地鐵沉降監(jiān)測(cè)方法

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摘要:北京是軌道交通工程在建項(xiàng)目最多的城市,沉降監(jiān)測(cè)對(duì)地鐵工程的安全施工有著重要意義,同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠直接用來(lái)評(píng)價(jià)地鐵施工對(duì)地表環(huán)境的影響。本文重點(diǎn)論述了北京地鐵沉降監(jiān)測(cè)的方法與技術(shù)要求,介紹了所用儀器數(shù)據(jù)文件的格式,詳述了數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。最后,文章給出了變形預(yù)報(bào)分析的數(shù)學(xué)方法,并說(shuō)明了其現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞:沉降監(jiān)測(cè);數(shù)字水準(zhǔn)儀;數(shù)據(jù)處理

1引言

北京是一個(gè)國(guó)際化的大都市,人口與車(chē)輛的增多給北京城帶來(lái)了很?chē)?yán)重的交通問(wèn)題。隨著2008年奧運(yùn)會(huì)的日趨臨近,解決這個(gè)問(wèn)題就顯得越來(lái)越緊迫。軌道交通是解決日益惡化的城市交通問(wèn)題的一個(gè)主要手段。然而,在人口密集、建筑設(shè)施密布的城市中進(jìn)行軌道工程施工,由于巖土開(kāi)挖不可避免地產(chǎn)生對(duì)巖土體的擾動(dòng)并引起洞室周?chē)乇戆l(fā)生位移和變形,當(dāng)位移和變形超過(guò)一定的限度時(shí),勢(shì)必危及周?chē)孛娼ㄖO(shè)施、道路葙地下管線的安全。因此,研究城市軌道工程開(kāi)挖過(guò)程中地表沉降的有效控制問(wèn)題,對(duì)于地表環(huán)境保護(hù)及軌道工程的安全施工都具有十分重要的意義。

2沉降基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)與觀測(cè)

從2005年3月開(kāi)始,我們開(kāi)始對(duì)北京地鐵四號(hào)線某標(biāo)段(車(chē)站)的沉降監(jiān)測(cè)工作,預(yù)計(jì)該標(biāo)段的土建施工工作和監(jiān)測(cè)工作將于2006年底結(jié)束。監(jiān)測(cè)儀器使用TrimbleDiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀,監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括建筑物沉降監(jiān)測(cè)和地表沉降監(jiān)測(cè)。沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用地鐵四號(hào)線的高程控制網(wǎng)。水準(zhǔn)基點(diǎn)與工作基點(diǎn)的聯(lián)測(cè)采用一等水準(zhǔn)觀測(cè),起初開(kāi)始觀測(cè)時(shí),一個(gè)月復(fù)測(cè)一次,三個(gè)月以后每三月觀測(cè)一次。遇跨雨季等特殊情況增加觀測(cè)次數(shù),以判定工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。工作基點(diǎn)均位于沉降影響范圍外的已穩(wěn)定的永久性建筑物上。

2·1監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)主要要點(diǎn)

1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的范圍為地鐵結(jié)構(gòu)外沿30m內(nèi),但在車(chē)站主體結(jié)構(gòu)施工地段,地鐵結(jié)構(gòu)外沿50m范圍內(nèi)的重點(diǎn)建(構(gòu))筑物也應(yīng)監(jiān)測(cè)。

2)地表沉降監(jiān)測(cè)應(yīng)盡量和施工單位監(jiān)測(cè)同點(diǎn)量測(cè),同時(shí)要注意和施工單位量測(cè)的時(shí)間也應(yīng)一致(同天量測(cè)),以進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)和校核。

3)由于此地鐵屬于蓋挖車(chē)站,原則上沿線路走向上每40m布設(shè)一個(gè)地表沉降測(cè)點(diǎn),布設(shè)3排;車(chē)站中線一排,區(qū)間線路延長(zhǎng)線各一排。

