【摘要】城市交通问题，已经成为城市社会无法面对的通病，地铁便捷性和可靠性恰好可以弥补这个缺陷。由于地铁施工与周边环境紧密相关，因此，地铁变形监测是保证安全的重要手段之一。本文在这里详细探究地铁变形监测的内容和方法。

【关键词】地铁;变形;监测

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

18.

1、引言

近年来，随着地铁的发展如火如荼。在开挖过程中，地铁施工的安全至关重要。通过现场监测随时掌握变化情况，及时发现问题并采取措施，以确保周边环境的安全。因此，特详细探究地铁变形监测的方法。

2、工程概况

长沙市轨道交通4号线一期工程第一标段（普瑞大道～湖南大学），共13站12区间。长沙市轨道交通4号线 一期工程一标段第三项目部土建工程包含2站2区间，分别为福元大桥西站、茶子山站、汉王陵公园站～福元大桥站盾构区间、福元大桥站～茶子山路站盾构区间。

福元大桥西站位于长沙市潇湘北路上，在潇湘北路与长望路交叉口北侧，南北向布置。车站有效站台中心里程为DK20+389.000，车站设计起点里程DK20+265.200，车站设计终点里程DK20+464.200。

车站主体为地下两层岛式站台、双层双跨箱型框架结构。车站有效站台中心里程处周边道路标高约为37.5米左右。车站采用明挖法施工，车站主体结构总长199m，标准段宽20.7m，车站施工时基坑深约15.7m～18.3m。

汉王陵公园站-福元大桥西站区间隧道起讫里程为：左线ZDK18+414.600-ZDK20+265.200，长链10.324m，全长1860.924m。右线YDK18+414.600-YDK20+265.200，全长1850.6m。线间距为13-15 m，线路平面最小曲线半径为550m，最大纵坡为28.00‰。本区间隧道埋深为11-21m。

汉王陵公园站-福元大桥西站区间从福元大桥西站始发后，侧穿好家园小区楼群、简易矮房等建（构）筑物，下穿北津城遗址保护范围、汉代长沙王陵墓保护范围、北二环立交桥。

福元大桥西站～茶子山站区间起讫里程为：左线ZDK20+464.200-ZDK21+318.300，长链1.642m，全长855.202m。右线YDK20+464.200-YDK21+318.300，全长853.66m。线间距为15 m，线路平面最小曲线半径为1000m。

福元大桥西站-茶子山站区间，线路出福元大桥西站后，沿潇湘北路往南依次下穿福元路大桥、6m×2.5m雨水箱涵、6m×2.5m过水箱涵和人行过街地下通道，后继续沿潇湘北路往南到达茶子山站。

3、監测重要性及目的

（1）为信息化施工提供依据。

（2）为周边环境中的建筑、各种设施的保护提供依据。

（3）为优化设计提供依据。

4、监测内容

根据项目的周边环境、车站基坑、区间盾构施工的特点以及设计文件中对监测工作的具体要求，确定项目的监测项目为：

4.1周边环境监测

（1）邻近地表变形监测

（2）邻近建筑物变形监测

（3）邻近地下管线变形监测。

4.2支护结构监测

（1）支护结构顶部沉降、水平位移监测

（2）支护结构深层水平位移监测

（3）坑外地下水位监测

（4）支撑轴力监测 。

4.3区间内隧道监测

（1）隧道中心沉降

（2）隧道净空收敛。

5、测点布设

各监测项目的测点布设应与围护结构施工的区域、基坑开挖顺序、被保护对象的位置及特性相匹配;同时遵循设计结合实际，进行测点布置。

5.1地表沉降剖面监测

为监控基坑开挖、结构施工对周围道路地表的影响范围，在地表布设沉降监测点，根据设计的要求，在垂直支护桩身测斜位置处布设一组地表点，每组布设3～4个测点，测点间距5、10、15、20米。采用钻孔打破混凝土路面，将钢筋插入原状土30cm以上的埋设办法。加工至硬化路面下，并加盖保护。实际观测点数根据现场实际情况进行调整。

5.2邻近建筑物沉降监测

沉降监测布点方法为：在建筑物的四角点、大转角处;沿建筑物的周边，每隔10m～20m或每隔2～3根柱基上;对于宽度大于15m的建筑物，尽可能的将观测点布置在承重墙或支柱上。

