基于自动化监测技术的地铁沉降数据一致性分析

詹龙喜， 唐继民， 张少夏

（1. 国土资源部地面沉降监测与防治重点实验室，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技术研究中心，上海 200072；3. 上海市地质调查研究院，上海 200072；4. 上海地铁维护保障有限公司，上海 200070）

基于自动化监测技术的地铁沉降数据一致性分析

詹龙喜1,2,3， 唐继民1,2,3， 张少夏4

（1. 国土资源部地面沉降监测与防治重点实验室，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技术研究中心，上海 200072；3. 上海市地质调查研究院，上海 200072；4. 上海地铁维护保障有限公司，上海 200070）

沉降监测是地铁安全监护的重要内容，通常采用人工精密水准测量与自动化静力水准系统。随着城市轨道交通网的日益扩展，自动化监测技术的应用更趋普遍。因两种方式的监测点布设于不同的隧道结构位置上等原因，使沉降数据有时存在差异。结合工程实际，分析了人工和自动化监测数据不一致的主要表现形式，并提出了相应的改进措施。

轨道交通；地铁安全监护；沉降监测；自动化监测技术；数据分析

变形监测是地铁日常监护确保运行安全的重要内容[1,2]，通常采用人工精密水准测量与自动化静力水准系统两种方式。随着城市轨道交通网的扩展和运能提升，自动化监测技术的应用更趋普遍[3,4]。在上海轨道交通的监护项目中，自动化沉降监测技术应用越来越广泛，连续实时可靠的自动化监测数据，在轨道交通结构安全运营中发挥了重要作用。在长期监护实践中发现，人工监测与自动化监测数据有时存在不匹配现象。本文结合具体案例，探讨引起人工与自动化沉降数据差异的影响因素，并提出改正措施。

1 地铁隧道沉降监测技术

目前地铁隧道沉降监测主要采用人工和自动化两种方式。

人工监测主要是采用精密水准测量方法，其监测点一般布置于隧道道床上（图1左中）。

图1 地铁隧道沉降测量监测点布设Fig.1 The collocation of subsidence monitoring points in subway tunnel

自动化监测最常用的是静力水准系统。该系统由于稳定性和精度相对于其他自动化设备都具有明显优势，因此被广泛采用。自动化静力水准系统测量沉降是依据连通管原理的方法，测量每个测点容器内容器底面安装高程与液面的相对变化；再通过计算求得各点相对于基点的相对沉降量。由于隧道内安装的限制，该设备只能安装在隧道侧壁上（图1右）。

2 沉降数据一致性分析

在长期监护实践中[5]，发现人工监测与自动化监测数据有时候存在不匹配。造成两者数据不一致，既有系统性因素，也有偶然性因素，主要表现在以下方面：

2.1 基准点不一致

人工水准基准点一般布设在车站站台层，而静力水准仪基准点由于精度、安装难度、价格等因素则一般位于监测范围外20～30m的位置。由于基准点位置的不同，会造成人工水准与静力水准沉降量有一个系统性的差值，具体差值量根据静力水准点基准点的沉降量而定。因基准点不同引起的沉降数据不一致，可以通过人工水准点高程修正自动化基准点数据进行处理。

2.2 监测起点时间不一致

由于自动化监测设备安装需要时间，故一般人工监测先实施，而自动化的累计变化量没有包含设备安装前一段的变形量。因此造成人工测量累计变化量和自动化累计变化量的不一致。该类不一致可将自动化测量起始作为统一的初值时间，便得到一致的累计变化量。

2.3 设备故障

当静力水准仪出现微量渗水时，日常巡查常不易发现，可能导致自动化监测数据失真。

2.4 列车振动

地铁快速经过监测区域时，会引起轨道振动[6]，对监测数据将产生一定影响。列车振动一般可使监测数据产生0.6～1.2mm的变化。故通常取地铁晚间停运期间或列车经过监测区域之后的监测值作为有效数据。

