信息化测绘条件下的地铁施工监测方法探讨

周小莉，俞 荭

(1.四川水利职业技术学院 测绘工程系，四川 崇州 611231；2.河南理工大学 测绘与国土信息工程学院， 河南 焦作 454000)

(1.Dept.of Surveying and Mapping Engineering, Sichuan Water Conservancy Vocational College, Chongzhou 611231， China; 2.School of Surveying and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000， China)

信息化测绘条件下的地铁施工监测方法探讨

周小莉1，俞 荭2

(1.四川水利职业技术学院 测绘工程系，四川 崇州 611231；2.河南理工大学 测绘与国土信息工程学院， 河南 焦作 454000)

地铁施工监测是保障地铁安全施工的重要手段，同时也为由地铁施工引起的地表环境影响评价提供重要的数据支撑。文中在现代地铁施工技术背景下，以信息化测绘技术为支撑，对地铁施工监测的新内涵进行探讨，对地铁施工监测过程中的信息管理与反馈机制、主要方法进行系统论述与总结，并以某地铁站施工监测为例，对相关技术与方法进行检验，证明技术与方法的可行性和实用性。

信息化测绘；地铁；施工监测；方法

随着城市化进程的加快，人口与车辆的增多带来严重的交通问题，修建地铁成为缓解路面交通拥挤、改善城市交通状况、促进城市交通建设可持续发展的重要途径。然而在人口密集、建筑设施密布的城市中进行地铁施工，不可避免会对岩土体产生扰动，引起周围地表发生位移和变形，甚至危及周边建筑物、道路和地下管线的安全。监测地铁施工引起的各种变形，对建筑物保护、保证施工进度和人身安全都具有十分重要的意义，已经成为地铁工程的一个重要组成部分[1]。1969年，Peck提出地层损失的概念和估算隧道开挖地表下沉的实用方法[2]。Verruijt&Booker提出隧道变形机理主要是隧道表面土体的对称径向位移和隧道的椭圆化变形[3]。朱忠隆等研究了上海地铁二号线土压平衡式盾构隧道施工引起的纵向地表沉降规律[4]。施成华等将地表下沉和地表隆起视为一随机过程，分析了盾构隧道施工引起的纵向地表沉降[5]。廖少明等提出盾构隧道掘进时要进行信息化施工，且要通过监测数据调整控制盾构施工参数[6]。张勇等提出顾及工作基点沉降影响的测点沉降修正方法，表明采用合理的方法对测点的沉降进行修正，将使测点的沉降监测成果更加真实可靠[7]。上述成果多是从施工引起的变形机理方面进行研究。

随着地铁施工技术的改进与提高以及信息化测绘技术的发展，地铁监测的内涵也在发生着变化，本文对信息化条件下地铁施工监测方法进行探讨，并运用信息化管理与反馈机制对监测过程进行管理，以期为同类工程提供参考。

1 地铁监测的信息管理与反馈

建立地铁施工监测、信息管理与反馈机制，是保证地铁施工安全的重要保障。笔者提出如图1所示监测信息管理与反馈机制，在工程实施过程中对各项监测信息进行管理。首先根据各个监测点的情况，设置监测点的预警值、警戒值和控制值，并将各监测点原始监测数据导入信息管理系统中，通过对监测数据的处理与分析，利用相关数学模型，完成各监测项的变形量计算、变形量时程曲线图绘制等工作，并根据需要自动生成监测成果次报和阶段性报告，以便对施工情况处置提供科学的依据。

图1 监测信息反馈流程

2 地铁监测内容及方法

地铁施工是一个系统工程，为保障其安全施工，需要监测多项指标，综合考虑各项指标才能对地铁安全和周边的安全状况做出客观、全面的判断。地铁施工监测主要包括：周边及沿线的主要建(构)筑物的沉降、道路及地表沉降、支护结构桩顶部水平位移、土体侧向变形、支护结构变形、支撑轴力、锚杆拉力、支撑立柱沉降、地下水位等内容的监测。其中，建(构)筑物、道路及地表沉降监测及基坑水平位移监测是地铁监测的主要内容，其变形数据对研究变形体的空间状态与时间特性，并对变形的原因做出科学解释具有重要意义。本文以这三项监测为主要内容对相关技术与方法进行探讨。

2.1 建(构)筑沉降监测

建(构)筑沉降监测是以垂直位移为主的变形观测，基本方法是按建(构)筑场地地形、地质条件以及对垂直位移变形观测的精度要求，合理布设控制网点，同时根据工作要求在基坑支护结构上和建筑物体结构上埋设变形观测点。根据变形观测点得到观测数据，计算和整理后反馈到勘察设计施工部门。

