地铁变形监测方案的设计探究

摘要：随着我国社会主义市场经济的不断发展，全国各大城市的规模也在渐渐扩大。交通是衡量一个城市发展水平的重要指标。城市化进程的加快，必定会带动城市交通网络的进步，而兴建地铁就是缓解城市交通压力的有效方法。从地铁轨道的兴建到正式投入运营，地铁工程建设团队需要花费大量的心思，解决地铁工程中出现的种种难题。其中，地铁变形监测就是一个非常现实的问题，它需要对地铁隧道进行全方位的监测，需要投入大量的人力物力。本文针对地铁变形问题进行了研究，提出了相关的地铁变形监测方案，并得出了相关的结论。

关键字： 地铁变形，监测，方案，隧道

Abstract: along with our country socialist market economy development, the scale of the country's major cities in expanding gradually. The traffic is the measure of a city development level of important index. The acceleration of urbanization, the urban traffic network will drive the progress, and build the subway relieve urban traffic pressure is the effective method. From the rail is built to formally put into operation, the subway engineering construction team need to spend a lot of mind, and solve the subway engineering appeared in all its problems. Among them, the subway deformation monitoring is a very real problem, it needs to subway tunnels for comprehensive monitoring, requires a lot of manpower. This article in view of the subway deformation problems in study, puts forward the relevant subway deformation monitoring plan, and relative conclusions are drawn.

Key words: the subway deformation, monitoring, plan, the tunnel

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

地铁变形监测在地铁建设工程中的必要性

地铁变形监测就是指在地铁工程在建设和运营的过程中，通过科学有效地方法来对地铁工程中可能出现的隧道变形问题进行监测，防止地铁隧道发生变形，提高地铁建设工程的质量，从而保障地铁能够安全的投入运营。

由于地铁是建设在城市地下的，在施工的过程中难免会碰到一些麻烦，所以在地铁工程中对地铁变形的监测就非常重要了。现在全世界有很多国家都拥有自己的城市地铁，用以缓解城市交通的压力。一方面来说，城市地铁的隧道通常是建设在地质比较复杂、道路比较狭窄、交通比较繁忙、地下运输管道比较密集的闹市中心地带，所以在施工的过程中容易对地表的建筑和地下管道造成影响。这个时候就需要对地铁隧道进行施工变形监测了。对地铁隧道变形监测的方面有很多，例如地面沉陷程度的检查、隧道顶部下沉的情况、隧道收敛位移的检查、隧洞顶部围岩内部垂直位移的检查、模筑混凝土表面应力的检测等。事实上，对于地铁隧道施工过程中的变形监测主要为了解决隧道内部和围岩位移的变化和应变的能力，得出相关的数据，然后进行合理的调整，控制地铁隧道内部各部分位移的变化。一旦监测不准确或者出现故障，就有可能直接影响到地铁隧道使用功能，同时还有可能造成地铁在运行过程中发生安全事故，造成严重的交通事故和人员伤亡；从另外一方面来说，地铁变形监测是保障地下铁道工程建设工程质量、地铁沿线建筑物和管道的保护和地铁安全运行的有效方法。地铁变形监测能够随时预报地铁隧道在建设过程中发生的变形和地质变化，方便施工队伍及时进行抢修，更改参数，对隧道内部进行合理的加固，从而确保地铁变形能够控制在一定范围内，提高了整个地铁建设工程的质量，也减少了地铁运营公司由于地铁安全事故而造成的经济损失。

