地铁结构监测.docx

第二章地铁结构的监测一、监测工作概况监测目的1.2监测流程1.3监测点布设监测点精度要求二、地铁结构长期监测2. 1监测方法2. 2垂直位移高程系统与监测基准长期沉降监测工作实施2.2.2.1.监测控制网2.2.2.2执行规范2.2.2.3.外业观测. 1地面线路. 2地面地下水准联测. 3隧道线路.监测频率.内业数据处理. 1控制网平差计算2.2.2. 监测点高程和沉降量计算隧道管径收敛监测管径收敛监测方法2.3.2 精度要求断面数据处理三、地铁监护监测 监测目的 监测内容和方法 监测精度要求 监测范围 监测点埋设 监测工作的实施 定位监测垂直位移监测 水平位移监测固定直径测量法一、监测工作概况监测目的上海城市轨道交通线路主体结构主要有车站、隧道、高架桥、 U 型结 构等形式,在建设过程中主体结构主要随工况及地层隆沉而变化在运营 期间其主体结构除随地层的隆沉引起结构变形及内部应力变化外 , 外部 非地铁施工产生的荷载变化、地铁内部运营和养护治理均会产生结构变形 和沉降图为地铁一号线隧道产生变形后渗水、流砂、管片破裂现场照片图 1.1.1 上海市地铁一号线隧道管片破损照片为减少地面沉降和外部非地铁施工对轨道交通结构产生的严重后果， 以便及时采取有效的预防和补救措施，确保安全运营，轨道交通从建成投 入运营开始，便组织了长期的、持续的全线结构安全监测。

结构安全监测按监测周期可分为长期监测和监护监测二大类：长期监测主要采用“定期体检”的方式，监测主体结构随所在的地层变化而引起的隆沉和地铁运营而引起的结构变形；监护监测是在地铁保护区范围内（隧道段范围为 50 米，高架段范围为 30 米）进行各种工程施工时，为了及时了解施工对轨道交通结构的影响程 度、确保地铁结构安全，而依法进行的轨道交通结构的监护监测监测流程长期监测工作根据轨道交通线路结构差异，在收集设计及前期控制测 量资料、现场踏勘后确定监测项目，编写监测作业方案、外业观测实施、 定期提交监测成果具体监测工作流程如下：收集资料一-现场踏勘一f 编审监测方案一f 监测点埋设一f 外业 测量一f内、外业检查一f平差计算一f资料整理一f提交成果监护监测工作根据保护区范围内各种工程施工情况确定 ,一般流程如 下：工程施工方案审检 确定施工影响范围和监测范围 现场踏勘一 f实地确定监测范围 编制施测方案 外业测量 检查计算 f 提交日报一f总结资料整理提交监测报告监测点布设监测点为永久设施, 监测点选用优质的不锈钢材料制作其位置结合 结构特点布置：道床部分按每幅道床结构块两端各埋设一个监测点（间隔60cm）,幅 内按6m左右布设一个监测点，监测点布设于轨道枕木中间,在枕木上钻孔 后埋入不锈钢标志，用环氧树脂封固，监测点顶部圆帽略高于道床面（见 图 1.3.1 和图）。

浮置板道床区段的监测点宜布置于隧道管片结构上图 1.3.1 道床沉降监测点埋设示意图地面高架段除在道床上按上述要求埋设观测点外，在每个桥墩立柱上 设一对监测点，埋设于离地面 0.5m 左右高度的柱身上，采用顶部呈半球 形不锈钢标志（见下图所示）；崗架卑立柱沉常点埋捷高架立柱沉降点结构图图 1.3.2 高架立柱沉降监测点埋设示意图地面车站仿照地面高架段布设监测点尽可能利用建设期间布设的符合监测要求的监测点，以便与前期监测 数据的利用和接续监测点精度要求按《城市轨道交通工程测量规范》18.1.8条规定＂隧道拱下沉、结构收敛和运营中结构、线路变形变形测量等级为II级变形点的高程中误差为±0.5 mm 相邻变形点的高差中误差为±0.3 mm 变形点的点位中误差为±3.0 mm, （横向中误差为±2.1 mm） 应用物理仪器进行变形监测时精度要求不低于上述标准根据地铁结构具体要求，沉降监测以二等水准操作的实际，确定沉降观测精度为：单程观测每测站高差中误差W±0.45mm往返观测每测站高差中数中误差W±0.3mm沉降点精度沉降点的高程中误差W±0.5 mm（相对基准点而言）沉降点沉降量中误差W±0.7mm相邻沉降点的高差中误差为±0.3 mm以二倍中误差为极限误差二、地铁结构长期监测上海地铁主体结构长期监测进行垂直位位移监测和区间隧道管径收敛监测。

