軌道交通工程水平位移監(jiān)測(cè)方法初探

□ 王永翔

（甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

0.引言

軌道交通結(jié)構(gòu)受建設(shè)質(zhì)量、埋設(shè)地質(zhì)條件、賦存環(huán)境、運(yùn)行中的反復(fù)振動(dòng)及動(dòng)靜荷載等影響，建成后結(jié)構(gòu)整體沉降、差異沉降以及隧道結(jié)構(gòu)的管徑收斂變形等問題長(zhǎng)期存在，較大的結(jié)構(gòu)變形易導(dǎo)致地下軌道結(jié)構(gòu)開裂滲水，當(dāng)結(jié)構(gòu)變形超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將對(duì)列車運(yùn)營(yíng)的舒適性產(chǎn)生一定影響，甚至還會(huì)影響線路使用壽命、對(duì)運(yùn)營(yíng)安全造成威脅。特別是通車運(yùn)營(yíng)多年的工程，將會(huì)產(chǎn)生較大的位移，局部變形是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，并且差異變形明顯，需要對(duì)局部隧道及時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

同時(shí)，城市軌道交通的開通極大地改善了沿線區(qū)域交通狀況，導(dǎo)致沿線地價(jià)升值、鄰近地鐵的外部施工活動(dòng)頻繁，從而造成交通設(shè)施變形。長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，己運(yùn)行的軌道交通結(jié)構(gòu)的變形受鄰近施工活動(dòng)的影響顯著，特別是軟土地區(qū)的軌道交通結(jié)構(gòu)，鄰近工程的堆載、卸載、樁基施工、基坑開挖、爆破、頂進(jìn)、灌漿、錨桿等外部作業(yè)均可能對(duì)軌道交通結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)位移或變形影響。

1.水平位移監(jiān)測(cè)方法

水平位移監(jiān)測(cè)主要在外部作業(yè)項(xiàng)目段的工程影響監(jiān)測(cè)時(shí)候?qū)嵤?/p>

1.1 水平位移測(cè)量采用獨(dú)立坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)系的一個(gè)坐標(biāo)分量宜大致平行于線路走向、坐標(biāo)值宜為近似里程值。水平位移監(jiān)測(cè)也可采用地方獨(dú)立坐標(biāo)系，監(jiān)測(cè)成果應(yīng)計(jì)算成垂直于線路中線方向的位移分量。

1.2 一般設(shè)定監(jiān)測(cè)區(qū)段長(zhǎng)度小于300m、通視條件良好時(shí)，水平位移監(jiān)測(cè)可采用視準(zhǔn)線法、小角度法或自由設(shè)站基準(zhǔn)線法等方法實(shí)施。范圍較大或通視條件不佳時(shí)，可采用導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)等形式布設(shè)水平位移控制網(wǎng)。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》《工程測(cè)量規(guī)范》等要求，水平位移控制測(cè)量主要技術(shù)要求按照表1的精度指標(biāo)設(shè)定。

表1 水平位移控制測(cè)量技術(shù)要求

1.3 水平位移觀測(cè)要求

1.3.1 水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置方法

基準(zhǔn)點(diǎn)需設(shè)置在變形區(qū)域外、位置穩(wěn)定、易于長(zhǎng)期保存的地方，采用固定儀器臺(tái)或固定棱鏡的方式，工作基點(diǎn)宜采用固定儀器臺(tái)布設(shè)；采用視準(zhǔn)線法、小角度法實(shí)施時(shí)，設(shè)置設(shè)站點(diǎn)、定向點(diǎn)、檢查點(diǎn)等3個(gè)以上基準(zhǔn)點(diǎn)；采用自由設(shè)站基準(zhǔn)線法實(shí)施時(shí)，在變形區(qū)域外的兩端各設(shè)置3個(gè)以上基準(zhǔn)點(diǎn)，在觀測(cè)范圍的中部設(shè)置工作基點(diǎn)；采用其他方式布設(shè)水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)時(shí)，監(jiān)測(cè)范圍兩側(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)均不應(yīng)少于2點(diǎn)。采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行水平位移觀測(cè)時(shí)，由兩個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成一條基準(zhǔn)線，歷次比較各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)距離基準(zhǔn)線的垂距、計(jì)算水平位移量，此法適用于觀測(cè)點(diǎn)偏離基準(zhǔn)線距離較小的場(chǎng)合。基準(zhǔn)線應(yīng)有檢核條件，基準(zhǔn)線位移后能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并恢復(fù)，每條基準(zhǔn)線至少設(shè)置三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。

1.3.2 采用設(shè)備。水平位移測(cè)量采用測(cè)角精度不低于±1″、測(cè)距精度不低于±（1mm+1×10-6×D）的全站儀觀測(cè)。

1.3.3 水平位移控制網(wǎng)的水平角觀測(cè)方法

采用方向觀測(cè)法，當(dāng)方向數(shù)多于3個(gè)時(shí)應(yīng)歸零，導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，當(dāng)導(dǎo)線點(diǎn)上只有兩個(gè)方向時(shí)，要按左、右角觀測(cè)。水平角觀測(cè)若采用測(cè)角精度為0.5″的儀器時(shí)，測(cè)回?cái)?shù)為4；若采用測(cè)角精度為1″的儀器時(shí)，測(cè)回?cái)?shù)為6。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》《工程測(cè)量規(guī)范》等，觀測(cè)限差應(yīng)符合表2的要求。

