劉建廷，李東輝

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州 450000）

廣州地鐵沉降監(jiān)測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理

劉建廷，李東輝

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州 450000）

廣州是軌道交通工程在建項(xiàng)目較多的城市,沉降監(jiān)測(cè)對(duì)地鐵工程的安全施工有著重要意義,同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠直接用來(lái)評(píng)價(jià)地鐵施工對(duì)地表環(huán)境的影響。重點(diǎn)論述了廣州地鐵沉降監(jiān)測(cè)的方法與技術(shù)要求,闡述了數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析；并給出了變形預(yù)報(bào)分析的數(shù)學(xué)方法,說(shuō)明了其現(xiàn)實(shí)意義。

沉降監(jiān)測(cè);DSZ精密水準(zhǔn)儀;數(shù)據(jù)處理;統(tǒng)計(jì)分析

廣州是一個(gè)國(guó)際化的大都市,人口與車輛的增多給廣州帶來(lái)了很嚴(yán)重的交通問題。隨著2010年亞運(yùn)會(huì)的日趨臨近,解決這個(gè)問題就顯得越來(lái)越緊迫。軌道交通是解決日益惡化的城市交通問題的一個(gè)主要手段,然而,在人口密集、建筑設(shè)施密布的城市中進(jìn)行軌道工程施工,由于巖土開挖不可避免地產(chǎn)生對(duì)巖土體的擾動(dòng)并引起洞室周圍地表發(fā)生位移和變形,當(dāng)位移和變形超過一定的限度時(shí),勢(shì)必危及周圍地面建筑設(shè)施、道路地下管線的安全。因此,研究城市軌道工程開挖過程中地表沉降的有效控制問題,對(duì)于地表環(huán)境保護(hù)及軌道工程的安全施工都具有十分重要的意義。

1 工程概況

本工程黃埔大道頂管施工段橫跨黃埔大道與地鐵5號(hào)線（東圃站-三溪站地鐵段），頂管線路距地鐵5號(hào)線東圃站約150m，頂管底部距地鐵盾構(gòu)頂弧約3.2m，頂管從黃埔大道南側(cè)向北側(cè)頂進(jìn)?？紤]到頂管工程地表是黃埔大道，下面是已建成地鐵（尚未運(yùn)行），為確保頂管施工過程中不對(duì)其產(chǎn)生沉降、裂縫等不良影響，不但要對(duì)黃埔大道路面及周圍橋墩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)還要對(duì)地鐵內(nèi)部盾構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過對(duì)工程環(huán)境變化的趨勢(shì)分析，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，掌握在施工中不同工況對(duì)周邊環(huán)境的影響程度，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，科學(xué)、合理地調(diào)整施工步驟，實(shí)現(xiàn)信息化施工管理。

2 沉降基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)與觀測(cè)

從2009年1月開始,我們開始對(duì)廣州地鐵五號(hào)線（東圃站-三溪站地鐵段）的沉降監(jiān)測(cè)工作。沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用地鐵五號(hào)線的高程控制網(wǎng)。水準(zhǔn)基點(diǎn)與工作基點(diǎn)的聯(lián)測(cè)采用二等水準(zhǔn)觀測(cè)。

2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)與檢驗(yàn)

2.1.1 水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)

本次監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)將沿隧道走向布設(shè)兩組基準(zhǔn)點(diǎn)，編號(hào)為BM 1、BM 2、BM 3、BM 4?；鶞?zhǔn)點(diǎn)布設(shè)與高程測(cè)量按照國(guó)標(biāo)《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026－2007)中的規(guī)定執(zhí)行，如圖1所示。

圖1 水準(zhǔn)點(diǎn)布置圖

2.1.2 工作基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)與檢驗(yàn)

工作基準(zhǔn)點(diǎn)是直接用于對(duì)變形觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)的控制點(diǎn)，其埋設(shè)位置既要考慮到便于觀測(cè)，又要考慮它的穩(wěn)定性，因此，本工程工作基準(zhǔn)點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，約設(shè)3～5個(gè)工作基準(zhǔn)點(diǎn)。為檢測(cè)工作基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性，根據(jù)施工進(jìn)度情況，擬每一周監(jiān)測(cè)一次，監(jiān)測(cè)時(shí)按國(guó)家二等水準(zhǔn)規(guī)范觀測(cè)的技術(shù)要求進(jìn)行往返觀測(cè)。工作基點(diǎn)穩(wěn)定后,則可每二周監(jiān)測(cè)一次。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)

