖向沉降控制监测点间高差不符值不超过4×0.06=0.98mm。依据地铁结构对竖向沉降的敏感性,2mm的竖向沉降不会危及地铁结构的安全,而二等水准测量,每公里高差中数的偶然中误差为M△=±1mm,能以足够测量精度测出地铁发生的大于2mm的变形,故竖向沉降控制监测的变形监测警界值按2mm计。4　变形监测作业4.1　监测的周期

根据多年的实践,广州地铁在运营后一年内监测周期定为3个月一次,一年以后监测周期适当延长。在同

一区段控制监测点与加密监测点监测时间不超过3d,相邻区段监测时间应连续。

变形区段的监测频率应适当加密,同时应缩短该区段的各次监测所用时间。4.2　外业施测

(1)仪器和原则:平面位移监测使用(1″,2±2ppm)精度以上的全站仪及配套精密对点器;竖向位移监测使用±0.4mm精度水准仪及配套2m铟瓦水准钢尺。作业前均应对使用仪器进行全面检查,每次变形监测应采用固定仪器、固定人员、固定线路、相同的处理软件及相同的观测条件的方法进行。

监测时控制网以每一区间为一测段,监测时遵循“以基准点为基础,先控制,后加密”的原则。

(2)平面位移监测:平面监测均按附合导线进行观测,从一个车站基准边经过控制监测点附合至另一车站基准边,如:DXC1604—DXC1612→DX1620…→DX1732→XGW1740—XGW1748。内角按六测回观测,不调焦,以减小视差的影响。在α左+α右-360≤±2.5″,取均值;距离往返观测各四次,取均值,并进行温度、气压、投影改正。平面加密监测与控制监测同时同精度进行。

第一次监测观测值是后续工作开展的基础,为了确保第一次观测值的精度,平面监测测角按9～10测回高精度进行,建立全线的变形监测体系。由于空间及光照

1832007年第4期　　　　　　　　　　　　　　　西部探矿工程　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等影响,监测点布设和平面观测条件往往不理想,根据

以往监测经验,按六测回测角,分别进行两次观测取中值作为第一次观测值更有说服力。

(3)竖向位移监测:监测时按附合水准进行,由一个车站基准点经过控制监测点附合到下一车站基准点,(DXC1604)DXC1612→DX1616→DX1620…→DX1732→DX1736→XGW1740(XGW1748),同时要联测车站内沉降监测点,其限差满足Ⅱ等水准,fh测≤fh限=±4L(L以km计),计算相邻车站基准点间的高差。加

密监测与控制监测同时同精度进行。

第一次监测按fh测≤fh限=±3L(L以km计)精度进行控制。4.3　监测数据处理及分析广州地铁道床变形监测分析采取谨慎原则,只有在确认车站稳定后,方可进行区间观测数据的计算、分析。对重测后仍有怀疑的监测点,不管是否超限,都作为变形监测加强区。

(1)基准边(点)稳定性分析:施测完成后,采用附合导线形式,以两站一区间为一测段,由一个车站基准边附合到下一车站基准边,计算前进方向左角之和。与第一次观测比较,若附合导线的角度闭合差不大于3.6″n,认为该测段内车站在平面方向是稳定的,否则是不稳定的。由二号线变形监测统计数据可以发现,有1/2的角度闭合差接近或略超3.6″n,可能是由于附合

导线的边长较短和观测条件不好导致观测误差较大而引起的;但左右线的角度闭合差的平均值都不大于3.6″n条件,且均小于1.8″n;由于车站可认为是刚

体,故以左右线角度闭合差平均值不大于3.6″n作为该测段内车站在平面方向稳定的条件更为合理。

若同一车站或测段内车站基准点的联测结果满足Ⅱ等水准规范要求,认为该测段内车站在竖直方向是稳定的,否则是不稳定的。

(2)基准边(点)稳定时监测数据分析:若个别平面位移控制监测点角度差值超过警界值5″,可以认为该

点或测段发生了位移变形,利用L×

Δ/ρmm可以计算相邻控制监测点间相对变形量。一个角度的变化势必会引起周围点位所在角度的变化,并且角度差值变化正负号基本呈“+→-→+”或“-→+→-”的特点,+”“、-”的个数与变形区域长短有关。

即使差值未达到警界值,也可以根据误差分布的特性并结合差值变化特点,判断该测段的变形趋势,可以计算相对变形量及相对于某边(点)的累积变形量。具有变形趋势的测段应加强监测。

竖向位移监测警界值为2mm,竖向位移监测数据

分析方法与平面位移监测分析方法相同。

(3)基准边(点)不稳定时监测数据分析:若区间变形观测数据显示车站处于不稳定状态。可以通过将三站两区间作为一个测段进行测量和分析,不但可以发现变形的车站,而且可以计算该车站的相对位移,此时相邻区间的连续观测就显得尤为重要。对于地质条件不良的车站,最好一开始就采用三站两区间作为一个测段的方法进行分析。

广州地铁二号线越秀公园站和客村站就是通过三站两区间进行变形监测分析从而发现车站发生变形的的例证。通过运营后一年的监测数据显示,越秀公园站出现竖向变形,车站的一侧出现最大4.5mm的下降,而另一侧出现了最大4mm的上升;客村站出现了10.3m的下沉,先是下沉,后是上升,反复沉降。5　特殊问题处理

(1)当隧道(道床)有发生竖向位移的趋势时,每5～10m再设一竖向位移监测点,并另行设计监测方案,进行竖向位移跟踪监测。

(2)当车站所处地质条件较差,可能会出现沉降时,在车站变形范围外侧设立基岩水准点专门对车站道床或底板进行监测。由于转站多,会出现较大的累计误差,因此在测量时必须采取特殊的措施来保证测量的质量。主要的措施有:固定设备、固定人员、固定线路、相同的处理软件,相同的观测条件。

(3)在个别车站,如果道床设计厚度较小,机车的运行可能会造成道床结构与车站底板的脱离。若发生脱离,此时道床的变形已不能正确反映结构的变形。为了能够真实反映车站结构的变形,可以在车站侧墙结构上设置位移监测点,对车站结构进行监测。6　结束语

上文所提及的道床变形监测方法是广州地铁多年发展和完善的结果,并在继续发展和完善,同时该监测方法的使用效果也在广州地铁运营阶段的变形监测中得到了验证,方法是可行、可靠的,并得到了同行专家的认可,为广州地铁的运营提供了重要的保障。

参考文献:

[1]　GB50308-1999地下铁道、轻轨交通工程测量规范[S].[2]　GB50026-93工程测量规范[S].[3]　JGJ/T8-97建筑变形测量规范[S].

[4]　张正禄.工程测量学[M].湖北:武汉大学出版社,2002.[5]　李青岳,陈永奇.工程测量学[M].北京:测绘出版社,1995.[6]　城市测量手册[M].北京:测绘出版社,1993.[7]　CJJ8-99城市测量规范[S].

[8]　周立吾,张国良,林家聪.矿山测量学[M].江苏:中国矿业

出版社,19.

“