4)建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般布設(shè)在3層以上(含3層)的永久建筑物上,但對(duì)于3層以下的重要建筑物(如具文物性質(zhì)的建筑物)也應(yīng)布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。沉降測(cè)點(diǎn)要布設(shè)在建(構(gòu))筑物主體結(jié)構(gòu)的角點(diǎn)、中點(diǎn)和承重墻上,(如圖1,2所示)。

2·2監(jiān)測(cè)技術(shù)要求及觀測(cè)方法

沉降觀測(cè)精度等級(jí)的確定,根據(jù)各監(jiān)測(cè)內(nèi)容的

定精度(式中ms———沉降量S的觀測(cè)中誤差;mΔs———沉降差Δs的觀測(cè)中誤差;QH———網(wǎng)中最弱觀測(cè)點(diǎn)高程H的權(quán)倒數(shù);Qh———網(wǎng)中待求觀測(cè)點(diǎn)間高差h的權(quán)倒數(shù)),參考國(guó)際測(cè)量工作者協(xié)會(huì)(FIG)于1981年第16屆大會(huì)提出的常用取值方法,即:為實(shí)用目的,觀測(cè)值中誤差不應(yīng)超過(guò)變形允許值的1/26~1/10。結(jié)合《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》,本次沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量方法,即:相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)的高程中誤差≤0.5mm,觀側(cè)點(diǎn)的高程中誤差≤1.0mm。

各項(xiàng)觀測(cè)限差為:

1)附合或環(huán)線閉合差≤0.5(mm)(n為測(cè)站數(shù))

2)視線長(zhǎng)度≤5m、前后視距差≤1.0m、前后視距累積差≤3.0m。

觀測(cè)順序和方法如下:

1)往測(cè)時(shí),奇數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺為后前前后(BFFB),偶數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺為前后后前(FBBF)。

2)返測(cè)時(shí),奇、偶數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺的順序分別與往測(cè)偶、奇數(shù)站相同。

3)分別利用兩工作基點(diǎn)起算,采用閉合水準(zhǔn)路線觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

蓋挖法施工車(chē)站監(jiān)測(cè)頻率表:(×標(biāo)段×站)

3沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理

3·1TrimbleDiNi12的數(shù)據(jù)格式

TrimbleDiNi12使用兩種記錄數(shù)據(jù)模式,一種模式記錄測(cè)量原始數(shù)據(jù)(RM),另一種模式記錄計(jì)算數(shù)據(jù)(RMc)。同時(shí),DiNi12有兩種數(shù)據(jù)格式(與記錄模式不是同一個(gè)概念),一種是RECE(M5),另一種是REC500,RECE(M5)和REC500格式都可用于記錄和傳輸數(shù)據(jù),但RECS00記錄的信息量少。RM模式下的數(shù)據(jù)僅記錄了測(cè)量讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差,這樣情況下不可以進(jìn)行線路平差,作業(yè)時(shí)應(yīng)避免這種情況,表1為M5格式說(shuō)明表。

RECE(M5)數(shù)據(jù)格式:

RECE(M5)格式的數(shù)據(jù)行包含121個(gè)字符,總的數(shù)據(jù)以這個(gè)數(shù)據(jù)乘以地址行數(shù)而存在項(xiàng)目文件中。字符119為空格,接下來(lái)的字符120、121為回車(chē)符(CR)、換行符(LF)。空格字符在RECE(M5)格式中是重要的,不能被刪除。

3·2監(jiān)測(cè)成果與變化分析

可以統(tǒng)計(jì)出每次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉隆量,MicrosoftExcel提供了豐富的統(tǒng)計(jì)函數(shù)功能,再結(jié)合自編的程序,可以輕松制作出沉降量周報(bào)報(bào)表(見(jiàn)表2)。