1）頂管過地鐵區(qū)間隧道上、下行線已建好的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)拱頂剖面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。頂管段施工過地鐵正上方是區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的重大風(fēng)險(xiǎn)源之一，因此加強(qiáng)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)拱頂剖面監(jiān)測(cè)工作是控制施工風(fēng)險(xiǎn)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)查勘，在東圃東圃站～三溪站區(qū)間離東圃站約150m處布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

東圃站～三溪站區(qū)間：

上行線：離東圃站約150 m處計(jì)劃布設(shè)5個(gè)斷面每個(gè)斷面3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，斷面間距10m，共計(jì)15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為SX1-1-SX1-3～SX5-1-SX5-3；

下行線：離東圃站約150 m處計(jì)劃布設(shè)5個(gè)斷面每個(gè)斷面3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，斷面間距10m，共計(jì)15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為XX1-1-XX1-3～XX5-1-XX5-3；

2）頂管過地鐵區(qū)間隧道交叉范圍內(nèi)20 m范圍內(nèi)建 (構(gòu))筑物、橋墩等沉降監(jiān)測(cè)。建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)直接用道釘布設(shè)在外墻角、門窗邊角、立柱等突出部位，橋梁，工業(yè)廠房監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜布置在獨(dú)立柱基上，圓形、多邊形的建（構(gòu)）筑物宜沿縱橫軸線對(duì)稱布置；并隨上述地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)同方法、同線路、同時(shí)觀測(cè)。

對(duì)于年代久遠(yuǎn)、保護(hù)建筑，測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)情況、基礎(chǔ)形式、年代遠(yuǎn)近酌情而定。必要時(shí)在施工前需會(huì)同施工部門在隧道沿線重要建筑物巡視、觀察，若發(fā)現(xiàn)先期明顯裂縫，應(yīng)采取貼石膏餅的方法觀測(cè)裂縫的后期變化，必要時(shí)拍照存檔。

橋墩監(jiān)測(cè)點(diǎn) (Q1-Q6)布設(shè) 6個(gè)，路面沉降（D1-D8）布設(shè)8個(gè)。

埋設(shè)：用沖擊鉆成孔直接將直徑1cm長(zhǎng)約8 cm～10 cm的道釘敲在建筑物的四角（拐角）處，道釘伸入建筑物墻體不少于4 cm，并使其牢固，然后用油漆標(biāo)好記號(hào)。

3）黃埔大道路面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（CJ1-CJ8）。在頂管段推進(jìn)施工時(shí)，為了解各個(gè)施工對(duì)外側(cè)土體的擾動(dòng)影響，沿頂管軸線走向布設(shè)沉降點(diǎn)。在瀝青道路且車輛不經(jīng)過的地方，可直接用道釘埋入地面，其頂部突出地面5mm以下。在軟土質(zhì)區(qū)，首先用小鉆機(jī)破土層，開一個(gè)直徑不小于13 cm（便于標(biāo)尺放入）的孔，用鐵錘將不短于30 cm的鋼筋敲入土層（注意地下管線埋深），鋼筋頂部應(yīng)低于路面3 cm～5 cm，鋼筋周圍用砼加固。

2.3 監(jiān)測(cè)儀器與方法

測(cè)量?jī)x器：采用DSZ2精密水準(zhǔn)儀及相應(yīng)的銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺。

測(cè)量方法：起算采用假定高程。觀測(cè)時(shí)采用水準(zhǔn)閉合測(cè)量（對(duì)非閉合線路上的測(cè)點(diǎn)，從閉合線路引測(cè)必須控制在2站以內(nèi)），測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，計(jì)算本次變量和累計(jì)變量。

在該項(xiàng)目中，沉降監(jiān)測(cè)采用二等水準(zhǔn)測(cè)量方法，進(jìn)行閉合路線或往返觀測(cè)。作業(yè)要求如下：

1)水準(zhǔn)每站觀測(cè)高程中誤差M 0為±0.3mm，水準(zhǔn)路線，其附合差、閉合差Fw為±0.5mm(N為測(cè)站數(shù))；

2)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)往返測(cè)量?jī)纱稳∑骄底鳛槌跏贾担?/p>

