地鐵沿線建筑物沉降監(jiān)測方法與數(shù)據(jù)處理

王彥偉　丁彥心

摘要：本文針對目前國內(nèi)地鐵施工現(xiàn)狀，以及城市地下復雜條件下對地表建筑物沉降的影響。結(jié)合蘇州地鐵一號線，深入探討了地鐵施工過程中地表建筑物變形監(jiān)測的內(nèi)容、方法及精度要求，通過精度評定與分析、下沉等值線以及插值擬合曲線等手段對沉降監(jiān)測做了詳細說明并對沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行了處理。結(jié)果表明能夠為地鐵施工提供更高的精度及更有效的早期預警。

關鍵詞：沉降監(jiān)測；數(shù)據(jù)分析；地鐵

1、引言

作者簡介：王彥偉（1979-），男，遼寧葫蘆島人，碩士研究生，主要研究方向為變形監(jiān)測與預報。

E-mail：18944230@qq.com

收稿日期：

隨著“十二五”規(guī)劃綱要的頒布，中國的城市軌道交通已經(jīng)進入了快車道發(fā)展，尤其是地鐵建設速度已經(jīng)達到了世界前列。據(jù)建設部統(tǒng)計，15個城市近期建設規(guī)劃了61 條線路，共長1700 km，目前已開工建設1000 km 線路，已建成運營581 km線路，按規(guī)劃還有約1 200km 線路在今后10 年左右內(nèi)建成，據(jù)預測，到2020年，城市地鐵及輕軌總里程將達到2500km，大約30個城市將發(fā)展成以地鐵交通為主的節(jié)能型城市[4]。地鐵的施工通常都在大中型城市的地下空間，這些地段高層建筑物密集，地下管線縱橫交錯[5]。在施工過程中會導致周圍建筑物和管線的形變，通過對變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析可以有效的檢驗形變的穩(wěn)定性，能夠做到早期可防，中期可控，后期可治理。

目前，城市規(guī)模的不斷擴大，超高層建筑物層出不窮，國內(nèi)外對地鐵施工引起的建筑物的變形越來越重視，通過不斷改進監(jiān)測手段，不斷更新監(jiān)測儀器，其數(shù)據(jù)處理的方法也具有高精度、高可靠性[8]。

2 建筑物沉降監(jiān)測內(nèi)容

地鐵施工對沿線環(huán)境的變形監(jiān)測包括對地面建筑物的傾斜、沉降監(jiān)測，對燃氣，熱力和大直徑上水污水等管線變形監(jiān)測[3]。本文著重研究地鐵施工過程中對沿線高層、超高層建筑物的影響、產(chǎn)生相應的沉降形變及沉降數(shù)據(jù)處理。首先對于變形監(jiān)測點應設于被觀測的關鍵建筑物和主要設施上，根據(jù)建筑物變形結(jié)構(gòu)分析所需要的關鍵部位進行觀測點的布設，如在建筑物的外墻角、內(nèi)窗邊角、立柱等突出部位布設。基點的埋設方法與地表下沉監(jiān)測的埋設方法相同。同時要求監(jiān)測點穩(wěn)定，持久（圖1）。

建筑物沉降監(jiān)測是采用精密水準測量的方法，要求其已知的高程控制點遠離地鐵施工影響的地域范圍（一般應距施工中線35m以外），且高程控制點不少于3個，然后在被監(jiān)測的建筑物周圍布設垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)，此控制網(wǎng)可布設成閉合附合或結(jié)點水準路線等形式。同時，還應制定監(jiān)測的時間間隔，在施工前，每15天進行一次監(jiān)測，在施工期間，每3天進行一次監(jiān)測，如果局部沉降量較大，還應縮短監(jiān)測時間間隔，可每天監(jiān)測一次。在施工后期到運行期仍要每30天進行一次監(jiān)測，直到建筑物沉降量趨于穩(wěn)定。此外，建筑物沉降的變形監(jiān)測還應遵循“三固定”的原則，即固定儀器，固定人員，固定觀測線路。

