于鑫

（合肥市测绘设计研究院，安徽 合肥 230000）

0 引言

地铁车站结构复杂，施工要求高，施工过程中常采用信息化方法对其沉降变形进行监测[1-2]。随着社会的不断发展，城市中地铁的数量和密度都在不断增大，因此研究地铁轨道沉降的影响具有重要意义。本文对既有地铁站因深基坑开挖、围护结构破除及既有结构侧墙拆除等因素的影响，导致既有结构受力情况发生改变进行统计分析。在监测过程中，通过对既有线路站点的实时监测，依据长期的监测数据判断基坑开挖是否对既有线的正常运行产生影响，然后将出现的不良后果进行及时预报，避免事故的发生，有效减少社会损失。

一般来说在地面沉降量越大的地方，其附近建筑物的形变较大，严重影响其既有结构。目前，研究基坑开挖对隧道沉降的影响，主要以数值模拟和实地监测两种监测方法为主。张凯[3]等通过对某车站的土体沉降、结构变形等监测数据进行分析，实验结果显示围护墙顶和立柱的累积沉降量大于地表和管线，对于墙顶来说墙底的位移水平更大；在基坑施工过程中，采用ANSYS有限元分析软件对附近隧道结构进行监测，结果表明该软件的模拟值与实时监测值基本一致[4]。李顺群等[5]在基坑开挖全过程中采用小变形硬化模型方法进行分析，结果表明计算结果与实测数据基本吻合，可用该模型进行研究。本文以实体工程变形监测为依托，通过对顶板沉降、侧墙沉降、侧墙位移、道床沉降、轨道差异位移进行实时监测，全面分析车站的安全性和稳定性。

1 工程概况

某地铁车站为2 号线与4 号线T 型换乘站。2 号线车站长度为478m，车站主体结构为地下二层双柱三跨钢筋混凝土框架结构，换乘节点处为地下三层双柱三跨结构，标准段宽度为21.7m，覆土厚度2.5～3.75m，底板埋深15.6～16.9m；换乘节点处为地下3层钢筋混凝土框架结构，底板埋深24m。4 号线车站长度为144.6m，宽度为21.9，深度24m，车站为地下3 层三跨岛式站台车站，采用钢筋混凝土箱形框架结构，顶板覆土厚度2.4～2.9m。车站主体结构采用明挖法施工，围护结构采用地下连续墙+内支撑的支护体系。2 号线车站部分为既有线地铁站，已先期完成，并通车运营。4 号线车站部分为新建地铁站。

2 监测点的布设

监测点的科学布设不仅能对受施工影响的2 号线区域进行全方位的监测，让我们掌握监测区域沉降和位移的实时变化情况，还能应对突发状况的发生，采取更安全的相应的解决措施，从而保证观测的连续性和准确性。

我们对2 号线地铁车站内上行线每10m 设置一个监测断面，下行线主要影响区内5m 设置一个监测断面，次要影响区内10m设置一个监测断面。在车站80m 的区间范围内共设置了33 个监测断面。每个监测断面都涵盖了车站侧墙沉降、侧墙水平位移监测点、轨行区道床沉降、结构顶板沉降和轨道差异监测五个方面。我们采用直径D30mm 的无源感知接收器作为监测的设备，使用强力胶粘接与结构混凝土表面的方式固定，在五个方面的监测断面上分别设置了33 个、33 个、33 个、18 个和132 个监测点。图1 展示了合肥地铁既有线地铁站监测的布点。

图1 既有线车站监测布点

3 监测结果分析

本工程采用自主研发的Wow-Wy-003 型智能在线位移监测仪对2 号线既有站进行实时监测，监测距离0.03～100m，监测精度≤0.5mm；监测点监测一次在10s 内完成，断面整体监测一次在1 分钟内完成；单点监测通过对一次监测10 个数值的统计分析，得出一个精确位移变化数据，并及时上传云端平台；每个监测点24 小时共有72 组监测数据，为判断监测对象位移变化趋势提供大数据。此次工程的监测周期为10 个月，共设33 个监测断面，其中下行区设20 个监测断面，上行区设13 个监测断面，2 号线既有站结构变形监测内容共有5 项分别为：结构顶板沉降、轨行区道床沉降、轨行区侧墙位移和沉降、轨行区线路差异沉降。地铁2 号线既有站监测测点与现场安装位置如图2 所示。