地铁变形监测的主要内容和方法

通过实地考察，对地铁变形监测需要进行的各项内容进行了如下归纳：

1、对地表环境变形的测量。主要包括地铁沿线重要建筑物变形测量、沿线地下管道变形测量、围岩变形和应力测量、沿线地表沉降程度测量等方面；

2、对地下隧道变形的测量。主要包括隧道顶部沉降程度的测量、铁轨中心轨基变形测量、断面和建筑物变形测量等方面；

3、对支护结构变形的测量。主要包括建筑钢架内力和负载能力的检测、隧道壁支护架位移的测量、隧道整体结构的应力测量、结构拱顶下沉和水平收敛程度的测量等。

所以说，地铁变形监测主要包括以上三个方面的内容。另外，地铁变形监测的方法主要有大地测量和物理量测两种。

地铁变形监测方案的设计

通过以上对于地铁变形监测的介绍和方法分析，可以设计出如下的地铁变形监测方案：（一）、地铁变形监测网点分布的设计

选择合理的监测网点对于地铁变形监测来说是很重要的。地铁变形监测需要用到许多精密的仪器，而且地铁变形监测的范围也比较广，所以在安排监测网点的时候要有整体思想。首先，建立三个监测基准网点：地面沉降监测基准网点、地下隧道内基准网点和平面变形监测基准网点。地面沉降监测基准网点至少要为二等水准网，能够当作沉降观测的基准。另外，还需要在二等水准网沿线增设一定数量的基岩水准点，这样就使得地面沉降监测基准网稳定可靠且能够长期使用；地下隧道内基准网点的分布要在地铁隧道贯通后铺设轨道前进行，这样就能够保证设置的监测网点不被破坏，延长使用寿命。另外，监测点的位置可以是在车站上、竖井的底部、通道内部等地方；平面变形监测基准网点的分布可以借助GPS网和二级精密导线网，其精度相对来说还比较高，但是，为了是监测网点检测到的变形数据稳定可靠，还需要对这些网点进行定期的检查，防止出现故障。

（二）、地铁变形监测的精度设计

地铁变形精度的设计主要针对地铁沉降监测和地下隧道水平位移的监测。在地铁工程建设的前期，施工方对于地铁沉降监测的精度是有要求的，一般会根据地铁沉降测量的等级来确定精度的要求（如下图1），所以施工的时候必须要按照精度要求进行施工。国际测量工作者联合会对变形值做出了要求：“如果观测的目的是为了是变形值不超过某一个允许值而确保建（构）筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10~1/20”。地下铁道隧道结构的水平位移监测主要是对道床中央的平面进行监测，测量其横向位移，其测量的精度也是有要求的（如下图2）

图表 1 地铁沉降测量等级及精度要求

图表 2地铁水平位移测量等级及精度要求

（三）、地铁变形监测周期和频率的设计

变形监测周期的设定需要根据地铁工程的整体环境和施工过程中地表和地下结构产生的变形量来确定。在进行变形监测的初期，监测周期要短，提高监测的频率。当变形量基本处于一个稳定值的时候，可以适当延长检测周期，降低监测的频率。有过监测经验的人都知道，监测点是对隧道变形体在空间上的离散化，而监测周期则是对隧道变形体时间上的离散化，所以，无论是在地铁工程施工的前期还是后期，监测周期和频率的设计都非常重要。对于每一个监测点，都需要一个监测的周期和频率来得到监测点每期的三维坐标，这样才能直观的反映出隧道的变形情况。科学的设计监测的周期和频率，对于地表及高层建筑沉降的观测周期，会根据施工阶段的不同而有不同，初期最好一天监测一次，基本稳定以后可以是3~5天一次；对于地下隧道拱顶和底部沉降的监测可以是每周一次或者每个月一次；对于地下隧道变形的监测同样需要分阶段，隧道贯通到正式运营阶段，可以每3个月监测一次，正式运营阶段，可以使半年或者一年监测一次。

结束语

通过上述分析，我们发现，地铁变形监测是一项系统性的工程，需要考虑到地铁工程建设各个阶段，需要对地铁变形监测的内容、变形监测网点的分布、变形监测的精度、监测周期和频率等进行研究设计。

参考文献：

[1] 于来法.地下铁道地面控制网布设方案和测量精度设计[J].测绘通报,1996,(6).

[2] 张明聚,王诚浩,吕琦,等.铁路客专线明挖大断面隧道施工监测分析[J].北京工业大学学报,2010(10):1350-1356.

[3] 刘祖强,张正禄.工程变形监测分析预报的理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。