一種高效的運營期地鐵盾構(gòu)隧道收斂測量新方法

謝德明 高 磊

(1.江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210000； 2.中國人民解放軍理工大學國防工程學院，江蘇 南京 210007)

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一種高效的運營期地鐵盾構(gòu)隧道收斂測量新方法

謝德明1高 磊2

(1.江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210000； 2.中國人民解放軍理工大學國防工程學院，江蘇 南京 210007)

針對傳統(tǒng)收斂測量方法耗時長，測量自動化程度低，難以應(yīng)用于運營期地鐵隧道收斂測量的問題，提出采用高精度測距儀結(jié)合固定支架的方法，對南京地鐵10號線運營期隧道進行收斂測量，在滿足測量精度的情況下，實現(xiàn)了收斂測量的快速高效，解決了運營期地鐵隧道收斂監(jiān)測的難題。

地鐵盾構(gòu)，大盾構(gòu)，收斂監(jiān)測，測距儀，限差

盾構(gòu)法施工具有對地面交通影響小，高效，環(huán)保等優(yōu)點，逐漸為城市地鐵廣泛采用。運營期盾構(gòu)收斂測量是地鐵結(jié)構(gòu)健康檢測的重要組成和基礎(chǔ)工作，為考察隧道運營安全、研究隧道變形規(guī)律提供可靠參考數(shù)據(jù)[1]。盾構(gòu)管片既是隧道的支護結(jié)構(gòu)也是隧道的主體結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)豎向位移和凈空收斂監(jiān)測對判斷工程的質(zhì)量安全非常重要[2]。在地鐵盾構(gòu)隧道運營期間，對隧道管片腰線設(shè)置收斂監(jiān)測點，進行精密收斂變形監(jiān)測，是優(yōu)選的變形監(jiān)測項目之一[3]。

傳統(tǒng)收斂測量方法耗時長，測量自動化程度低，無法應(yīng)用于運營期地鐵隧道的收斂測量。本文采用高精度測距儀結(jié)合固定支架的方法進行隧道收斂測量，在滿足測量精度的情況下，實現(xiàn)了收斂測量的快速高效，取得了良好的工程效果。本文以南京地鐵10號線的盾構(gòu)收斂測量為例，分析和總結(jié)盾構(gòu)收斂測量的方法和精度，作為同類工程應(yīng)用的參考。

1 收斂測量

目前常用的收斂測量方法主要采用收斂計測量兩個外露測點的相對位移。

常用收斂計為鋼尺收斂計，主要由鋼卷尺、百分表、測量拉力裝置及錨栓測點相連接的連接掛鉤等部分組成。鋼尺按每2.5 cm孔距用高精度加工穿孔，測力計張拉定位進行拉力粗調(diào)。彈簧控制拉力使鋼尺張緊，百分表進行位移微距離讀數(shù)測量[4]。測量時，需將收斂計一端的連接掛鉤與測點連接，展開鋼尺與另一測點相連，測量過程精密，所以測量速度慢(見圖1)。

對于運營期的地鐵進行收斂測量，需要在地鐵停運的深夜進行，采用收斂計的測量方法無法滿足快速高效的要求。本文研究采用精密測距儀配合固定支架的方法測量盾構(gòu)隧道直徑。主要原理如下：先通過放線儀將測點和支架安裝好(如圖2所示)，精確測量支架與測距儀的距離為常數(shù)Δd，用測距儀測量測距儀與測點的距離為L，最后L+Δd作為最后的隧道直徑測量值。隧道直徑收斂監(jiān)測的控制指標主要有兩項內(nèi)容，一項是管片拼裝檢驗標準隧道襯砌橢變直徑允許偏差為0.5%D，D為直徑，單位為mm；一項是隧道直徑收斂監(jiān)測累計變化量0.2%D與變化速率3 mm/d[5]。

2 工程應(yīng)用

南京地鐵10號線起點安德門，終點江浦雨山路，全線正線總長21.6 km，主要包括隧道、橋梁、過渡段及車站等。10號線共設(shè)站14座，其中需進行盾構(gòu)收斂監(jiān)測的是從夢都大街站開始到雨山路站計8個區(qū)間，見圖3。共布設(shè)了840環(huán)監(jiān)測斷面。其中大盾構(gòu)斷面有91環(huán)。普通監(jiān)測斷面，斷面標準圓直徑為5.5 m，大盾構(gòu)斷面標準圓直徑為10.2 m。