2.1.1 沉降监测控制网

沉降监测控制点包括基准点和工作基点，沉降监测基准点的选设必须保证点位地基坚实稳定、通视条件好、利于标石长期保存与观测等条件。工作基点选设在靠近观测目标且便于联测观测点的稳定或相对稳定位置。控制网应与城市轨道交通工程高程系统一致；布设成闭合、附合或结点网；高程控制点不应少于3个，且应定期检测。沉降监测控制网采用国家二等水准测量技术要求进行测量，同时满足变形监测的“三定”要求(测站固定、仪器固定、人员固定)，在布设的同时量测出每次仪器的安置位置，并用红油漆在地面做出标记。

2.1.2 建(构)筑沉降监测点布设原则与方法

建(构)筑物沉降监测监控对象为基坑边缘以外3倍开挖深度范围内需要保护的建(构)筑物。建(构)筑物的竖向位移监测点通常布置在：建(构)筑物四角的柱基上；不同地基或基础的分界处；建(构)筑物不同结构的分界处；变形缝、抗震缝或严重开裂处的两侧；新、旧建筑物或高、低建筑物交接处的两侧；烟囱、水塔和大型储仓罐等高耸构筑物基础轴线的对称部位，每一构筑物不得少于4点。沉降监测点布设还要考虑不影响建筑物的外观，不影响车辆或行人的交通，避开有碍设标与观测的障碍物等。

2.1.3 构(建)筑物沉降观测方法

根据水准控制线路测出的各控制点高程数据，采用闭合线路或附合线路观测周围的各建筑(构)物沉降点，也可采用支点观测，但支点站数不得超过两站，且支点观测必须进行两次观测。每次观测由固定测量人员、固定仪器按相同的观测路线进行，观测记录至0.01 mm，计算及结果至0.1 mm。

2.1.4 建(构)筑物沉降监测控制标准

在建(构)筑物沉降监测的控制标准评判中，判定内容分为最大沉降值和沉降速率两类，桩基础建筑物的最大沉降控制标准值10 mm，天然地基建筑物的最大沉降控制标准值为30 mm，最大沉降速率为2 mm/d，在工程的监测过程中，沉降值与沉降速率达到控制标准值的80%时，则发出警报。

2.2 道路及地表沉降监测

道路及地表沉降监测用来测定道路及地面高程随时间变化的情况。盾构法、矿山法、顶管法隧道监测通常包含重要道路及地表沉降的监测，其控制测量网布设及沉降点观测方法与建筑物沉降部分基本相同。

2.2.1 道路及地表沉降监测点的布设原则与方法

道路及地表沉降监测点的布设对于不同的主体采用不同的方法。对于区间隧道，沿隧道左、右线的中线纵向各布置一行沉降监测点，间距根据隧道埋深以及地表、地层的实际情况确定，在始发和到达井100 m范围内加密布设。选择区间的特殊地段和典型地层处布设横断面，每个横断面上依据近密远疏的原则布置7相应测点，其最外点位于结构外沿不小于1倍埋深处；对于车站，主体基坑沿基坑边以15 m排距布设测点，每排布置2个测点，并且每个车站布设3～5个主断面，每个主断面依据近密远疏的原则布置测点。在特殊地质地段和周围存在重要建(构)筑物或重要管线时，监测断面间距适当加密。

2.2.2 沉降监测控制标准

在道路及地表沉降监测的控制标准评判中，判定内容分为最大沉降量、最大隆起量以及变形速率3类，其最大变形控制值和预警标准见表1。

表1 道路及地表沉降控制标准

2.3 支护结构桩顶部水平位移监测

水平位移监测总体上遵循基准点—监测控制点(工作基点)—水平位移监测点的观测原则。在基坑边相对稳定处布设监测控制点，作为水平位移监测工作基点，同时在基坑施工影响范围外稳定的区域布设或利用4个基准点或基准方向，用以检核工作基点的稳定性。观测时，首先利用基准点检核工作基点的稳定性，再在工作基点上设站，进行水平位移监测点的观测。

2.3.1 工作基点的布设及稳定性检查

为确保按照《建筑物变形测量规程》的二级精度进行水平位移观测，视线长度≤300 m，在车站基坑周边布设工作基点，在基坑外稳定区域、通视情况好的位置布设导线基准点，组成本基坑水平位移监测控制网，控制测量以全站仪导线测量等形式开展。根据施工场地及周边环境的实际情况，可选择后方交会法结合导线测量法进行水平位移监测工作基点的稳定性检查。

2.3.2 水平位移监测点的布设

在基坑支护结构的冠顶梁上布设监测点，可采用埋设观测墩的形式，在支护桩冠顶梁上钻孔，在孔内埋设Φ25钢筋，并浇筑混凝土观测墩，墩顶部埋设强制对中螺栓和棱镜整平钢板。实际监测过程中，可采用反射棱镜作为监测目标，定制对中螺栓代替普通的棱镜对中螺栓，以便将棱镜直接安装在监测位置。

