轨道交通工程水平位移监测方法初探

□ 王永翔

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

0.引言

轨道交通结构受建设质量、埋设地质条件、赋存环境、运行中的反复振动及动静荷载等影响，建成后结构整体沉降、差异沉降以及隧道结构的管径收敛变形等问题长期存在，较大的结构变形易导致地下轨道结构开裂渗水，当结构变形超过设计标准时，将对列车运营的舒适性产生一定影响，甚至还会影响线路使用寿命、对运营安全造成威胁。特别是通车运营多年的工程，将会产生较大的位移，局部变形是一个长期的过程，并且差异变形明显，需要对局部隧道及时进行结构加固。

同时，城市轨道交通的开通极大地改善了沿线区域交通状况，导致沿线地价升值、邻近地铁的外部施工活动频繁，从而造成交通设施变形。长期的实践经验表明，己运行的轨道交通结构的变形受邻近施工活动的影响显著，特别是软土地区的轨道交通结构，邻近工程的堆载、卸载、桩基施工、基坑开挖、爆破、顶进、灌浆、锚杆等外部作业均可能对轨道交通结构产生相应位移或变形影响。

1.水平位移监测方法

水平位移监测主要在外部作业项目段的工程影响监测时候实施。

1.1 水平位移测量采用独立坐标系时，坐标系的一个坐标分量宜大致平行于线路走向、坐标值宜为近似里程值。水平位移监测也可采用地方独立坐标系，监测成果应计算成垂直于线路中线方向的位移分量。

1.2 一般设定监测区段长度小于300m、通视条件良好时，水平位移监测可采用视准线法、小角度法或自由设站基准线法等方法实施。范围较大或通视条件不佳时，可采用导线网、边角网等形式布设水平位移控制网。根据《建筑变形测量规范》《工程测量规范》等要求，水平位移控制测量主要技术要求按照表1的精度指标设定。

表1 水平位移控制测量技术要求

1.3 水平位移观测要求

1.3.1 水平位移基准点设置方法

基准点需设置在变形区域外、位置稳定、易于长期保存的地方，采用固定仪器台或固定棱镜的方式，工作基点宜采用固定仪器台布设；采用视准线法、小角度法实施时，设置设站点、定向点、检查点等3个以上基准点；采用自由设站基准线法实施时，在变形区域外的两端各设置3个以上基准点，在观测范围的中部设置工作基点；采用其他方式布设水平位移基准网时，监测范围两侧的基准点均不应少于2点。采用基准线法进行水平位移观测时，由两个稳定的基准点构成一条基准线，历次比较各个观测点距离基准线的垂距、计算水平位移量，此法适用于观测点偏离基准线距离较小的场合。基准线应有检核条件，基准线位移后能及时发现并恢复，每条基准线至少设置三个基准点。

1.3.2 采用设备。水平位移测量采用测角精度不低于±1″、测距精度不低于±（1mm+1×10-6×D）的全站仪观测。

1.3.3 水平位移控制网的水平角观测方法

采用方向观测法，当方向数多于3个时应归零，导线测量时，当导线点上只有两个方向时，要按左、右角观测。水平角观测若采用测角精度为0.5″的仪器时，测回数为4；若采用测角精度为1″的仪器时，测回数为6。根据《建筑变形测量规范》《工程测量规范》等，观测限差应符合表2的要求。

表2 方向观测法精度设置要求

需要注意的是：当照准方向的垂直角超过±3°时，该方向的2C互差按同一观测时间段内相邻测回进行比较，其互差指标不变。控制网中，若视距小于50m的短边观测时，限差可放宽为表2的2倍。导线测量每测站左、右角闭合差不应大于2mβ，导线的方位角闭合差不应大于为测角中误差，n为测站数）。

1.3.4 水平位移控制网的电磁波测距设置方法

根据《建筑变形测量规范》《工程测量规范》等要求，距离应往返观测，需符合表3的要求。测距边归算到水平距离时，应在观测的斜距中加入气象改正和加常数、乘常数改正。外业观测结束后，需检查往返边长较差、闭合差等外业限差符合情况，对超限数据及时重测或补测。

表3 电磁波测距技术要求

2.历次观测要求

外部作业对应的投影区段范围内，监测点需按5m-6m间距布设；投影区段范围外可适当放宽。水平位移监测点需设置在隧道结构上，采用小棱镜等固定观测标志。在后续观测前应检测基准点的稳定性，基准点检测要满足以下技术要求：

（1）视准线法、小角度法每次观测前应检查设站点、定向点、检查点的相互关系，水平角、距离需观测2测回。

（2）自由设站基准线法每次观测前应联测所有基准点间的位置相互关系，检测时水平角、距离需观测2测回。

（3）导线网、边角网等其他形式布设的水平位移控制网需每月检测1次。每次测量时应进行设站点的相邻点夹角、相邻点距离检测。

（4）与在用值比较，基准点的水平角较差小于3.6″、距离较差小于4mm时，认为基准点相对稳定。

3.位移点的测回数计算

应根据采用仪器的精度等级按如式（1）计算各观测点的测回数。当计算的测回数小于1时，应观测1测回。

式中：n为测回数;mβ为单测回观测精度（″）；D为测站至观测点的距离（m）；mp为坐标分量中误差（一般要求为±2.0mm）；ρ为常数（ρ=206265）。

4.水平位移监测的内业计算和成果要求

（1）水平位移监测计算前应对基准点的稳定性进行检验，选用稳定的控制点。

（2）视准线法、小角度法、自由设站基准线法通过比较历次监测点与基准线的垂距计算水平位移量。

（3）自动化监测系统宜能自动剔除粗差，对未观测的方向自动补测，对观测数据进行观测限差检查，对超限的观测数据进行自动重测。

（4）数据处理前应进行基准网稳定性判断，对异常观测值及时补测。

（5）对多次观测的数据成果进行比较分析，确保数据成果真实可靠。

5.结束语

水平位移监测作为轨道交通工程监测的一个子项，通过对其技术路线的探讨，能够获得高精度的观测数据和成果，以便提前发现和排除工程隐患，保证工程正常安全运营和养护，为测绘同仁提供有益的方法和思路。