2.1 收斂監(jiān)測點位布設(shè)

收斂監(jiān)測點的布設(shè)，按與垂直監(jiān)測點在一個監(jiān)測斷面上布設(shè)收斂監(jiān)測點的原則布設(shè)，首先需找到該斷面直徑位置，根據(jù)垂徑定理可知圓內(nèi)任意一條弦的垂直平分線是直徑，因此弦線中心位置即為隧道內(nèi)壁直徑端點。具體盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)監(jiān)測點位置確定實施方法如下：用萊賽5線L639激光水平儀確定盾構(gòu)在該位置的垂直切面(如圖4所示)；利用垂徑定理能夠找出正確的直徑收斂點(特征點A，B)，選用2 m長雙向氣泡水平尺緊貼隧道環(huán)壁，兩個氣泡均居中后，利用直尺對應(yīng)水平尺平分線所在位置找出隧道左側(cè)內(nèi)壁直徑端點(特征點A)，埋設(shè)帶有圓孔的3 cm長鋼釘于該位置(如圖5所示)，并用同樣的方法尋找右側(cè)直徑端點(特征點B)并噴涂直徑為2 cm的十字標記于該位置，見圖6。

2.2 監(jiān)測設(shè)備

監(jiān)測設(shè)備采用Leica D510手持測距儀，配合專門制作支架進行監(jiān)測。測距儀測量時，測量的數(shù)值是測距儀底部到十字標記的距離，但測距儀專用支架后有用于固定測距儀的一段鋼栓，以及測距儀架設(shè)鋼釘表面到管片壁都有一定的長度。因此我們把測距儀底部到管片壁的距離稱為常數(shù)。此常數(shù)通過用游標卡尺多人、多次測得為0.013 5 m。最后，測得的距離再加上這個常數(shù)，就可以反映真實的盾構(gòu)圓直徑。

大盾構(gòu)是由兩個盾構(gòu)隧道組成，其收斂基線長度為：

L=L左+L右+2×0.013 5+0.30。

其中,0.30為兩個盾構(gòu)隧道中間隔墻的厚度，m。

2.3 監(jiān)測實施

將測距儀固定在事先埋好的帶孔鋼釘孔眼上，待儀器穩(wěn)定后對準對面噴好的十字標記中心位置測量，測量8測回。為了能方便將監(jiān)測原始數(shù)據(jù)保留，將leica.disto.transferBLE軟件安裝于手機上，利用手機藍牙和儀器藍牙進行數(shù)據(jù)傳輸。這樣每測量一個數(shù)據(jù)都能在手機上看到，然后再下載到計算機，進行后處理。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

運營期隧道直徑收斂監(jiān)測的監(jiān)測頻率為一年兩次。第一期監(jiān)測實施于2015年4月～2015年5月，二期監(jiān)測實施于2015年10月～2015年11月，三期監(jiān)測實施于2016年3月～2016年4月。

3.1 一期監(jiān)測成果分析

第一期監(jiān)測成果統(tǒng)計如表1所示。

表1 第一期監(jiān)測成果匯總表

表2 超出限差統(tǒng)計表

表3 第二期監(jiān)測成果匯總表

第一期收斂監(jiān)測成果一般作為后續(xù)監(jiān)測成果的初值。該期監(jiān)測成果主要判斷指標為監(jiān)測直徑與設(shè)計值的限差，根據(jù)地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計要求，此差異限差為0.075 m。對第一期監(jiān)測成果進行簡單匯總統(tǒng)計顯示，10號線夢都大街—雨山路段全線共布設(shè)840環(huán)監(jiān)測斷面，其中99.76%滿足小于標準圓限差0.075 m的要求，超過限差的為江心洲—臨江區(qū)間，其中兩環(huán)如表2所示。在大盾構(gòu)位置存在超出75 mm現(xiàn)象，以及在大盾構(gòu)位置25 mm～75 mm的數(shù)據(jù)較多，分析原因為該兩環(huán)屬于大盾構(gòu)隧道，其標準圓直徑10.20 m，大盾構(gòu)中間分隔墻厚度不均勻，很多地方厚度沒有0.30 m，誤差屬于系統(tǒng)誤差，在后續(xù)二期和三期監(jiān)測數(shù)據(jù)中也同樣存在。