表2 方向觀測(cè)法精度設(shè)置要求

需要注意的是：當(dāng)照準(zhǔn)方向的垂直角超過±3°時(shí)，該方向的2C互差按同一觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)相鄰測(cè)回進(jìn)行比較，其互差指標(biāo)不變。控制網(wǎng)中，若視距小于50m的短邊觀測(cè)時(shí)，限差可放寬為表2的2倍。導(dǎo)線測(cè)量每測(cè)站左、右角閉合差不應(yīng)大于2mβ，導(dǎo)線的方位角閉合差不應(yīng)大于為測(cè)角中誤差，n為測(cè)站數(shù)）。

1.3.4 水平位移控制網(wǎng)的電磁波測(cè)距設(shè)置方法

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》《工程測(cè)量規(guī)范》等要求，距離應(yīng)往返觀測(cè)，需符合表3的要求。測(cè)距邊歸算到水平距離時(shí)，應(yīng)在觀測(cè)的斜距中加入氣象改正和加常數(shù)、乘常數(shù)改正。外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，需檢查往返邊長(zhǎng)較差、閉合差等外業(yè)限差符合情況，對(duì)超限數(shù)據(jù)及時(shí)重測(cè)或補(bǔ)測(cè)。

表3 電磁波測(cè)距技術(shù)要求

2.歷次觀測(cè)要求

外部作業(yè)對(duì)應(yīng)的投影區(qū)段范圍內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)需按5m-6m間距布設(shè)；投影區(qū)段范圍外可適當(dāng)放寬。水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)需設(shè)置在隧道結(jié)構(gòu)上，采用小棱鏡等固定觀測(cè)標(biāo)志。在后續(xù)觀測(cè)前應(yīng)檢測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)要滿足以下技術(shù)要求：

（1）視準(zhǔn)線法、小角度法每次觀測(cè)前應(yīng)檢查設(shè)站點(diǎn)、定向點(diǎn)、檢查點(diǎn)的相互關(guān)系，水平角、距離需觀測(cè)2測(cè)回。

（2）自由設(shè)站基準(zhǔn)線法每次觀測(cè)前應(yīng)聯(lián)測(cè)所有基準(zhǔn)點(diǎn)間的位置相互關(guān)系，檢測(cè)時(shí)水平角、距離需觀測(cè)2測(cè)回。

（3）導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)等其他形式布設(shè)的水平位移控制網(wǎng)需每月檢測(cè)1次。每次測(cè)量時(shí)應(yīng)進(jìn)行設(shè)站點(diǎn)的相鄰點(diǎn)夾角、相鄰點(diǎn)距離檢測(cè)。

（4）與在用值比較，基準(zhǔn)點(diǎn)的水平角較差小于3.6″、距離較差小于4mm時(shí)，認(rèn)為基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定。

3.位移點(diǎn)的測(cè)回?cái)?shù)計(jì)算

應(yīng)根據(jù)采用儀器的精度等級(jí)按如式（1）計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)回?cái)?shù)。當(dāng)計(jì)算的測(cè)回?cái)?shù)小于1時(shí)，應(yīng)觀測(cè)1測(cè)回。

式中：n為測(cè)回?cái)?shù);mβ為單測(cè)回觀測(cè)精度（″）；D為測(cè)站至觀測(cè)點(diǎn)的距離（m）；mp為坐標(biāo)分量中誤差（一般要求為±2.0mm）；ρ為常數(shù)（ρ=206265）。

4.水平位移監(jiān)測(cè)的內(nèi)業(yè)計(jì)算和成果要求

（1）水平位移監(jiān)測(cè)計(jì)算前應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，選用穩(wěn)定的控制點(diǎn)。

（2）視準(zhǔn)線法、小角度法、自由設(shè)站基準(zhǔn)線法通過比較歷次監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)線的垂距計(jì)算水平位移量。

（3）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)宜能自動(dòng)剔除粗差，對(duì)未觀測(cè)的方向自動(dòng)補(bǔ)測(cè)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)限差檢查，對(duì)超限的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)重測(cè)。

（4）數(shù)據(jù)處理前應(yīng)進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性判斷，對(duì)異常觀測(cè)值及時(shí)補(bǔ)測(cè)。

（5）對(duì)多次觀測(cè)的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行比較分析，確保數(shù)據(jù)成果真實(shí)可靠。

5.結(jié)束語

水平位移監(jiān)測(cè)作為軌道交通工程監(jiān)測(cè)的一個(gè)子項(xiàng)，通過對(duì)其技術(shù)路線的探討，能夠獲得高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)和成果，以便提前發(fā)現(xiàn)和排除工程隱患，保證工程正常安全運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)，為測(cè)繪同仁提供有益的方法和思路。