叠加盾构隧道沉降监测相对基准网稳定性分析

刘仁龙,余志奇,王欣

(1．深圳市勘察测绘院有限公司,广东深圳 518028; 2．武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉 430015)

叠加盾构隧道沉降监测相对基准网稳定性分析

刘仁龙1∗,余志奇2,王欣2

(1．深圳市勘察测绘院有限公司,广东深圳 518028; 2．武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉 430015)

监测基准网是沉降监测的参考基准,基准点是监测的基本控制,监测基准点的稳定性是重要前提。本文结合武汉地铁6号线下穿4号线隧道沉降监测工程,针对监测基准点布设困难及其稳定性和可靠性问题,采用平均间隙法和分块间隙法相结合,通过多期水准观测数据分析,提取了稳定可靠的监测基准点,保障了施工隧道的沉降监测。

沉降监测;基准点;稳定性分析;平均间隙法;分块间隙法

1　概 述

随着城市化进程及城市的大规模发展,我国各大城市均在建设高效的地下轨道交通网以解决越来越严重的交通阻塞问题。城市轨道交通网大规模发展建设过程中必然会遇到线路之间交叉、换乘等问题,存在新建线路与既有线路的相互穿越等工程。新建线路与既有线路的相互穿越打破了既有地铁隧道的受力平衡,从而引起地铁隧道的变形,如果这些变形得不到控制将会导致严重的后果。因此掌握被穿越的地铁隧道状况是一项非常重要的任务。

隧道结构沉降监测是一项主要的检测内容,既能直接反映被穿越隧道结构的变化状况,控制风险,又能指导穿越隧道掘进施工,这就要求在变形监测中建立低成本、高效率的监测相对网。为了能够发现不稳定的基准点,通常布设多个基准点,且构成一个基准网,通过定期对基准网的复测来检查基准点是否稳定,并将不稳定的基准点剔除。所以,在沉降变形监测中,应对基准网的稳定性进行检验分析。

2　基准网稳定性分析

基准点的稳定是相对性的稳定,进行基准点的稳定性分析和检验有多种方法,本文将结合地铁工程实例介绍两种分析基准网稳定性的方法。

2．1工程概况

本工程武汉市轨道交通6号线一期工程钟琴区间与4号线二期工程钟汉区间相互跨越,两条线路在钟家村站实现同站台换乘,如图1所示。施工顺序依次为:6号线右线-4号线右线-4号线左线-6号线左线。根据施工顺序可知,6号线左线施工时需要下穿4号线左线,因此,当6号线左线下穿4号线左线施工时,需要对4号线左线的成型隧道进行监测,隧道结构沉降监测作为监测的主要内容尤其重要。沉降监测实施时,4号线仍在掘进施工,可以随时进入隧道进行监测作业,这样可以舍弃成本较高的自动化监测方案,选择传统的水准测量监测作业。由于4号线隧道正在掘进施工对监测基准网的选择提出了更高要求。要么选择1．2 km外的车站布设绝对基准网,要么选择在监测区域附近200 m～400 m的隧道内布设相对基准网。最终选择了布设相对基准网,基准网由4个基准点1、2、3、4组成,间距为60 m,如图2所示。

图1　线路关系图

图2　基准网示意

以2014年8月12日和2014年8月19日两期观测成果为例,对监测基准点进行稳定性分析。监测基准点水准网路线图,如图2所示,两期高程观测数据如表1所示。

两期高差观测数据及权　表1

早在1971年德国测量学者Pelzer就提出了平均间隙法,用于检验监测网中不稳定点。其基本思想是:先监测网进行两期图形一致检验,如果检验通过,则认为所有参考点稳定。否则,就要找出不稳定点。寻找不稳定点的方法是分组进行不稳定点搜索,直到图形一致通过检验。

现在用两期观测数据进行稳定性检验,设这两期分别为第1,j期,根据观测成果可得单位权方差估值为:

假设不同期观测精度相等,可将式(1)合并起来得到共同方差估值:

式中,r=r1+rj。

作假设“两次观测期间点位没有位移”,则可从两期计算的坐标差△X求得另一个方差估值:

其拒绝域为:

织RKIP蛋白相对表达为(0.64±0.11)显著低于癌旁组织(1.12±0.22)，差异有统计学意义(P<0.05)。

如果上式成立,则认为网中存在动点,需要进一步判断动点;如果不成立,则认为网中各点稳定,两期图形一致。

本案例中监测基准点水准网稳定性分析首先采用平均间隙法,实现不稳定点搜索。根据式(1)算得联合方差根据式(3)算得则

取显著水平α=0．05,查阅F检验分位表得到F0．025(3,4)=9．98,由F=16．468＞F0．025(3,4),其位移显著可信,存在动点。

2．3分块间隙法

发现监测网中有不稳定点,则需将不稳定点找出来,可以采用“尝试法”。将监测网中点分成两组:稳定点组(F组)和不稳定点组(M组)。将△X、P△X进行分块:

由于△XF和△XM相关,所以不能反映F组网形一致性,它受到M组的影响。为得到F组图形一致性指标,作如下变换:

由此获得:

式中第一项表达F组点的图形一致,第二项为不稳定点M组。

令:

即构成F组点稳定性检验统计量:

其拒绝域为:

若式(13)成立,则F组存在不稳定点;反之,则F组点都稳定。借助于这种方法,即可实现对全部不稳定点搜索。

以本案例进行说明,对于第一次检验,其数据与用平均间隙法检验所的数据相同,首先剔除1号点,假设2号3号和4号点是稳定点,根据上述检验原理,按公式(12)计算F=10．07＞F0．025(3,4),位移量仍然显著,所以要继续剔除。再剔除2号点,假设3号和4号点是稳定点,计算得F=2．503 4,查表得F0．025(2,4)= 10．65,由于F＜F0．025(2,4),位移量不显著,可以结束检验,判断动点为1号和2号点。

3　结 论

(1)本工程案例通过定期对监测基准网检测并进行稳定性分析,掌握了工程监测基准网的稳定性,及时修正监测网中不稳定基准点,确保了监测基准网的稳定及完整。为该项目沉降监测提供了依据,达到了该项目监测的预期。

(2)当监测对象位于施工区域,特别是轨道交通叠加隧道施工时,布设低成本、高效率的相对基准网并定期进行基准网稳定性分析,从而达到预期监测目的,既节约了项目成本,又能及时、高效地进行监测。

(3)布设低成本、高效率的相对基准网时,建议基准点个数不少于4个,根据现场状况可将基准点布设在不同的介质上。

(4)平均间隙法与分块间隙法相结合,进行图形一致性检验后采用尝试法逐个基准点分析方法简单,易于推广应用。

[1] GB 50308-2008．城市轨道交通工程测量规范[S]．

[2] GB50911-2013．城市轨道交通工程监测技术规范[S]．

[3] 陈永奇,吴之安,吴中如．变形监测分析与预报[M]．北京:测绘出版社,1998．

[4] 刘祖强,张正禄,邹启新．工程变形监测分析预报的理论与实践[M]．北京:中国水利水电出版社,2009．

[5] 王岩,岳建平,周保兴等．工程控制网点位稳定性分析方法的研究[J]．测绘通报,2004(8):12～14．

Analysis on Stability of Relative Datum Network for Monitoring the Settlement of Overlapping Tunnels

Liu Renlong1,Yu Zhiqi2,Wang Xin2

(1．Shenzhen Geotechnical Investigation&Surveying Institute Co．,Ltd．Shenzhen 518028,China; 2．Wuhan Municipal Engineering Design&Research Institute Co．,Ltd．Wuhan 430015,China)

The datum network is the reference of the settlement monitoring,the datum benchmarks are basic control, and its stability is the most important guarantee for the monitoring．Based on the settlement monitoring of overlapping tunnel section near the zhongjia village station of Line No．6 and Line No．4 of Wuhan Metro,this paper give a detail analysis on the datum selection and the stability of the datum benchmarks．By using multi-times observations of leveling survey,the stable and reliable datum benchmarks are extracted by combing the average clearance inspection method and blocking clearance inspection method,which ensure the subsequent monitoring of the settlement in the construction．

settlement monitoring;datum benchmark;stability analysis;average clearance inspection method;blocking clearance inspection method

1672-8262(2016)01-28-03

P224．1

B

∗2016—01—12

刘仁龙(1983—),男,工程师,主要从事轨道交通工程测量工作。