3.2 二期、三期監(jiān)測成果分析

表4 第三期監(jiān)測成果匯總表

第二期監(jiān)測時間為2015年10月，監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3所示。根據(jù)GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，管片結(jié)構(gòu)凈空收斂項目控制值如下：累計值0.2%D，變化速率3 mm/d。D為盾構(gòu)隧道直徑。按照該標準，采用電子測距儀配合支架的方法進行收斂監(jiān)測，第一期測量值與第二期測量值的變化都在限差范圍內(nèi)。

第三期監(jiān)測時間為2016年3月，監(jiān)測成果統(tǒng)計如表4所示。第三期的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，江心洲—臨江區(qū)間大盾構(gòu)隧道其中兩個監(jiān)測環(huán)與標準圓的直徑偏差超過0.075 m，與第一期、第二期的位置相同，系由于分隔墻厚度不均勻造成的系統(tǒng)誤差，該兩環(huán)監(jiān)測點直徑收斂的累計變化量為2.1 mm，3.2 mm，在盾構(gòu)隧道收斂限差范圍內(nèi)，說明該大盾構(gòu)管片區(qū)間處于穩(wěn)定狀態(tài)。普通盾構(gòu)隧道直徑收斂變化量與大盾構(gòu)隧道直徑收斂變化量如圖7，圖8所示，從圖7，圖8中可以看出大盾構(gòu)隧道雖然直徑是普通盾構(gòu)隧道的兩倍，但在較好的施工工藝下，其運營期收斂變形的累計變化比普通盾構(gòu)隧道稍大，但仍在限差范圍內(nèi)，最大4.3 mm，遠小于20.4 mm的限差。如圖7,圖8所示，根據(jù)001，002，003期的監(jiān)測數(shù)據(jù)002期、003期相對于001期初始值的變化累計較大(圖中深灰色曲線為002期相對001期變化量、黑色曲線為003期相對001期變化量)，但003期相對002期監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化則較小(圖中淺灰色曲線為003期相對002期變化量)，說明隧道管片結(jié)構(gòu)從竣工到運營一年后受環(huán)境的影響趨于穩(wěn)定，大盾構(gòu)管片直徑收斂量累計變化如圖9所示。

4 結(jié)語

采用高精度測距儀結(jié)合支架的方法在南京地鐵10號線收斂監(jiān)測中得到了很好的應(yīng)用，其工作效率是采用普通收斂計監(jiān)測無法達到的。采用該方法得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)各項指標滿足規(guī)范要求，數(shù)據(jù)精度合格，成果可靠，大大提高了收斂測量的效率，具有很高的推廣價值。

[1] 林良岱,王昊宇,袁 釗.上海市地鐵運營期定期監(jiān)測技術(shù)方案研究[A].地理信息與物聯(lián)網(wǎng)論壇暨江蘇省測繪學會2010年學術(shù)年會[C].2010:312-313.

[2] 金 淮,張健全,吳鋒波,等.城市軌道交通工程監(jiān)測理論與技術(shù)實踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014:104-106.

[3] 李玉寶,許立苑.地鐵盾構(gòu)隧道變形監(jiān)測項目優(yōu)選及數(shù)據(jù)分析[J].測繪通報,2010(sup):26-28.

[4] 夏才初,潘國榮.土木工程監(jiān)測技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[5] GB 50911—2013，城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

A new efficient method of convergence measurement in operation metro shield tunnel

Xie Deming1Gao Lei2

(1.GeologicalExplorationTechnologyInstituteofJiangsuProvince,Nanjing210000,China;2.EngineeringInstituteofEngineeringCorps,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

In light of traditional convergence measurement method defects, such as long measurement duration, low automatic measurement degree, and poor subway tunnel convergence measurement during the operation period, the paper carries out the tunnel convergence measurement by applying the method of combining high-accuracy diastimeter with fixed support, realizes fast and high-efficient convergence measurement under the condition of meeting measurement accuracy, and solves subway tunnel convergence monitoring difficulty during the subway operation period.

subway shield, large shield, convergence-monitoring, diastimeter, tolerance

1009-6825(2017)10-0207-03

2017-01-23

謝德明(1980- )，男，碩士，工程師； 高 磊(1982- )，女，碩士，講師

TU198

A