地鐵運(yùn)營期結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測技術(shù)探討

林家海

(南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，江西 南昌 330038)

地鐵工程為城市重點(diǎn)工程項(xiàng)目，在地鐵隧道運(yùn)營期間，因隧道結(jié)構(gòu)形式，水文地質(zhì)環(huán)境、周邊施工及列車荷載等因素，其隧道結(jié)構(gòu)通常會(huì)發(fā)生形變，嚴(yán)重時(shí)則影響運(yùn)營安全。為了及時(shí)掌握地鐵結(jié)構(gòu)的變形情況，選擇代表性部位進(jìn)行沉降、收斂等變形監(jiān)測，對(duì)變形較大的地段及時(shí)采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施，對(duì)保證地鐵安全運(yùn)營和長期節(jié)約維修成本具有重要的意義。

1 監(jiān)測要求

1.1 監(jiān)測內(nèi)容

長期監(jiān)測屬于普查性監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容因地鐵結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)情況及外部影響特點(diǎn)有所差異，對(duì)于盾構(gòu)隧道通常包含道床沉降監(jiān)測及管環(huán)的收斂監(jiān)測，對(duì)于箱涵式矩形隧道主要實(shí)施沉降監(jiān)測。在已發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)病害嚴(yán)重區(qū)域或外部影響較為明顯的區(qū)域一般要求施測隧道結(jié)構(gòu)的水平位移。

1.2 監(jiān)測點(diǎn)密度

1） 盾構(gòu)隧道沉降監(jiān)測點(diǎn)密度宜為6-20 米間隔，對(duì)于收斂監(jiān)測建議為5 環(huán)間隔。地下車站道床區(qū)域宜每30-50米布設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，道岔區(qū)域應(yīng)加密布設(shè)；2） 矩形隧道要求在矩形結(jié)構(gòu)拼接縫兩側(cè)1-5 米位移布設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)以監(jiān)測差異沉降量，如單節(jié)矩形段長度超出40 米，宜在矩形段中心位置加密布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)；3） 明挖結(jié)構(gòu)（車站、風(fēng)井、盾構(gòu)井） 與區(qū)間隧道交界處、隧道與聯(lián)絡(luò)通道處等的差異沉降。

1.3 監(jiān)測頻率

根據(jù)城市軌道交通相關(guān)規(guī)范及實(shí)際運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)，地鐵運(yùn)營期結(jié)構(gòu)長期變形監(jiān)測采用近期、遠(yuǎn)期結(jié)合的方式進(jìn)行。通常在全部施工完成后通車運(yùn)營前完成監(jiān)測初始值測量，正常情況下運(yùn)營后的第1年每季度監(jiān)測一次，運(yùn)營后第2年每半年監(jiān)測一次、兩年以后每年監(jiān)測一次，具體監(jiān)測周期應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)確定。

2 監(jiān)測方法

2.1 沉降監(jiān)測

1） 高程基準(zhǔn)，基準(zhǔn)點(diǎn)是維系沉降監(jiān)測的高精度基準(zhǔn)，通常以基巖水準(zhǔn)點(diǎn)形式布設(shè)地鐵線路周邊穩(wěn)定區(qū)域。考慮到地鐵車站結(jié)構(gòu)含深樁基礎(chǔ)，為便于日常監(jiān)測工作的開展，工作基點(diǎn)可布設(shè)在地下車站內(nèi)，為保證工作基點(diǎn)高程值的穩(wěn)定可靠，應(yīng)定期進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測并進(jìn)行沉降基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)；2） 沉降監(jiān)測方法，沉降監(jiān)測以常規(guī)幾何水準(zhǔn)為主，監(jiān)測精度要求為高程中誤差±0.5mm，相鄰監(jiān)測點(diǎn)高差中誤差±0.3mm。考慮到單個(gè)區(qū)間隧道較長，一般按照一等水準(zhǔn)精度要求實(shí)施測量。

2.2 收斂監(jiān)測

收斂監(jiān)測主要監(jiān)測水平收斂，通常采用固定測線法，精度要求約1mm。監(jiān)測可采用的儀器方法有全站儀解析測量法和收斂計(jì)測量法，可采用多測回方式提供收斂監(jiān)測精度。

2.3 水平位移監(jiān)測

1） 控制測量，地鐵單線區(qū)間隧道長度通常為1 公里左右，水平位移測量前應(yīng)先進(jìn)行平面基準(zhǔn)傳遞，可采用的方法有精密導(dǎo)線（一級(jí)導(dǎo)線） 或CP3 控制網(wǎng)；2） 位移監(jiān)測，位移監(jiān)測通常采用全站儀極坐標(biāo)法直接測量位移監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。宜采用精度高且具有自動(dòng)照準(zhǔn)功能的全站儀，可避免人為照準(zhǔn)誤差，顯著提高坐標(biāo)測量精度。

3 相關(guān)問題及應(yīng)對(duì)方法

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)效性不足

當(dāng)前監(jiān)測施工主要利用地鐵運(yùn)營天窗期，對(duì)于隧道變形病害嚴(yán)重區(qū)域或外部施工影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高區(qū)域，而人工監(jiān)測對(duì)變形結(jié)果的反饋往往較為滯后，不能滿足對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施的安全管控要求。應(yīng)細(xì)化監(jiān)測管理細(xì)則，明確自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)方法及啟用條件，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域納入自動(dòng)化監(jiān)測，解決監(jiān)測時(shí)效性問題。

3.2 監(jiān)測空間覆蓋面不夠

當(dāng)前地鐵監(jiān)測均采用抽樣式監(jiān)測，因盾構(gòu)隧道管環(huán)具有一定的獨(dú)立性，采用抽樣式監(jiān)測僅能反映當(dāng)前環(huán)的收斂狀態(tài)，對(duì)于其他未抽檢的管環(huán)其形變狀態(tài)是無法準(zhǔn)確掌握的，存在監(jiān)測覆蓋面不足。應(yīng)采用三維激光掃描技術(shù)，全面無縫獲取整個(gè)隧道的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可分析任意環(huán)的收斂、錯(cuò)臺(tái)、橢圓度等信息。

3.3 非全生命周期監(jiān)測

當(dāng)前運(yùn)營期監(jiān)測基本是在運(yùn)營接管后才進(jìn)行的，在隧道鋪軌完成至運(yùn)營接管期間通常存在半年左右的監(jiān)測空白時(shí)間，將期間的隧道形變量納入到運(yùn)營期監(jiān)測中才能掌握隧道建成后的全部形變狀態(tài)。建設(shè)單位應(yīng)將鋪軌后期間納入施工監(jiān)測范圍，同時(shí)向完整交接施工期監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施為基礎(chǔ)設(shè)施，監(jiān)測工作的成功與否是確保地鐵運(yùn)營安全預(yù)測預(yù)報(bào)的重要因素之一，監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅精度要求高而且必須有高度的可靠性，為地鐵的安全運(yùn)營提供技術(shù)參數(shù)和決策依據(jù)。相信隨著自動(dòng)化監(jiān)測、基于軌道的移動(dòng)三維掃描檢測、信息化監(jiān)測管控技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，地鐵結(jié)構(gòu)安全保障工作將更上一個(gè)臺(tái)階。