天津地鐵9號線運營期橋隧結構安全監測

馮 琦

天津地鐵9號線運營期橋隧結構安全監測

馮 琦

地鐵隧道橋梁結構安全是運營安全的前提，定期對地鐵隧道橋梁結構進行監測，研究地鐵隧道橋梁結構變形規律已成為保障地鐵運營安全的重要技術手段。文章介紹天津地鐵9號線運營期橋梁與隧道結構監測的內容，對監測點的布設、監測方法與技術要求、控制標準等進行了論述，對監測成果進行了分析，結果表明監測效果良好。

地鐵；橋梁隧道；結構安全；監測

1 工程概況

天津地鐵9號線是連接市區與濱海新區的城市快速軌道交通，分東、西2段建設，全長52.252 km，以高架線為主，高架線全長40.53 km，占全線77.6%，地面線5.57 km，占全線10.6%，地下隧道6.15 km，占全線11.8%。為掌握運營期橋梁、隧道結構變形規律，排除結構異常沉降，及時排查存在的安全隱患，特對9號線橋梁、隧道運營期的結構變形進行監測。

2 監測控制標準

運營期地鐵結構允許發生的沉降變形目前尚無標準可循，各城市均根據地鐵所處地質條件和實際結構狀況來制定企業內部管理標準。天津地鐵9號線橋梁監測控制標準如下：橋梁豎向位移警戒值為±3 mm、控制值為±5 mm。根據多年監測經驗發現，由于地鐵結構跨越范圍大，地鐵途經區域地表亦有不同程度沉降變化。因此，橋梁結構整體沉降值往往只能作為參考，判斷結構安全更主要的還要依據相鄰橋墩的差異沉降值進行判斷。本文實際采用控制標準為，相鄰兩墩的沉降差異值≤±5 mm，沿橋向、橫橋向橋墩傾斜度≤3‰；9號線隧道監測控制標準為，隧道累計沉降值≤10 mm，沉降速率≤1 mm/天，隧道差異沉降值≤4% L0（L0為沿隧道軸向兩監測點間距，m），差異沉降速率≤0.6 mm。

3 橋隧結構監測

3.1 橋梁沉降、傾斜監測

3.1.1 監測方法與技術要求

橋梁沉降監測點設置在橋墩上，每個橋墩布設3個監測點，分別設置在墩身四角，具體設置見圖1。

將高架線部分按固定的間距或所處區域進行劃分，在每個區域分別選擇穩定的點作為監測的基準點，各監測區域進行獨立平差計算。分區域監測后，有利于監測數據處理和監測結果的變形分析。在各個監測區域連接部位，可以直接監測高差來反映差異沉降的變化，以此反應天津地鐵9號線全線橋梁結構的沉降變化。每個橋墩設置3個監測點，這種設置既可反應橋墩沉降變化，亦可根據3個監測點高差值來反應橋墩縱向、橫向傾斜狀況。

監測精度必須滿足GB50308-2008《城市軌道交通工程測量規范》的技術要求，測量精度按Ⅱ等水準測量技術標準執行。監測儀器使用±0.3 mm/km精度電子水準儀及配套2 m銦瓦精密水準尺，儀器及水準尺必須經過專業機構的鑒定。作業前及作業過程中定期對儀器進行常規性檢查。各監測區域監測路線采用閉合環結點連接的方式進行，并對每天的測量結果進行精度和可靠性檢查。根據每天監測的工作量制定監測起點和終點，測量到當天的終點后及時返回起點進行閉合，并計算當天測量閉合差，且閉合差（L為往返測量線路長度，km）。做到1天1閉合，保證每天監測成果的可靠性。對當天閉合差超限進行原因分析，第2天及時進行外業補測。

3.1.2 監測結果分析

（1）橋梁沉降。提取天津地鐵9號線2011年至2014年小東莊—軍糧城區間部分橋梁沉降觀測數據，并繪制年度沉降曲線，見圖2。根據圖2可知，該區間2011年至2012年測點626A沉降值最大，達-56.1mm，2012年至2013年測點639A沉降值最大，達-45.4 mm，2013年至2014年測點633A沉降值最大，達-39.7 mm。另外，從圖2中可看出，從2011年至2014年，橋墩整體呈下沉趨勢，但沉降值逐年減小，即沉降速率有所減緩。天津市是我們國家地面沉降災害最為嚴重的城市之一，東麗區一帶為新近形成的區域性沉降帶，這一帶橋梁沉降值最明顯，這也是由于整體區域性下沉所致。根據近幾年監測數據顯示，雖然呈整體下沉的趨勢，但是沉降速率較以往有所減緩。