2. 1监测方法垂直位移采用水准测量方法隧道管径收敛监测采用全站仪全断面扫描法垂直位移2.2.1高程系统与监测基准垂直变形采用吴淞高程系（上海市城市高程系统）鉴于轨道交通线路轨道交通线路的网络化和上海市存在不均匀地面沉 降的原因，目前上海市所有的深、浅埋水准点均不宜作为沉降监测控制网 的高程起算点，从已有的测量成果资料反映，近10年间地面80%同名深、 浅埋水准点沉降量达 10mm-99 mm ，10%同名深、浅埋水准点沉降量达 100mm-197 mm,因此监测控制网选用城市基岩标作为高程起算点运营期地铁以地铁竣工日期为监测时间基准2. 2.2长期沉降监测工作实施2.2.2.1.监测控制网垂直变形高程控制网采用逐级控制方案：城市基岩标f基岩标间地面一等线路f地面地下水准联测f地铁站台基准点一地铁站台基准间通过地下区间隧道的二等水准线路一沉降监测点地铁一号线高程控制网如下图所示2.2.2.2执行规范 执行《国家一、二等水准测量规范》,其主要技术要求见表1.5.1、、表 1.5.1单位：m仪器类型视线长度前后视距差任测站前后视距差累积视线高度（下丝读数）一等DS05W30$二等DS1W50$测站观测限差 表 1.5.2单位：mm等项目基辅分划读数差基辅分划所测咼差之差上下丝读数平均值与中丝之差检测间歇点咼差之差一等二等往返高差不符值、环线及附合路线闭合差的限差 表 1.5.3 单位：mm等级目检测已测测段咼差之差测段、路线、往返测高差不符值环闭合差及附合路线闭合差一等土 3VR土 i&T土 iJf二等土 R土 4 VK+ 4VF注：表中 R、F、K 分别为检测测段、环线或附合路线、测段、路线长度，以公里为单位2.2.2.3. 外业观测外业观测应使用上表精度要求自动安平水准仪或电子水准仪及配 套的铟瓦水准尺，水准仪及水准尺均应鉴定合格并在有效期内，性能良 好。

使用期间应按规范要求定期检测仪器 i 角2.2.2. 地面线路地面水准线路从轨道交通线一端附近的基岩标开测，按一等水准 测量精度施测，并闭合到轨道交通线另一端附近的基岩标2.2.2. 地面地下水准联测为工作方便，将地铁车站出入口附近的一等水准测量线路点与地铁站 台基准点进行联测，并与地上水准测量控制线路和隧道水准测量线路形成 水准测量闭合环，施测精度按二等水准要求进行2.2.2. 隧道线路地下水准测量按二等水准测量要求进行为缩短观测时间，提高观测 精度，测量采用2 台电子水准仪分别在上、下行线同时进行观测，在进行 路线测量同时按插入中间点的方式联测道床上的监测点限于现场条件，除线路点外各沉降点观测允许采用前后视不等距的方法观测，但必须提高对仪器i角的要求建议仪器i角调校至小于±5〃隧道线路测量路线采取单程观测，上下行线线路均起讫于两端的地铁 车站站台基准点，分别组成附合线路上、下行线形成一个闭合环，整条 地铁隧道水准路线组成水准网地下水准测量在地铁停止运营半小时后后进行，以减少地铁运营震动 影响2.2.2.4. 监测频率正常状况下2次/年，局部差异沉降大的区段加密监测2.2.2.5. 内业数据处理2.2.2. 控制网平差计算1. 外业观测资料验收与质量评定平差计算前应先对外业观测资料进行检查与质量评定。

