测线法技术在双层越江隧道结构安全监测中的应用

詹龙喜，唐继民，孙志勇

（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中心，上海200072；3.上海市地质调查研究院，上海200072）

1 工程概述

上海市复兴东路隧道西起复兴东路、光启路，东至浦东张杨路、崂山西路以东，隧道长2 785m，其中越江段长1 214m，岸边暗埋段、敞开段长1 571m。隧道上层净高2.6m，为双车道，供小型车辆通行，下层净高4m，为单车道，供大型车辆行驶，另备一条紧急停车道。于2004年9月建成通车，是世界上首条投入运行的双层双管6车道地下越江隧道。

在软弱地质环境和周边工程活动等诸多因素的共同作用下，盾构隧道易产生变形，除表现为隧道沉降外，还表现为管片横向和竖向的压缩或拉伸，俗称隧道横径和竖径收敛变化。隧道沉降监测较为方便，但复兴东路隧道双层结构，管顶和管底不通视，隧道内进行装饰，如何测量隧道的竖径；如何既方便监测点的埋设，又满足对隧道关键位置的监测，这两个问题是本文探讨的重点。

2 隧道横径监测

2.1 基本原理

采用测线法技术，利用全站仪实施监测，主要通过测量图1中1、2点位置（即横径位置）的坐标反算1、2点间距离。

图1 收敛监测点位布设示意

2.2 监测点布设

由于隧道横径位置位于下层顶部牛腿位置，而牛腿与隧道结构直接相连，棱镜布设在牛腿上能够较准确反应出隧道管片收敛变形的情况。图中1号点和2号点分别为布设在牛腿上的横向监测点，监测目标物采用徕卡专用固定式小棱镜，见图1，用膨胀螺栓可以直接固定在隧道牛腿上。隧道内侧的棱镜（2号点位置）可直接布设在露出的牛腿位置；隧道外侧的牛腿位于装饰板内，因此安装在外侧牛腿上的棱镜（1号点位置）无法直接通视测量。棱镜安装在牛腿上，每次测量时，由隧道养护单位配合将装饰板卸下。

隧道横向形变监测南北2条隧道各布设5个断面，分别布设黄浦江中心位置、2个旁通道位置以及圆形隧道的两端位置，总共10个断面。

2.3 监测方法

横向形变监测时，将全站仪安置在仪器置站点上，准确对中、整平后测定两棱镜在同一坐标系中，通过坐标反算得到两直径端点的直线距离，见图2。全站仪测量1、2处棱镜的三维坐标，每次测量3测回，取平均值作为最终坐标（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z2）。根据1、2点坐标平均值反算1、2的距离

当次测量计算距离与初始距离差即为横向收敛变形量

2.4 测量精度

全站仪测量点点位中误差±1mm（L型小棱镜），两点间距离中误差估算值为±1.4mm，则横向测线精度为±1.4mm。

3 隧道竖径监测

3.1 基本原理

由于隧道采用双层设计，上下层间不通视，故将竖向形变测量分为上、下层两部分进行测量。竖向形变监测同样采用测线法利用全站仪进行测量，主要通过测量图3中3、4、5、6点位置的坐标并反算3、4间的距离及5、6间的高差，通过比较两段距离之和的变化量达到竖向收敛监测的目的。

图2 隧道横向变形监测方法示意

图3 隧道竖向变形监测布点示意

3.2 监测点布设

竖向直径安装要点是需要保持3、4、5点能基本处于同一铅垂线上。实际布点时先布设下层隧道的监测点5、6。然后将5号点位置放样至上层隧道车道板上，既4号点位置，最后放样出3号点位置，完成监测点布设。

下层隧道监测点布设:首先在下层监测断面处放出下层车道板中心辅助点6′，见图3，并在6′位置贴上金属反射贴片。将全站仪架于反射片处对中，并将仪器垂直角转动至0°，打开激光指示，指导棱镜（5号点）安装完成。6号点则安装在下层车道板内部与隧道相连接的结构处。先用吊车打开盖板，在下方地势稍高处（图3）安装棱镜，以防止测点被水淹没。棱镜的位置与6′以及5号点处于同一个断面上。

上层隧道监测点布设:通过上下层联系测量定出4号点位置后，将4号点位置处路面磨平，再用强力胶水将带有十字标记的金属贴片（40mm×40 mm）固定在该位置。然后将全站仪架站于反射片处对中，并将仪器垂直角转至0°，打开激光指示，指导棱镜（3号点）安装完成。

上下层联系测量:为保证下层隧道的6′点和上层隧道的4号监测点处于同一铅垂线上，需要保证4、6′号点在平面位置上重合。为达到这个目的，采用全站仪进行上下平面联测。上下平面联测是在上下层隧道构成一条三等闭合导线进行测量，并将位于隧道下层的6′号点平面位置放样至隧道上层，即4号点的位置。

隧道纵向形变监测南北线各布设10个断面，分别布设于上层隧道江中心位置、2个旁通道位置以及圆形隧道的两端位置，及下层隧道江中心位置、2个旁通道位置以及圆形隧道的两端位置，总共20个断面。

3.3 监测方法

竖向变形测量分为两部分。

第一部分为上层隧道竖向变形测量（图3中II（1）部分），主要是通过测量3号点处棱镜的坐标以及4号点处金属贴片的坐标，反算出3、4间的距离。测量时共测3个测回，取平均值作为最终坐标。得到3、4号点间的距离为

第二部分为下层隧道竖向变形测量（图3中II（2）部分），主要是通过测量5号点处棱镜的坐标以及6号点处棱镜的坐标，反算出5、6间的高差。测量时共测3个测回，取平均值作为最终坐标。得到5、6号点间的高差为

考虑到形变监测需要的是相对的变化量，并且竖向的主要变形都包含在II（1）和II（2）部分中，因此用DII＝DII（1）＋DII（2）代表竖径值。

当次测量计算竖径与初始竖径之差即为竖向收敛变形量。

3.4 测量精度

全站仪测量采用L型小棱镜时点位中误差为±1mm，采用反射贴片时点位中误差为±2mm。隧道上层部分精度估算值为±2.2mm。隧道下层部分精度估算值为±1.4mm。根据误差传播定理垂直方向收敛测线的精度为±2.6mm。

4 成果分析

对复兴东路隧道共进行4次收敛测量，每次测量10个断面，南线5个断面，北线5个断面，分别位于浦东圆隧道口、浦东联络通道、江中心、浦西联络通道和浦西圆隧道口处。复兴东路隧道收敛变形量均比较小，没有出现异常变化量。复兴东路隧道收敛最大位移方向为南线浦西圆形隧道口处N5断面的竖直方向，缩短6.24mm，年度累计变量为缩短6.13mm；总体收敛变形量均比较小，没有出现异常变化量。

5 结论与建议

1）在双层越江隧道中采用全站仪自由设站法进行“测线法”进行收敛测量，可解决传统的接触量测中量测数据无法正确反映隧道的偏压变形、整体下沉的状态，并且设站灵活、施工干扰小，量测精度高。

2）“测线法”采用的全站仪与其他测量可共用一套测量设备，节省人力、物力。

3）通过试验可以看出全站仪自由设站测量精度完全可以满足双层隧道收敛精度的要求。

4）从隧道布点情况来看，分别考虑双层隧道的特点和特殊性进行断面内点位布设。复兴路隧道采用导线测量的方法使上下层监测断面重合度达到最高，从而对收敛的精度影响最小。同时在一个断面内布设了水平测线和垂直测线，从而更佳的反应隧道的收敛状况。

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