3)每天工作開始前檢查標(biāo)尺水泡、儀器氣泡，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)停止工作檢查儀器，改正合格后方可施工；

4)每次觀測(cè)前應(yīng)檢查水準(zhǔn)儀 i角,保證其不大于15″,否則應(yīng)先校正到限差范圍內(nèi)，定期對(duì)儀器 i角進(jìn)行檢查；

5)測(cè)站的設(shè)置視線長(zhǎng)度不得大于35m，前后轉(zhuǎn)站點(diǎn)視距差不得大于1.5m,路線轉(zhuǎn)站點(diǎn)視距差累計(jì)值不大于5m；每次觀測(cè)過程中盡量做到固定人員、固定儀器、固定測(cè)站、固定路線，以盡量減小人工和系統(tǒng)誤差。

3 沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果處理和分析

3.1 沉降監(jiān)測(cè)內(nèi)業(yè)計(jì)算方法

所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，都按規(guī)范規(guī)定要求的各項(xiàng)限差進(jìn)行控制。內(nèi)業(yè)中，利用合格的外業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用“平差易”軟件計(jì)算環(huán)線閉合差并按測(cè)站數(shù)進(jìn)行平差，準(zhǔn)確計(jì)算出各點(diǎn)的高程。與第一次和上次監(jiān)測(cè)的較差，即為該點(diǎn)的累計(jì)沉降量和本次沉降量。

一個(gè)測(cè)站的計(jì)算和檢核：h中=(h基+h輔-3.0155)/2，后減前h=h后-h前

閉合差的計(jì)算：

3.2 監(jiān)測(cè)成果與變化分析

1)沉降量報(bào)表。廣州地鐵五號(hào)線第三方監(jiān)測(cè)在主體結(jié)構(gòu)施工階段是一周一次,根據(jù)各次變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù),可以統(tǒng)計(jì)出每次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉隆量,M icrosoft Excel提供了豐富的統(tǒng)計(jì)函數(shù)功能,再結(jié)合自編的程序,可以輕松制作出沉降量周報(bào)報(bào)表 (見表 1)，由于篇幅有限，本文只對(duì)黃埔大道頂管沉降其中的 6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（CJ1-CJ6）進(jìn)行分析。

表1 頂管沉降累計(jì)變化量/mm

2)沉隆量曲線圖。圖表具有較好的視覺效果,可方便用戶查看數(shù)據(jù)的差異、圖案和預(yù)測(cè)趨勢(shì)。在沉降量曲線圖中,可以直接查看到最小沉降點(diǎn)和最大沉降點(diǎn),當(dāng)沉降趨勢(shì)較明顯時(shí),可引起用戶的注意。我們利用 M icrosoft Excel的圖表功能自動(dòng)生成沉降量曲線圖,在Excel中,圖表是和數(shù)據(jù)表相鏈接的。橫坐標(biāo)以觀測(cè)時(shí)間(T）為單位,縱坐標(biāo)以累計(jì)變化量（mm）為單位,坐標(biāo)刻度以2mm為主要刻度,這樣足以反映出大于2mm的沉降量,如果監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)本次變化量，變化速率，累計(jì)變化量超過了報(bào)警值，就應(yīng)該向施工單位發(fā)出報(bào)警單，采取措施，避免事故的發(fā)生 (見圖2)。

圖2 頂管沉降累計(jì)變化量曲線圖

3)變形預(yù)報(bào)和安全判斷。在考慮施工進(jìn)度 (主要是隧道開挖進(jìn)度)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值分析中的線性內(nèi)插法來(lái)推算時(shí)域外的變形值。因?yàn)橥馔祁A(yù)報(bào)值時(shí)使用最近的兩次監(jiān)測(cè)值,對(duì)于連續(xù)下沉的監(jiān)測(cè)點(diǎn)有簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。