5.3周边地下管线监测

基坑的附近分布了煤气管线、给水管线、污水管线和大型的雨水管线等，为了了解地下管线的变形情况，防止地下管线渗漏和破坏，在基坑土方开挖时需要对各种管线进行监测;监测点宜布置在管线的接头处、施工沉降敏感的部位和能准确反映管线变形的地方，对于管线较为密集、平面间距较小的情况，测点平面间距不大于20m，范围为3倍基坑开挖深度内的管线。

5.4坑外地下水位观测

在基坑维护结构外围2～5米范围内布置水位观测孔，水位孔间隔20～40m。

埋设方法：在基坑周围2～5米范围内布置水位观测孔，用直径为Φ110的钻头采用清水垂直钻进，埋设内径Φ70、管壁厚度为2.5的PVC管，按照设计要求下部放入有滤网的水位管，下管后回填砾料，孔顶约1米再填充泥球，防止地表水渗入管内。

承压水水位监测孔布设基本同于上述微承压水监测孔，其深度必须进入承压水层，滤水段位于承压水层内，其外部用中细砂充填，其余段直至地面不设渗水孔，管外采用粘性土密封，以切断地层中的承压水与上部地层的水联系。水位监测孔布设完成后，须48小时后，待水位回落至稳定水位，方可对其进行观测。

5.5围护结构顶部水平位移（竖向位移）

在围护墙顶沿基坑周边布置沉降监测点以及水平位移监测点，点位布设在维护结构的中部、阳角处以及代表性的部位，点位间隔距离20m。布设时采用冲击钻成孔，埋设十字测钉，并用水泥砂浆固定，水平位移监测点兼做竖向位移监测点。

5.6 围护墙体深层水平位移监测

采用绑扎的方法将连接好的测斜管绑扎在钢筋笼上，随钢筋笼浇注在砼中。测斜管顶部应高出围护墙顶部冠梁20～30cm，管子的上端用两层塑料编织袋包扎保护。围护墙顶冠梁施工期间应做好测斜管的保护，防止凿除顶部围护墙浮浆时损坏测斜管。

围护墙体深层水平位移的测点间距为20～30m，测孔深度与围护墙相等，具体视围护墙深度而定。

5.7 支撑轴力监测

土方开挖期间，支护结构内力发生变化，根据相关规范以及設计要求，需要对各道支撑进行轴力监测。砼支撑监测点选择在支撑两支点的1/3部位，并避开节点位置。在结构主筋布设钢筋应变计，钢筋应变计在混凝土结构内相对的钢筋层上对称布置，布置在4个角点处与主筋并联。

轴力计（反力计）一般设置在支撑端部的固定端侧，X型外壳钢托架与固定头贴角全部围焊，防止轴力计偏移支撑中心，维持支撑的稳定性;而轴力计与钢围檩贴角围焊，并保持其中心线与钢支撑中心线的方向一致性。为防止轴力计直接接触地连墙导致墙体损坏，需要在轴力计与墙体之间加垫一块25cm*25cm，厚度为2.5cm的钢板。

5.8隧道净空收敛

隧道收敛测点布设如下：盾构始发和接收站100m范围内，每20m设一断面;其余地段，每30m设一断面。

采用钢尺收敛计量测，安装测点时，用人工钻孔直径为40～80mm的钻机在同一断面两侧被测结构面钻出深20mm的孔，同时在孔中填塞水泥砂浆，并插入收敛预埋件，或者将预埋件垂直焊接在管片连接螺栓上。

采用全站仪非接触式测量时，须将反射膜片直接粘贴在管片的表面，反射片在管片水平直径方向上。

5.9隧道中心沉降

隧道中心沉降测点预埋件的埋设，先在隧道拱顶和拱底中线处用电钻钻孔，在孔内填塞满水泥沙浆后插入预埋件并固定牢靠，埋设时应使预埋件轴线垂直拱顶和拱底，待砂浆凝固后即可进行量测;或者将预埋件垂直焊接在管片连接螺栓上。隧道中心沉降监测点拟按每5环一组布设。

隧道拱顶沉降也可采用全站仪非接触式方法监测，布置测点时需将反射片粘贴在相应监测断面的拱顶位置。

6、监测实施方案

6.1监测点垂直位移测量

垂直位移基准网按照《城市规道交通工程测量规范》GB50308-2017内的Ⅱ等水准测量要求实施。通过二等水准联测工作基点间的闭合线路，各监测点的高程由线路的支点来测得，取三次测定的平均值作为监测点高程初始值。其中i角控制在15”内，视准线长度不大于50m，闭合差±0.5√n，测量数据保留至0.1mm。

