地铁道床沉降监测技术分析

付俊峰

（中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津300308）

由于不同地层、不同结构类型具有不同的沉降速率和沉降量，达到稳定所需的时间各不相同，导致地铁隧道产生差异沉降；地铁车辆运行带来的结构振动和位移，会导致结构缓慢变形，随着运行时间增加，结构变形的长期累积也须关注；另外，在地铁周边进行施工作业、减少或增大地铁周边荷载、穿越地铁既有线路等均会引起地铁结构的变形。这些变形一旦超过限度，就会影响地铁的正常使用，严重时还会危及地铁结构的安全；因此，开展地铁结构变形监测非常有必要。

地铁结构变形监测包括道床沉降、道床水平位移、隧道结构收敛等项目。地铁道床监测是一项长期、周期性、高精度的工作，通过监控量测，分析比对道床结构的沉降量、沉降差及沉降速度，通过对这些数据的统计分析，判断地铁结构的安全状态，及时发现问题并采取相应措施，对保证运营安全具有重要意义[1]。本文以洛阳地铁1号线长安路站—上海市场站区间左线为例，对道床沉降监测进行技术分析。

1 工程概况

长安路站为地下二层岛式车站，总长309.7 m，标准段总宽19.70 m，标准段底板埋深约17.23 m。上海市场站为地下二层岛式车站，总长275.6 m，标准段宽21.20 m，标准段基坑深16.61 m，为双柱三跨矩形框架结构。

区间采用盾构法施工，由长安路站始发，上海市场站接收，左线隧道全长525.728 m，左线长链0.001 m。左右线间距14～15.5 m，最大纵坡1.772%。隧道结构顶部最大覆土12.0 m，最小覆土9.8 m。

2 道床沉降监测技术要点

2.1 点位布设

1）基准点的布设。地铁车站所处地质条件较好，遇不良地质皆进行地基处理，可以将车站看作一个巨大的稳定刚体；因此，可以选择车站的铺轨控制基标或任意设站控制点作为沉降监测的基准点，也可以在车站按要求埋设基准点，基准点应均匀分布在车站范围内，数量应不少于3个。

地铁1号线铺轨控制测量采用任意设站控制网测量方法，基准点间距30～60 m，长安路站总长309.7 m，上海市场站总长275.6 m，两个车站左线靠侧墙位置均布设CPIII点5个，选取靠近车站中间位置的3个作为基准点。

2）监测点的布设。车站、区间隧道平均每隔30 m布设一个测点，位于隧道道床面，在变形缝两边加密2个点位，在联络通道处加密4个监测点位，道岔区需在道岔理论中心、道岔前端、道岔后端等结构部位各加密1个监测点[2]。长安路站布设监测点12个，依次为Z04C01～Z04C11及Z04C11-1；区间共布设监测点19个，依次为Z04C11-2、Z04C12～Z04C28及Z04C28-1；上海市场站布设监测点11个，依次为Z04C28-2及Z05C01～Z05C10。（-*为加密点）。

2.2 主要技术要求

依据规范中有关变形监测的要求并结合地铁自身特点，为达到变形监测精度标准，使用高精度的测量仪器，按照变形监测等级Ⅱ级技术要求，采用二等水准测量方法进行作业[3～4]。

2.3 基准点的稳定性分析

监测控制网测量数据处理应对基准点的稳定性进行检验和分析，将车站基准点进行联测，形成附合或闭合水准线路。往返较差、附合或环线闭合差满足要求后，进行平差计算。对基准点进行两两分组，计算本期平差后的高差数据与初始值测量时基准点之间平差后的高差数据之间的差值。当计算的所有高差差值均不大于式（1）的限差时，认为所有基准点稳定。

式中：δ——高差差值限差，mm；

μ——对应精度等级的测站高差中误差，mm；

n——两个基准点之间的观测站数。

当基准点不稳定或可能发生变动时，可通过统计检验方法对其稳定性进行检验并找到变动的基准点[5]。将稳定的基准点作为已知点，通过平差计算，得到变动基准点的最新高程数据。若通过现场查看，发现变动的基准点不适宜继续作为基准点时，应舍弃，重新布设稳定可靠的新基准点。