2.5 隧道收敛影响

当隧道收敛较大时会造成人工水准点与管片侧壁的静力水准之间的高差相对关系的改变，并且收敛越大对结构高差的影响越大，造成人工水准与静力水准监测点的差值也越大。

当隧道收敛变化较大时，可以用Δh的估算式来进行修正。

2.6 隧道旋转影响

当隧道因为某些原因，比如注浆，自身会发生微量的旋转。旋转同样会使得静力水准监测点和道床监测点的相对关系产生变化。

如图2所示，∆h=h1-h2=a×sinα-(T-T×cosα)，一般情况下a=2.75m、T=2.27m，故得∆h=2.75sinα+2.27cosα-2.27。当旋转角为1’时，差值为0.8mm；当旋转角为0.5°时，差值可达24mm。

由此可以修正因隧道旋转而造成的静力水准监测点与道床监测点相对关系的影响。

图2 隧道旋转引起静力水准点与人工监测点几何关系变化Fig.2 The difference between manual survey data and automaitic survey data caused by rotation of tunnel

3 工程案例

在具体的监测实践中，基准点不一致、监测起始时间不一致、设备故障和列车振动的案例较多，数据修正或取值比较方便，本文不列举案例。收敛变化和旋转变化引起的沉降变化，是在长期的工程实践中总结而得，本文作详细解析。

3.1 隧道微量旋转引起的数据变化

2013月7月10～15日，对某地段地铁进行了单侧注浆，图3为人工及自动化注浆前后变化量曲线。从图中可以看出，注浆区域人工自动化差异较大，最大达7mm，平均3.5mm；而未注浆区域和矩形段注浆区域（A18）人工及自动化差异较小，该区域注浆前后收敛变化也非常小。

图3 注浆地块人工监测与自动化监测数据对比曲线Fig.3 The curves combined with manual survey data and automatic survey data of one project

3.2 隧道收敛变化引起的数据变化

2013年3月29日～5月20日，某地块进行了隧道双侧注浆，图4为注浆后人工和自动化监测的累计沉降曲线。可以看出趋势一致，但自动化监测的抬升量明显大于人工监测数据。该现象主要因隧道收敛引起，该段隧道经过2个月的注浆，最大收敛达到-40mm。隧道变形使侧壁的静力水准和道床人工监测点的高差加大，导致两者差异较大。图5是经过修正后的自动化监测得到的累计变化量曲线，其与人工监测数据较为匹配，修正前后人工和自动化差值的方差从1.31mm下降到0.17mm。

图4 某地块注浆人工监测与自动化监测数据曲线Fig.4 The curves combined with manual survey data and automatic survey data of one project

图5 收敛修正后的人工监测与自动化监测数据曲线Fig.5 The curves combined with manual survey data and automatic survey data that has modified by structural deformation data

4 结论

自动化沉降技术是轨道交通结构安全监测的重要手段，尤其在特级和一级监护项目中发挥了无可替代的作用。人工监测与自动化监测数据的匹配，一直是监护管理单位关注的问题。本文从6个方面进行了分析，可为数据分析研究提供一定参考。

References)

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Sun J. Prevention and control of the environmental geotechnical problems in development and utilization of urban underground space[J].Shanghai Land & Resources,2011,32(4):1-11.

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The consistency of the subway subsidence data based on automatic monitoring technology

ZHAN Long-Xi1,2,3, TANG Ji-Min1,2,3, ZHANG Shao-Xia4
(1. Key Laboratory of Land Subsidence Monitoring and Prevention, Ministry of Land and Resources of China, Shanghai 200072, China;
2. Shanghai Research Center for Land Subsidence Control Engineering, Shanghai 200072, China;
3. Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China;
4. Shanghai Rail Transit Maintenance Support Company Limited, Shanghai 200070, China)

Subsidence monitoring is an important component of the security monitoring regime for subway tunnels, and is usually achieved using either artificial precise leveling or automated static leveling systems. Alongside the expansion of the urban rail transportation network, the application of automatic monitoring technology is becoming increasingly popular. However, subsidence data may sometimes differ because the observation points of the two monitoring systems are at different positions within the tunnel structure. Based on an engineering case, this paper analyzes the major patterns of inconsistency in data from artificial and automatic monitoring approaches, and suggests appropriate improvement measures.

tramroad transportation; security wardship for subway tunnel; subsidence monitoring; automatic monitoring technology; data analysis

P258；P642.26

B

2095-1329(2013)04-0084-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.04.019

2013-09-05

2013-09-29

詹龙喜(1974-),男,硕士,高级工程师,主要从事地质环境监测研究.

电子邮箱：strongqian@163.com

联系电话：021-56612135