图2 既有线车站监测测点与现场安装位置

图3 至图7 分别展示了侧墙沉降、侧墙位移、道床沉降、顶板沉降、轨道差异在十个月内的变化情况。通过箱形图可以看出，5个监测项目其整体变化量都在3mm 之内，小于设定的限值。此外，侧墙沉降的上行线2、8 号点和下行线1 号点沉降变化离散程度较大；侧墙位移上行线的位移量总体为负值都大于1mm，下行线3、6 和18 号点位移量大于1mm，其他位移量较小；道床沉降的上行线5 和9 号点，下行线4、10、19 和20 号点较为稳定，其他沉降变化量较大，但沉降范围没有超过限值；顶板沉降上行线1、2、7 和13 号点和下行线的4 和17 号点较为稳定，总体在0值附近波动，其余点号波动较大；轨道差异中上行线除4 和12号点数值较小，其他点位数值都较大，下行线除了点14、15 和18号点为负值，其他点位的数值大部分为正值。因此，道床沉降的沉降变化量最大，侧墙沉降、顶板沉降和道床沉降主要以上升为主，侧墙位移整体主要向东位移，上行线向西偏移，下行线向东偏移，轨道差异上行线监测点的数值一致性较差，下行线轨道差异值总体上为正值。

图3 侧墙沉降统计

图4 侧墙位移统计

图5 道床沉降统计

图6 顶板沉降统计

图7 轨道差异统计

图8 至图12 分别展示了上行线与下行线的侧墙沉降、侧墙位移、道床沉降、顶板沉降、轨道差异的累积最大变化量在十个月内的变化情况。从图中可以看出，监测项目的总体变化量较大，但数据都在规定的范围内。此外，上行线与下行线的侧墙沉降、侧墙位移、道床沉降、顶板沉降、轨道差异前期的累积最大变化量的值较小，随着监测时间的增加，其变化量越来越大，大约1 个月之后不在明显增加。上行线与下行线的侧墙沉降和侧墙位移在最后20d 时其累积最大变化量值比较平稳，而且数据基本一致。对侧墙位移的累积最大变化量分析知，下行线在第50～150d 内数值较为稳定且均为正值，而下行线在此期间数据波动较大。道床沉降的累积最大沉降量在第150～200d 内，上行线和下行线的数值基本一致，均为负值，而且第200d 之后下行线的数值与上行线存在滞后性变化。顶板沉降的最大累积变化量在第50～150d 内，上行线和下行线的数值整体为正值且数值变化较小。轨道差异最大累积变化量在监测期间数值一直在波动，但是均未超过限值。结合五张图，从整体数据来看，所有波动都是处在3mm 内，属于正常沉降范围内。

图8 侧墙累积最大沉降量

图9 侧墙累积最大位移量

图10 道床累积最大沉降量

图11 顶板累积最大沉降量

图12 轨道间累积最大差异值

表1 上行线累积最大变化量情况

在上行线方面来看，顶板沉降主要以上升为主且大多在+2～+3mm 的范围内，整体是上升趋势；对于侧墙沉降，下沉趋势占比约30%，上升占比约为70%；对于侧墙位移，主要以向西偏移为主，且偏移量在-2～-3mm 范围内；对于道床沉降，主要以+2～+3mm的沉降为主；对于轨道差异，以+2～+3mm 的偏移量为主，占比约为50%。

表2 下行线累积最大变化量情况

在下行线方面来看，顶板沉降主要以上升为主且大多在+2～+3mm 的范围内，整体是上升趋势；对于侧墙沉降，下沉趋势占比约60%，上升占比约为40%，且在下沉主要以下沉-2～-3mm 为主；对于侧墙位移，主要以向东偏移为主，且偏移量在+2～+3mm范围内，偏移量在+1～+2mm 范围均占10%；对于道床沉降，主要以+2～+3mm 的沉降为主；对于轨道差异，以+2～+3mm 的偏移量为主，占比约为65%。

总体来看，顶板沉降、侧墙位移、道床沉降和轨道差异的累积最大变化量受周边施工的影响，普遍集中在±2～±3mm 的区间，临近警戒线，侧墙沉降相比其他四个方面比较稳定，受影响较小。但整体仍然是在一个可控的区间内。

4 结语与建议

本文通过对轨道交通既有线地铁站长达10 个月的监测，结果表明上行线和下行线顶板沉降、侧墙沉降、侧墙位移、道床沉降、轨道差异位移变化量均在3mm 之内，且最大累积变化量值也在规定的范围内，因此轨道交通4 号线施工建设对既有2 号线地铁站有轻微影响，不影响正常运行。此外，施工期间应对监测点进行保护，以确保测量数据的准确性。通过对轨道交通线进行沉降监测分析，对保障交通线正常运营有积极作用。