以长安路站为例进行基准点稳定性分析，将车站本期平差后两两基准点之间的高差数据与初始值测量时基准点之间平差后的高差数据进行比较，差值均小于限差要求，基准点稳定可靠，可作为道床沉降监测的已知点。见表1。

表1 长安路站高差比较

2.4 数据平差分析

现场外业监测工作完成后，及时将外业数据传输到电脑。对原始数据进行复核，重点检核点号输入是否有误，相邻监测点之间的高差较差是否超限。对错误的点号进行修改，超限的高差进行现场补测，正确无误的原始数据是后续工作的基础。原始数据复核无误后，将高差数据输入平差软件，选取稳定的基准点作为已知点，进行平差。平差后重点查看往返较差、附合或环线闭合差是否满足要求，这是判断监测成果是否可靠的主要依据。由于相邻两个车站的基准点之间兼容性可能存在偏差，因此，一般以往返较差或环线闭合差作为判断监测成果是否可靠的指标。各项精度指标均满足规范要求后，得到本次道床沉降监测点的成果，将本次成果与上次成果、初始值进行比较，计算道床结构的沉降量、沉降差及沉降速率。

本区间左线道床沉降监测外业工作完成后，将原始数据导入电脑，复核点号输入无误后，检查相邻监测点之间的高差，经统计最大差值为0.35 mm，满足2倍中误差的限差要求。将高差输入软件进行平差，经平差计算，水准线路往返较差为0.24 mm，满足限差0.30n=1.6（mm）的限差要求。综合判断本次道床沉降监测成果精度可靠，成果合格，可用于计算道床结构的沉降量、沉降差及沉降速率。

2.5 变形的控制值和预警值

变形监测应根据工程周围岩土体特征、结构形式、监测对象特点、监测对象本身的允许变形值以及设计和相关规范的要求制定预警标准。本区间道床沉降监测控制值和预警如下：

1）单次观测数据达±2 mm时，应密切关注并视情况及时增加监测频率；

2）对隧道的差异沉降进行监测计算，100 m范围内沉降差≯10 mm；

3）当沉降累计达到5 mm时，应加密观测，必要时采取处理措施；

4）当沉降累计达到10 mm时，应组织相关单位、部门协商处理。

3 监测结果分析

本次道床沉降监测成果与上次监测成果及初始值进行比较，计算得到监测点Z04C10变化量最大，为-0.7 mm，变化速率-0.01 mm/d。监测点Z04C10累计变化量最大，为-1.4 mm，监测点Z04C10和Z04C13的100 m范围内沉降差最大，为1.8 mm。见表2。

表2 道床沉降监测成果

根据监测数据分析，该区间变化速率较小，各项变形量均未超出预警值，道床结构整体比较稳定，下一步继续进行正常监测。本次监测过程使用0.3″的电子水准仪，按照变形监测等级Ⅱ级技术要求，采用二等水准测量方法得到的监测成果能满足，规范精度要求，可用于判断道床结构变形，评定安全状态。

4 建议

由于地铁道床沉降变形监测全部在隧道内作业，作业环境阴暗潮湿；照明条件较差、粉尘较多、车站和区间交界处存在温差等因素势必会对视线造成影响；加上i角误差、其他施工作业影响等诸多因素，都可能对监测成果精度造成一定影响。

1）每次监测工作开始之前需对水准仪的i角进行检核，监测等级为一级时，i≯10″，监测等级为二级时，i≯15″。

2）监测控制网测量数据处理前应对基准点的稳定性进行检验和分析，必须使用稳定的基准点进行平差计算，才能得到正确的监测成果。

3）监测过程尽可能采用固定的监测方法、监测路线、监测人员、监测仪器、监测环境，减少误差，提高监测精度。

4）附合或闭合水准线路实测过程中，避免前后视距差或前后视距累计差过大，从而导致线路闭合差超限。

5）监测数据出现预警时，可结合其他监测项目进行综合分析，复核无误后及时发送预警信息。

6）道床沉降量、沉降差及沉降速率等发生异常变化时，应及时调整监测方案，增加监测频率，必要时应进行实时监测。