深圳地鐵5號線結構變形監(jiān)測研究

韋選萬

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

1 引言

隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，軌道交通線網越來越密集，既有線路的正常運營和結構的安全性，成為人們關注的焦點[1-2]。就目前國內外的研究現(xiàn)狀而言，已有大量學者對地鐵隧道結構變形引起的安全問題進行研究，例如蘇濤在《在建基坑影響下地鐵隧道的變形監(jiān)測研究》一文中介紹了一種利用高精度全站儀、紅外測距儀及數(shù)據(jù)自動采集器的全自動變形監(jiān)測方法，來準確監(jiān)測基坑施工對地鐵隧道變形的影響[3]；柯成建在《城市暗挖隧道下穿不同結構形式既有線變形特性分析》中介紹了新建線路下穿既有線的工程引起的隧道結構變形等[4]。此類研究只側重地鐵某一個部位或某一個區(qū)間的結構變形的安全問題，并未對既有整條運營線路結構變形監(jiān)測進行詳細研究。

本文以深圳地鐵5號線為試點，從既有整條運營線路的變形量監(jiān)測出發(fā)，使用經過特殊加工的精密對中支架，全面采集精確數(shù)據(jù)，在已有監(jiān)測數(shù)據(jù)資料的基礎上，通過為期一年的監(jiān)測統(tǒng)計分析，為地鐵安全運營提供有力保障[5]，為考察地鐵隧道運營安全、研究隧道變形規(guī)律提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

2 監(jiān)測點布置

地鐵運營期變形監(jiān)測點位布置及其密度應根據(jù)隧道經過地區(qū)的工程地質、地下水、地面建筑負載情況及施工方法而定，在地質不良及盾構機掘進地段宜加密布置，其他區(qū)段監(jiān)測點位布置間距可適當加大。

2.1 水平位移監(jiān)測點布設

在列車運行區(qū)間及各車站的道床中央均布設水平位移監(jiān)測點，點位密度60米，定義點號含“P”或“K”的觀測點為水平位移觀測點。

2.2 垂直位移監(jiān)測點布設

垂直位移監(jiān)測點位于區(qū)間及其車站的道床中央，點位密度為30米，定義點號含“P”或“K”的觀測點為水平位移觀測點，同時也作為垂直位移觀測點，點號含“C”的觀測點只觀測垂直位移。結構縫、車站與區(qū)間銜接處、聯(lián)系井與隧道銜接處兩側加布垂直位移觀測點。

3 觀測方法

3.1 基準點的選定

垂直位移、水平位移觀測基準點均埋設于車站兩側排水溝，每個車站埋設基準點6個，垂直位移、水平位移基準點使用統(tǒng)一標志。為提高觀測精度，觀測時將站臺每側兩端基準點構成基準網進行觀測，站臺兩側中間的兩個點只作為穩(wěn)定性檢驗使用。

3.2 水平位移監(jiān)測

為保證測量精度，準確反映監(jiān)測點的變形情況，水平位移監(jiān)測將隧道內的控制點與車站基準點組成水平位移監(jiān)測控制網，并按照Ⅱ等水平位移監(jiān)測控制網要求進行觀測，在彎道處兩控制點不能通視時，將導線邊長縮短至60米，即把觀測點納入導線控制網中，其他觀測點采用極坐標法，在監(jiān)測控制網點上設站對其進行觀測。

因地鐵隧道現(xiàn)場條件的限制，本文采用精密導線法進行測量。根據(jù)現(xiàn)場實際情況盡可能控制相鄰導線邊長比值大于1/3，且在一個導線網里相鄰導線邊長比值接近1/3的導線邊數(shù)不允許超過導線邊長總數(shù)的1/3，以保證控制導線的測量精度。

3.3 垂直位移監(jiān)測

垂直位移監(jiān)測嚴格按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB 50308—2008）、《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8— 2007）、《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）、《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）等相關技術要求進行。

4 監(jiān)測實驗分析

4.1 水平觀測分析

水平位移觀測采用車站的基準點為坐標起算點，為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和連續(xù)性，平差計算前采用檢查相對關系的方法對基準點的穩(wěn)定性進行檢驗分析。具體算法以基準網中兩個點的坐標為起算點，推算網中其他點的坐標，如推算出的坐標與原坐標的差值小于極限誤差（取2倍觀測中誤差），則認為基準網點間相對變形不顯著，并將其坐標作為觀測點平差的起算數(shù)據(jù)。水平位移基準網穩(wěn)定性檢驗計算結果如表1所示。

表1 水平位移基準點穩(wěn)定性檢驗成果表

從表1可以看出，前海灣、興東、百鴿籠三個站，基準網點間發(fā)生相對沉降，其他區(qū)間變化不顯著。

（1）前海灣—臨海區(qū)間，部分觀測點水平位移量接近預警值，最大位移為14.49mm。

（2）興東—留仙洞區(qū)間，上行線平位移量最大為13.19mm，已超出預警值；下行線平位移量最大為9mm，未超出預警值。

（3）長嶺陂—深圳北區(qū)間，上下行線部分觀測點水平位移量達14mm，已超出預警值。

（4）布吉—百鴿籠區(qū)間水平位移量最大為9mm，已超出預警值。

4.2 垂直觀測分析

垂直位移基準點穩(wěn)定性檢驗主要檢查相鄰基準點的高差變化。如果基準網點間高差變化值小于極限誤差（取2倍觀測中誤差），則認為所檢測的基準點是穩(wěn)定的。經檢驗基準點間無變化或變化不顯著時，將其坐標作為起算數(shù)據(jù)。垂直位移基準網穩(wěn)定性檢驗計算結果如表2所示。

表2 垂直位移基準點穩(wěn)定性檢驗成果表

從表2可以看出，前海灣、寶華、坂田、楊美四個站，基準網點間發(fā)生相對沉降，其他區(qū)間變化不顯著。區(qū)間垂直位移具體變化情況如下：

（1）前海灣—臨海區(qū)間，上下行線K0+000～K0+810（臨近該區(qū)段有地鐵11號線前海灣站的施工）垂直位移量在-11mm～-4mm之間，變形比較顯著。

（2）寶華—寶安中心區(qū)間，K2+850～K3+300(臨近該區(qū)段有深圳市西岸時代廣場基坑施工)垂直位移量介于-6～-4mm之間。

（3）五和—坂田、坂田-楊美兩區(qū)間多數(shù)點呈上升趨勢，垂直位移量最大達到4mm。

（4）楊美—上水徑區(qū)間，K25+860～K26+600區(qū)段垂直位移量介于1～4mm之間，其他觀測點變化不顯著。

綜合分析，前海灣站、前海灣—臨海區(qū)間、西麗—大學城區(qū)間、長嶺陂—深圳北區(qū)間均有部分區(qū)段垂直位移變化顯著，大學城—塘朗高架段上下行線垂直位移差異變形較大，前海灣—臨海區(qū)間水平位移量超出預警值。要對類似以上觀測點有顯著變形的區(qū)間及時進行處理和重點跟蹤監(jiān)測，以避免安全事故的發(fā)生。

5 結束語

地鐵的安全運營是保障公共安全的第一要務，隨著地鐵運營年限增長，不可避免地會出現(xiàn)線路老化。本文以深圳地鐵5號線為例，詳細介紹了既有地鐵隧道的變形監(jiān)測方法，從線路整體尋找影響地鐵安全運行的風險點，為地鐵安全運營提供有力保障，為考察地鐵隧道運營安全、研究隧道變形規(guī)律提供可靠的參考數(shù)據(jù)。