式中，y為沉降量;t為時(shí)間。

沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)為地鐵安全施工提供一個(gè)重要依據(jù),因而具有十分重要意義。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中建 (構(gòu))筑物沉降、裂縫,地表沉降,直接用來(lái)評(píng)價(jià)地鐵施工對(duì)周邊環(huán)境的影響程度。從我們前期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示來(lái)看,頂管過地鐵區(qū)間隧道上、下行線已建好的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)拱頂剖面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)整體沉降量較大,這與頂管施工進(jìn)度相關(guān),同時(shí)也說(shuō)明了我們的作業(yè)方法良好。根據(jù)設(shè)計(jì)單位要求,確定報(bào)警值。①路面沉降：累計(jì)變形范圍＋10mm～－35mm，速率≤3mm/天。②橋墩沉降：累計(jì)變形范圍＋8mm～－8mm，速率≤1mm/天。③盾構(gòu)沉降：累計(jì)變形范圍＋5mm～－5mm，速率≤1 mm/天。當(dāng)沉降量接近限值時(shí),則及時(shí)向業(yè)主及相關(guān)部門匯報(bào)情況,并同施工單位共同分析原因,以便采取處理措施。對(duì)于頂管路面每次監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量大于3mm的,要在報(bào)告中加以說(shuō)明并進(jìn)行回歸分析,對(duì)變形趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

4結(jié)語(yǔ)

變形預(yù)報(bào)采用線性內(nèi)插法的變換形式來(lái)外推預(yù)報(bào)值,在短期內(nèi)較回歸分析更具現(xiàn)實(shí)意義,從數(shù)學(xué)方法上來(lái)說(shuō),短期內(nèi)的一元線性回歸方程與線性內(nèi)插公式的變換形式基本等效。當(dāng)然，還可以對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列分析模型和灰色理論模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而預(yù)測(cè)未來(lái)建筑物和地面點(diǎn)等下降的趨勢(shì)，從而避免不必要事故的發(fā)生。

沉降量曲線圖能較沉降量報(bào)表直觀地反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況,可以預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì),以便及時(shí)將信息反饋至監(jiān)測(cè)管理單位。此外,每月要對(duì)施工地段巡察至少一次，確保沉降影響范圍內(nèi)的建筑物及地面沒有異常情況，沒有出現(xiàn)裂縫、裂紋。

當(dāng)監(jiān)測(cè)變形值接近或達(dá)到極限 (報(bào)警值)時(shí),要充分考慮施工的實(shí)際情況,進(jìn)行綜合分析,及時(shí)準(zhǔn)確地把握地鐵周圍的建筑物、頂管和地面點(diǎn)的變化趨勢(shì),提出切實(shí)可行的對(duì)策,以超前意識(shí)全面地指導(dǎo)施工,使重大建筑工程保質(zhì)、保量、安全地順利實(shí)施。

[1] 黃生享，尹輝.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003

[2] 陳永奇，吳子安.變形檢測(cè)分析與預(yù)報(bào)［M］.北京：測(cè)繪出版社，1998

[3] 鄒積亭，江恒彪.北京地鐵沉降監(jiān)測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理 [J].工程勘察，2006（1）：35-37

[4] 于來(lái)法.地下鐵道建設(shè)的第三方環(huán)境變形監(jiān)測(cè)[J].測(cè)繪通報(bào)，2004（7）：55-59

[5] 王正曉,劉保信,張曉春,等.深基坑變形監(jiān)測(cè)淺析[J].測(cè)繪通報(bào)，2000（6）：18-22

[6] 郝哲.韓家?guī)X隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)序分析方法[J].地下空間，2004（7）：122-126

SubsidenceMonitoring Methodsand Data Processing ofGuangzhou Metro

by LIU Jianting

Theground subsidence observation is themostimportant thing for the safety of subway construction.The surveying data can evaluate the construction impact on theground surfaceand theenvironment.The topicsdiscussed in thispaperincluded themethod of subsidence observation used in Guangzhou subway construction,the dataprocessing of subsidenceobservationand thedeformationanalysis forground and buildingsaffected by thementioned construction.The paper also gave away to forecast the deformation value.

subsidence observation,DSZ precise level,data processing,statistical analysis （Page:122）

P258

B

1672-4623(2011)02-0122-03

2010-01-21

劉建廷，助理工程師，研究方向?yàn)楣こ虦y(cè)量。