2)沉隆量曲線圖

圖表具有較好的視覺(jué)效果,可方便用戶查看數(shù)據(jù)的差異、圖案和預(yù)測(cè)趨勢(shì)。在沉降量曲線圖中,可以直接查看到最小沉降點(diǎn)和最大沉降點(diǎn),當(dāng)沉降趨勢(shì)較明顯時(shí),可引起用戶的注意。我們利用MicrosoftExcel的圖表功能自動(dòng)生成沉降量曲線圖,在Excel中,圖表是和數(shù)據(jù)表相鏈接的。橫坐標(biāo)以觀測(cè)時(shí)間為單位,縱坐標(biāo)以沉降量為單位,坐標(biāo)刻度以2mm為主要刻度,這樣足以反映出大于2mm的沉降量(見(jiàn)圖3)。

3)變形預(yù)報(bào)和安全判斷

1)沉降量報(bào)表

北京地鐵四號(hào)線第三方監(jiān)測(cè)在主體結(jié)構(gòu)施工階段是一周一次,根據(jù)各次變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù),可以統(tǒng)計(jì)出每次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉隆量,MicrosoftExcel提供了豐富的統(tǒng)計(jì)函數(shù)功能,再結(jié)合自編的程序,可以輕松制作出沉降量周報(bào)報(bào)表(見(jiàn)表2)。

在考慮施工進(jìn)度(主要是隧道開(kāi)挖進(jìn)度)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值分析中的線性內(nèi)插法來(lái)推算時(shí)域外的變形值。因?yàn)橥馔祁A(yù)報(bào)值時(shí)使用最近的兩次監(jiān)測(cè)值,對(duì)于連續(xù)下沉的監(jiān)測(cè)點(diǎn)有簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。

yi+1=yi-1+(yi-yi-1)·(ti+1-ti-1)/(ti-ti-1)

式中:y—沉降量;t—時(shí)間。

沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)為地鐵安全施工提供一個(gè)重要依據(jù),因而具有十分重要意義。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中建(構(gòu))筑物沉降、裂縫,地表沉降,直接用來(lái)評(píng)價(jià)地鐵施工對(duì)周邊環(huán)境的影響程度。從我們前期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示來(lái)看,車(chē)站1#風(fēng)道采用暗挖法,設(shè)置在地鐵車(chē)站1#風(fēng)道附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和地面上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)整體沉降量較大,這與施工進(jìn)度相關(guān),同時(shí)也說(shuō)明了我們的作業(yè)方法良好。根據(jù)設(shè)計(jì)單位要求,建筑物點(diǎn)的累積沉降限值為±20mm,地面點(diǎn)的累積沉降限值為±25mm,當(dāng)沉降量接近限值時(shí),則及時(shí)向業(yè)主及相關(guān)部門(mén)匯報(bào)情況,并同施工單位共同分析原因,以便采取處理措施。每次監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量大于2mm的,要在報(bào)告中加以說(shuō)明并進(jìn)行回歸分析,對(duì)變形趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

4結(jié)束語(yǔ)

1)監(jiān)測(cè)儀器操作簡(jiǎn)單,精度高,讀數(shù)客觀,能對(duì)同一測(cè)站兩次高差之差超限發(fā)出警告,測(cè)量數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在PCMCIA卡,便于計(jì)算機(jī)處理。

2)變形預(yù)報(bào)采用線性內(nèi)插法的變換形式來(lái)外推預(yù)報(bào)值,在短期內(nèi)較回歸分析更具現(xiàn)實(shí)意義,從數(shù)學(xué)方法上來(lái)說(shuō),短期內(nèi)的一元線性回歸方程與線性內(nèi)插公式的變換形式基本等效。

3)沉降量曲線圖能較沉降量報(bào)表直觀地反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況,可以預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì),以便及時(shí)將信息反饋至監(jiān)測(cè)管理單位。此外,每月要對(duì)施工地段巡察至少一次,確保沉降影響范圍內(nèi)的建筑物及地面沒(méi)有異常情況,沒(méi)有出現(xiàn)裂縫、裂紋。

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