3 沉降監(jiān)測的精度要求及分析

沉降監(jiān)測需要采用具有良好穩(wěn)定性和時間性的水準點。對于地鐵建設沿線的重要建筑物、重要廠房以及高層、超高層建筑物，有必要建立相應的監(jiān)測閉合導線，使用精密水準儀與精密水準尺進行觀測，使其能夠反應出毫米級的沉降量，閉合差不得超過± mm（n為測站數(shù)），觀測宜在上午10點之前及下午4點以后進行。

沉降監(jiān)測的水準網(wǎng)也可采用符合導線或閉合導線分段監(jiān)測，每段往返高差誤差值不得超過M限=±2Mw （Mw為采用水準測量等級千米級高差中數(shù)的權中誤差，L為附合或閉合測段長度）。沉降監(jiān)測的精度要求，要根據(jù)具體監(jiān)測的預計變形值及相關的監(jiān)測規(guī)范（表1）來確定。通常，觀測的目的是為了確保在地鐵施工期間及運行后沿線建筑物的安全，其觀測中誤差應小于允許變形值的1/10—1/20。

4 工程實例

蘇州軌道交通一號線I-TS-16標區(qū)間包括星湖街站～南施街站，左右線全長約2194.4單線延米，區(qū)間隧道主要在翠園路下穿行，翠園路道路下地下管線密集，主要分布在隧道線路方向兩側(cè)，主要有電信及有線電視的通訊光纜，污水及雨水管道，路燈管線、天燃氣輸送管道。場地地形較平坦，無滑坡、泥石流、巖危等不良地質(zhì)狀況。本標段鄰近建筑物主要為里程DK23000～DK23185的園區(qū)電信大樓，其建筑物主體距盾構(gòu)右行中心線距離為9.4m。

電信大廈的變形監(jiān)測點均布設在建筑物的特征點處，有角點、立柱點等。這些點能夠反映出建筑物的大體變形情況（圖2），根據(jù)施工階段某期的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)（表2），可以通過AUTOCAD等軟件生成沉降等值線，沉降等值線可以了解沉降分布情況以及是否均勻沉降[1]。圖2可以看出J1-J2和J3-J4之間幾乎無等值線穿過，而J1-J8之間等值線較為密集，對沉降等值線分析表明J1-J2及J3-J4之間為均勻沉降，J1-J8之間的沉降差較大，J8沉降最為嚴重。J1-J8之間的距離L=9.4m，由于為直接觀測得到相應點的高程值，則設定差異最大容許值：

這個誤差符合相應的國家測量規(guī)范（三等變形監(jiān)測規(guī)范，高程中誤差為0.5mm）要求，但沉降中誤差值較大，應引起注意。如果連續(xù)多期監(jiān)測數(shù)據(jù)均體現(xiàn)出此類問題，不加以重視，地表上層建筑物就會出現(xiàn)傾斜、斷裂等事故，所以應采取相應的預防、治理措施。

對建筑物的沉降監(jiān)測另外的一種手段是收集“縱向”監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過MATLAB等軟件進行圖形化處理，對所得到的擬合曲線進行對比，分析，可以對過去被監(jiān)測點數(shù)據(jù)的分析；對現(xiàn)在被監(jiān)測點監(jiān)測頻率的合理安排以及對被監(jiān)測點未來監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行正確預判。例如：取J1—J8連續(xù)監(jiān)測18期變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成2次擬合曲線（如圖3）[2]。可以看出J1—J8均趨于穩(wěn)定，且沉降差值逐漸變小，這樣的曲線則表明目前施工安全，對過去的治理行之有效，并可以為后期預警提供有效支持。

5 結(jié) 語

本文以蘇州地鐵一號線的施工建設為例，利用沉降等值線、時間沉降量曲線以及誤差精度評定，在建筑物沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理中取得了較好的效果，具有早期預警、數(shù)據(jù)可視化和精度標準高等優(yōu)點。對地鐵工程施工的設計方案具有重要的利用價值。

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