2.3.3 水平位移监测点的观测方法

根据基坑施工现场实际条件，水平位移监测可采用全站仪极坐标法或前方交会等方法进行。在变形监测中，基坑位移关注的是垂直于基坑边方向的变化量。设基坑长边为x轴，垂直基坑长边为y轴，则矩形基坑变化量主要关心y方向或x方向的变化量。

3 实例分析

3.1 监测区及监测点布设情况

本研究选取某市某地铁站为监测区，该站是两条地铁线路的换乘站，两条地铁线之间采用“L”型岛-岛节点换乘方式，并预留站厅换乘。该站位于城市西区，集中了大量的住宅小区、饭店，客流相对集中，受施工场地和交通疏解要求的限制，采取围护桩加钢支撑的支护形式，采用盖挖法施工，盾构过站。实验区布设了22个建(构)筑物沉降监测点，7个道路及地表沉降监测点，6个水平位移监测点，监测点布置见图2。

3.2 监测数据统计

本次监测选取以邻近建(构)筑物沉降监测、地表沉降监测与桩顶水平位移监测为主要研究对象。在监测数据统计中，图表具有较好的视觉效果，可方便用户查看数据的差异、图案和预测趋势。本文选取实验区主要监测点的变形曲线进行示例性说明，见图3～图5。

图2 监测点布置图

图3 周边建筑物沉降变形曲线图

图4 地表沉降变形曲线图

3.3 监测数据分析

本次沉降监测点中，累计变形最大点为J3-4(3.34 mm)，监测点变形相对较小均未超报警值；地表沉降监测点中，累计变形最大点为D3(5.5 mm)，监测点变形相对较小均未超报警值；水平位移监测点中，累计变形最大点为S3(-4.29 mm)，监测点变形相对较小均未超报警值。总的来说，在整个施工周期内，各项监测数据正常、稳定，变形(化)平缓，没有发生报警情况；基坑在整个监测周期内处安全可控状态。

图5 基坑水平位移曲线

4 结 论

本文对信息化测绘技术条件下，地铁监测的关键技术与方法进行探讨，通过这些关键技术与方法的应用，能掌握地铁周边环境在地铁隧道施工过程中的动态变化，及时地进行预测，建立顺畅、高效的信息反馈渠道及完善的信息反馈流程，提高工作效率，确保监测数据处理的及时性和准确性，用监测成果调整设计并指导施工，达到信息化施工的目的，使重大建筑工程保质、保量、安全地顺利实施。

[1]李建廷,李东辉.广州地铁沉降监测方法及数据处理[J].地理空间信息,2011,9(4),122-124.

[2]PEEL R B．Deep excavations and tunnelling in soft ground[A]．In：Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering[C].Mexico，State of the Art Volume，Sociedad Mexicana de Mecanica de Suelos，A．C，Mexico City,1969,225-290．

[3]VERRUIJT A，BOOKER J R．Surface Settlement due to Deformation of A Tunnel in An Elastic Half Plane[J]．Geotechnique，1996,46(4):753-756．

[4]朱忠隆，张庆贺，易宏传．软土隧道纵向地表沉降的随机预测方法[J]．岩土力学,2001,22(1):56-59．

[5]施成华，彭立敏．随机介质理论在盾构法隧道纵向地表沉降预测中的应用[J]．岩土力学,2004,25(2):320-323．

[6]廖少明，侯学渊．盾构法隧道信息化施工控制[J].同济大学学报,2002,30(11):1305-1310．

[7]张勇，田林亚．顾及工作基点沉降影响的测点沉降修正方法研究[J].测绘工程,2013,22(4):65-71．

[责任编辑：张德福]

Research and application of monitoring methods to subway construction under information-based surveying and mapping

ZHOU Xiao-li1，YU Hong2

Rapid hair subway construction presents new challenges to the safety of subway construction project.Construction monitoring of metro subway is an important mean to monitor the construction process,accident warning and guarantee the safety, but also provides important data support for environmental impact assessment of surface on the grounds caused by subway construction.Based on the background of modern subway construction technology, using information technology to support mapping of new content to explore the subway construction monitoring, process monitoring for subway construction information management and feedback mechanism, the key technologies and methods of the system are discussed and summarized.A subway station is taken as an example, the technologies and methods are tested in order to prove the feasibility and practicality.

information-based surveying and mapping; subway; monitoring for construction; methods

2014-04-22

国家自然科学基金资助项目(41001226);河南省高等学校骨干教师资助计划(2012GGJS-055);河南省教育厅自然科学研究计划项目(2010B170006); 矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室开放基金(KLM201202);数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室开放基金项目(GCWD201002); 河南理工大学博士基金(B2010-9)

周小莉(1982-)，女，讲师，硕士研究生.

TU196

：A

：1006-7949(2014)09-0036-04

(1.Dept.of Surveying and Mapping Engineering, Sichuan Water Conservancy Vocational College, Chongzhou 611231， China; 2.School of Surveying and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000， China)