计算环线闭合差和附合线路闭合差，两者均应小于规范的限差规定按环线闭合差计算每千米水准测量高差中数的全中误差Mw= ±、'[WW/F]/ N （式 2.3.1）式中：W为环闭合差；F为环线周长；N为环数在各项指标均满足二等水准精度测量要求的情况下，进行沉降监测高 程控制网整体平差，计算网中各水准线路结点的高程并计算控制网的每公 里高差中数全中误差（单位权中误差）Mo2.2.2. 监测点高程和资料整理 监测点高程计算按测线进行 计算时以经平差后的控制网结点成果进行nX hU -（HB-HA） （式 2.3.2）Xn h kk —HE（A）=HA+ k=1 — n W （式 2.3.3）式中：HA、HB为控制网结点A、B高程平差高程值W为测线闭合差或附合差，h为测段高差，k为A点到待求点E的测段数，n为测线总测站数，HE（A）为由A点起算的待求点E的高程 由同名点的两次高程差得到各监测点的沉降量计算公式为： BCi=Hi-Hi-1 （式2.3.4）LJi=Hi-H0 （式2.3.5）式中:BC为本次沉降量,LJ为累计沉降量,H0为首次高程,H为各次平差 高程，i为第某次观测根据各连续监测点的沉降量和里程计算隧道变形曲率半径，绘制各种 图件隧道管径收敛监测2.3.1 管径收敛监测方法 长期监测的隧道管径收敛监测沿用了隧道竣工资料编制时使用 的全站仪全断面自动扫描采集数据,拟合计算半径方法进行。

必须指出，此方法计算得到的半径值并非是实际值而与变形模型有关，存在一定的模型误差，但对结构的长期监测而言是有相当的 参考价值的2.3.2 精度要求 有关规范未提出明确的隧道收敛变形允许值指标，现根据上海地 铁严格限制荷载作用下结构变形小于1%°D设计要求，取其1/2作为 管径收敛测量精度指标,按地铁隧道内径 D=5500mm 计算管径测量的 中误差W±3mm2.3.3横断面设置与外业观测隧道横断面应为隧道轴线的法线方向，实际工作中以管片环的前（后）端边 作为隧道横断面方向，右图中m,n点位 置设置两个固定断面方向标记，两标记 间的垂面上各测点组成隧道横断面外业观测时设仪器于两断面方 向标记连线 A 点上，按设定的测点密度自动测定并记录断面方向上 各点的三维坐标按需人工增补测点图 2.4.3：隧道断面测量测量示意2.3.3 断面数据处理 外业观测得到的管片内管壁点坐标值经剔粗处理 ,利用这些 数据可描绘出管片环形状根据对管片环变形的认识与理解 , 可对管片环形状进行量 化目前采用椭圆方程按最小二乘原理进行拟合计算 , 计算出该 断面的长短直径（即竖向直径和水平直径）管径收敛量根据前后期两期断面数据比较得到。

三、地铁监护监测监测目的地铁建成之后，在保护区范围内（隧道段保护区范围为 50 米，高架段 保护区范围为 30 米）进行各种工程施工以及地铁的治理工程施工时，需 对地铁进行监护监测，以及时了解施工对地铁的影响程度，以确保地铁安 全监测内容和方法监护监测是地铁监护工作的一个重要部分,与长期监测相比，监护监测 监测范围有限；数据实时和精度要求高；变形及过程不可复现；作业环境 困难；隧道内无稳定的基准点；工程多样性及对地铁影响程度的不同等等 特点监护监测目前主要进行定位监测、沉降位移监测、水平位移监测、隧 道收敛监测各监测项目依工程对地铁的影响分别采用人工监测和自动化监测进 行人工监测是采用人工的方式低频度进行数据采。