6.2监测点水平位移监测

平面位移观测按变形观测三等测量要求进行。采用J1型全站仪进行，采用极坐标的方法进行观测，将观测的数值直接转换为平面直角坐标：

xi=x0+Sicosαi

yi=y0+Sisinαi

式中：xi 、yi 为监测点的平面直角坐标;αi为观测的方位角; Si为基准点至观测点的水平距离。

计算前后两次观测的坐标差值，确定监测点的变化量。

6.3支护墙体深层水平位移监测

在基坑开挖前作3次重复观测.待测斜管处于稳定状态后，取其平均值作为初始值，开始正式测试工作。

观测时，探头缓缓沉至孔底，待适应管内温度一段时间后，自下而上，逐段测出X方向上的位移。每次采用全站仪测量管顶位移，计算时用孔口位移实测修正。

计算公式：

式中： △Xi 为i深度的累计位移（计算结果精确至0.1mm ）

Xi 为i深度的本次位移（mm）

Xi0 为i深度的初始坐标（mm）

Aj为仪器在0°方向的读数

Bj为仪器在180°方向上的读数

C为探头标定系数

L为探头长度（mm）

αj为倾角

计算以孔口作为固定点，每次通过监测墙顶水平位移时测量各测斜孔口的位移值。

6.4水位监测

为了保证基坑开挖和施工，将地下水位长期保持在作业面以下;需要对周边地下水进行抽排。基坑降水会会对周边地表和构筑物造成影响，为了保证施工安全，需对坑外水位的动态观测和分析。

采用水位仪监测，读数精度1mm。

6.5支撑轴力监测

砼支撑轴力计算方法如下：

式中：

Ni—单根钢筋测力传感器的计算出的支撑轴力值（KN）;

Ec—砼弹性模量（KPa）;

A—钢筋砼支撑截面积（mm ）;

fi—应变传感器任一时刻的观测值（Hz）;

fo—应变传感器的初始观测值（零值）（Hz）;

Ti—应变传感器任一时刻的温度观测值（°c）;

To—应变传感器的初始温度观测值（°c）;

Es—钢筋弹性膜量（KPa）;

AS—钢筋的截面积（mm ）;

b—钢筋测力传感器的温度修正系数（KN/°c）;

K—钢筋计的标定系数（KN/Hz2）

对于混凝土支撑，其基本原理是利用振动频率与其应力之间的关系建立的，受力后，钢筋两端固定点的距离发生变化。钢弦的振动频率也发生变化。根据钢弦的振动频率变化即可测得弦内应力的变化值。

钢支撑轴力计算方法如下：

P=K（F12-F02）

P：被测轴力的菏载（kN）

K：：轴力计的标定系数（Kn/F）

F1：轴力计实时测量频率模数值

F0：轴力计基准模数值

6.6隧道收敛监测

隧道收敛监测方法较多，大体分为两类：收敛计量测技术和非接触测量技术。较为经济和常用的是钢尺收敛计量测。当测量两点间的距离时，先将两挂钩挂在待测两点的钩子上，将定位销针插进临近测尺的定位孔中，调整调节螺母使游动线与指示线重合（使拉力弹簧保持在恒力状态）便可读取百分表数值，加上尺子测值，即可得出两点间的距离。

按下式计算净空变化值：

Un=Rn-Rn-1

Un-第n次量测的净空变形值

Rn-第n次量测时的观测值

Rn-1-第n-1次量测时的观测值

结语：

目前，城市地铁监测项目越来越多，地铁监测的方法同普通监测方法不同，精度要求也不同;本文结合长沙轨道交通4号线一期工程第一标段地铁监测项目，阐述了地铁监测的每一个项目的具体布点方案和监测方法，该项目已经顺利完成，论证了该方案的可行性，且行之有效，可为以后地铁变形监测项目做重要借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市轨道交通工程监测技术规范： GB50911-2013[S].中国建筑工业出版社，2013.

[2]王海飙.深基坑工程施工安全监测与预警[J].建筑技术，2010（3）

[3]卢士华.东莞地铁深基坑施工监测方案的设计研究[J].安徽建筑，2014（1）

作者简介：

杨哲（1982.02-），汉，男，本科，高级工程师，研究方向：测绘工程。