临近基坑施工对既有地铁隧道结构的自动化监测

摘要:文中介绍了地铁隧道自动化监测系统的组成以及工作原理， 并以已经投入运行的某城市既有三号线隧道的自动化监测为例， 阐述了自动化监测的实施过程， 并对自动化监测数据进行了分析，得出结论: 自动化监测可以真实反应出正在施工的基坑工程对既有隧道结构的变形情况。

关键词: 自动化监测; 隧道; 布点; 变化量; 分析

中图分类号: TB22文献标识码: B

1 工程概况

广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统赤岗塔停车场基坑深约17.25米，基坑西侧长72.5米，距地铁3号线客村~赤岗塔区间下行线隧道4.1米。其立面相对位置如下图所示：

为实现信息化施工，确保3号线正常运营，停车场基坑施工期间需对施工影响范围内的地铁3号线客村~赤岗塔区间上下行线隧道进行自动化监测。

2 隧道自动监测项目的实施

2.1 自动监测系统的基本组成[1-3]（单线）

为实现本项目监测的自动化，工作基点站应设在隧道侧壁，同时设置四个校核点以校核工作基点。安装于基点站的TCA 2003全站仪与监测系统机房建立通讯联系，由机房控制全站仪对校核点和变形点按一定的顺序进行逐点扫描、记录、计算及自校，并将测量结果发送至机房入库存储或并进行整编分析。

对影响区间的位移量可以以影响区域以外的隧道本身为基准，监测数据只反映影响区域相对基准点的位移量，根据误差传播理论的计算在100米以内使用1”，1mm+1ppm的全站仪，观测精度可以保证在1mm 以内，当测站和观测点固定（或强制对中）时，可以较高精度地反映监测点的变形。

该种方法可以同时测量水平及高程变化，即测量各点三维坐标的变化量，自动监测的原理如下图所示：

2.2 使用仪器

本方案拟采用徕卡TCA2003全站仪和配套的硬软件实现对地铁隧道形变的自动监测。

徕卡TCA系列自动化全站仪，又称“测量机器人”，该仪器精度高、性能稳定，其内置自动目标识别系统，可以自动搜索目标、精确照准目标、跟踪目标、自动测量、自动记录数据，在几秒内完成一目标点的观测，像机器人一样对多个目标作持续和重复观测，并具有计算机远程控制等优异的性能。采用 徕卡Geomos软件系统进行变形监测，可以实现无人值守及自动进行监测预报，即实现变形监测全自动化。它不仅便捷、准确，而且可以减少传统意义上形变观测中的人为观测误差及资料整编分析中的可能造成的数据差错。

2.3 工作基站及校核点设置

为使各点误差均匀并使全站仪容易自动寻找目标，工作基站布设于监测范围中部，校核点（基准点）布设在远离施工影响范围以外，最外观测断面以外约30米左右的隧道中，采用连接件配小规格反射棱镜，用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的侧壁及道床的混凝土中，离道床距离1.2米左右，以便全站仪容易自动寻找目标。

2.4 隧道监测断面布置及监测断面内监测点布置

在上行线隧道内布设8个变形监测断面（SxA到SxH），在相对应的位置下行线隧道布设8个变形监测断面（XxA到XxH），共布设40个监测点；相邻断面的间距均为12.5米。监测断面布置及监测断面内监测点布置详见下图。

图2—1 监测断面示意图

图2—2 隧道断面点位布设示意图

3 变形情况

3.1 各监测点的沉降曲线（取一个沉降最大的断面）

图3—1XxC3—Z方向累计变化量曲线图

3.2 各监测点的横向变形曲线（取一个横向变形最大的断面）

图3—2XxC4—X方向累计变化量曲线图

3.3 各监测点的纵向变形曲线（取一个纵向变形最大的断面）

图3—3 SxF1—Y方向累计变化量曲线图

4 赤岗塔停车场一期工程基坑开挖对3号线隧道影响分析

4.1 变形大小分析

从曲线看，基坑土方开挖的初始阶段对3号线地铁赤岗塔站～客村站区间隧道上下行线各监测点的三维变形相对较小；至2009年12月15日，3号线地铁赤岗塔站～客村站区间隧道的最大变形为：沉降变形为XxC3(-7.69mm)，横向变形为XxC4(9.47mm)，纵向变形为SxF1(1.40mm)；XxC断面的竖向收敛为6.56mm，横向收敛-6.80mm。

4.2 变形趋势分析

A、从各监测点的沉降曲线来看，很明显的能看到这样的形态：

1）从2008年12月26日到2009年4月5日，由于赤岗塔停车场一期工程基坑土方卸载及土层扰动，三号线隧道下沉明显；

2）从2009年4月5日到7月14日，由于基坑底板和支护结构完工，地下连续墙的支撑导致三号线既有隧道有微小上升；

3）8月14日之后，由于中板完工使三号线既有隧道下沉趋于稳定。

B、从各监测点的横向变形曲线可以发现：

1）从2008年12月26日到底板完工之前，基坑开挖未对三号线既有隧道横向产生影响，整个横向变形处于一种稳定状态；

2）底板完工后，由于支撑结构的影响，三号线隧道向下行方向变形明显；

3）赤岗塔停车场一期工程基坑顶板完工后，三号线隧道横向变形趋于稳定状态。

C、从各监测点的纵向变形曲线可以发现：

1）从2008年12月26日到底板完工之前，基坑开挖对三号线隧道的纵向变形影响很小；

2）从2009年4月5日到7月14日，由于基坑底板和支护结构完工，三号线隧道向背离基坑方向变形明显；

3）中板完工后，三号线隧道纵向变形继续向背离基坑方向增加，但增加速率减慢。

底板完工（2009年6月29日）至2009年12月15日，3号线地铁赤岗塔站～客村站区间隧道的各监测断面的各个监测点的三维变形及各断面的收敛趋于稳定，各点的变形速度小于规范规定的稳定期0.01mm/d，从而可以判断：广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统赤岗塔停车场一期工程施工对3号线地铁赤岗塔站～客村站区间隧道的影响已经结束，赤岗塔站～客村站区间隧道已经处于安全稳定状态。

5 结论

（1）自动化监测无论在精度上还是在实效性上完全可以真实反应隧道结构的变形情况， 加之其能够24 小时无人值守不间断观测，克服了传统测量方法的不足， 极大地提高了效率，为广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统赤岗塔停车场一期工程基坑提供了实时施工与3号线安全运营沉降数据信息。

( 2) 自动化监测的测点固定于隧道结构上，且距离基坑有一定距离，因此与基坑测斜位移量相比，自动化监测位移量较小。

参考文献

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