圖2 2011－2014年橋梁累計沉降曲線

（2）橋梁差異沉降。對橋梁結構來說，排除區域性下沉的影響，相鄰橋墩的差異沉降才是反映橋梁結構整體穩定性的重要因素。根據2014年橋梁沉降監測成果（以圖2中選取的區間為例），繪制橋墩差異沉降圖，見圖3。從圖3中可以看出，該區間相鄰橋墩差異沉降值均在±3 mm內變化，最大達2.63 mm?？紤]橋墩水平距離為25 m，橋墩差異沉降導致該處線路變化后的坡度值為0.105‰，滿足線路容許變化坡度0.4‰的要求，因此，2.63 mm的差異沉降對線路軌道并沒有很大的影響。

圖3 橋墩差異沉降

（3）橋墩傾斜。選取圖2中差異沉降最大的613橋墩進行橋梁傾斜驗算。根據613橋墩613A、613B、613C等3點2014年沉降值進行傾斜度計算，該橋墩沿橋向的傾斜度為0.69‰，橫橋向的傾斜度為0.07‰，均小于3‰的允許值，因此，橋墩傾斜滿足行車安全的要求。

3.2 隧道沉降監測

3.2.1 監測方法與技術要求

盾構區間內沉降監測點布設于隧道中線道床上，直線段及半徑2 000 m以上曲線處每隔30 m設1個監測點，半徑800 m曲線處每隔18 m設1個監測點，半徑400 m曲線處每隔12 m設1個監測點。明挖區間沉降監測點布設于側墻變形縫兩側50 cm處，上下行對稱設置。監測點設置情況見圖4。

圖4 隧道沉降監測點布設

天津地鐵9號線地下段全長6.15 km，雙線運營，共設5個車站，主要結構由明挖區間和盾構區間組成。針對地鐵隧道狹長、呈帶狀分布的結構特點，隧道沉降監測采用區間閉合的方式進行。

首先布設監測基準網，監測基準網是隧道沉降監測的參考系，由水準基點和工作基點構成。水準基點采用遠離測區范圍且穩定的國家Ⅱ等或Ⅰ等水準點，基準網的高程值由國家水準點引入，每季度校核1次，測量前分析工作基點的穩定性。

工作基點布設在沿線車站內和聯絡通道處，每個車站布設4個工作基點，分別位于車站的四角，并設置在方便引入隧道結構的部位，同時，聯絡通道處上、下行側各布設1個工作基點。水準基點與車站內和聯絡通道處工作基點共同構成監測基準網。網形沿上、下行隧道布設成結點水準路線形式，即從一個車站基準點開始測量，沿上行線路（下行線路）到下一個車站基準點，然后沿該區間的下行線路（上行線路）測量到起始車站的監測點，見圖5。

圖5 隧道沉降監測基準網

監測采用國家Ⅱ等水準測量的監測標準進行，監測儀器使用±0.3 mm/km精度電子水準儀及配套2 m銦瓦精密水準尺。區間閉合測量結束后，計算當天閉合差，并要求閉合差（L為往返測量線路長度，km）。

3.2.2 監測結果分析

（1）隧道整體沉降。相比于隧道明挖段，盾構段結構長，柔度大，結構變形也較大，其中以直沽—東興路區間沉降最明顯，提取2011年至2014年天津地鐵9號線直沽—東興路區間隧道沉降數據，并繪制年度沉降曲線，見圖6。根據圖6可知，2011年至2012年，直沽—東興路區間以2435號測點沉降值最大，達-15.94 mm。2012年至2013年，以2759號測點沉降值最大，達-9.43 mm。2013年至2014年，以2385號測點沉降值最大，達-3.78 mm。總體來看，隧道測點均呈下沉趨勢，但隨著運營時間的增長，沉降速率有所減緩。隧道沉降與地面整體下沉關系密切，并非異常結構沉降。

圖6 直沽—東興路區間隧道沉降曲線

（2）隧道差異沉降。對隧道結構來說，排除區域性下沉的影響，隧道相鄰測點的差異沉降才是反映隧道結構整體穩定性的重要因素。根據2014年隧道沉降監測成果，以圖6中選取的區間為例，繪制隧道差異沉降圖，見圖7。從圖7中可以看出該區間隧道差異沉降值均在±1 mm內變化，滿足隧道差異沉降值≤4% L0（L0為沿隧道軸向兩監測點間距，m）的要求。根據12個月的監測周期計算，差異沉降速率均＜0.08 mm/月，滿足差異沉降速率≤0.6 mm/月的控制要求，其他區間的隧道差異沉降變化也大致如此。因此，隧道結構整體狀況良好，沒有出現大的不均勻沉降，滿足行車安全的要求。

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馮琦：天津濱海快速交通發展有限公司，工程師，天津 300000