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深圳地铁第三方变形监测的技术方法
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摘 要:结合深圳地铁进行第三方监测的实践经验,简要论述了进行地铁第三方监测的必要性及目的,监测内容及方法,数据处理及监测结论等。（参考《建筑中文网》）
关键词:变形监测;数据处理;方法;精度
1 前 言
深圳地铁一期工程包括1号线和4号线,全长19.5km,其中1号线东起罗湖火车站,西至侨城东路,全长15km,4号线南起皇岗站,北至少年宫,全长4.5km。沿线地质条件十分复杂,地面建筑林立、地下管线密布。
地铁一期施工方法主要有明挖法、矿山法、盾构施工法、盖挖法、桩基托换、冻结法等。
(1)第三方监测的必要性
由于深圳地铁大部分通过城市地面建筑多、地下管网稠密地段,地铁施工引起的隧道周边土力平衡的破坏,必然对地铁沿线的地表、道路、管网及建构筑物等周边的环境产生影响,导致部分建(构)筑物及地表等出现裂缝、错位、沉降、倾斜等变形。地铁施工单位在施工时为了掌握工程施工引起的沉降变形及场地稳定情况,对地铁车站、隧道等进行了定期的监控测量,但是这种监测只是局部的和小范围的,不能全面反应地铁沿线周边整体环境的变形和稳定情况。因此对地铁施工实施第三方监测是十分重要和必要的。
(2)第三方监测的目的
第三方监测是在地铁施工期间由独立于施工单位和地铁业主的专业测绘单位对地铁施工沿线及其一定范围内的地表、道路、管网、重要建(构)筑物等进行沉降和水平位移监测,为业主提供及时、可靠的用以评定地铁施工对周边环境影响的监测数据和信息,并对可能发生的安全隐患或事故进行及时、准确的预报,让有关方面有时间做出决策,避免事故的发生。
2 第三方监测方案
(1)监测内容及范围
地铁第三方监测的范围为站线结构物外缘两侧30m范围内的地下及地面建筑物、构筑物、地下管线、地表及道路等。
地铁第三方监测内容包括:
①建(构)筑物的沉降、倾斜、裂缝观测及成因分析;
②土层水平位移(测斜)监测及水位监测;
③沿线重要交通设施,如桥梁、立交桥、人行天桥、铁路等沉降和倾斜监测;
④道路及地表沉降观测;
⑤地下管线沉降监测;
⑥车站基坑围护结构变形监测;
⑦复杂地段隧道三维收敛监测。
(2)监测点位的布置
地铁第三方监测主要是检查地铁施工对其沿线周边环境的影响。监测点布设应充分考虑各车站、区间的施工特点及地形、地质特点和测量方法的可行性,点的疏密程度要既能较好地反映地铁沿线的变形情况,又能满足监测的精度要求。根据监测对象的不同采用不同的布点方式:
①重要的建(构)筑物一般每栋楼房埋设4~6个监测点,点位埋设在楼房立柱上,立交桥则埋设在桥墩上。
②道路及地表监测点一般沿地铁中心线布设,平均间距40m左右。
③地下管线主要针对给水和煤气管线,每隔30~50m布设一个。
(3)观测频率和周期
第三方监测的观测频率视监测断面距开挖面的距离和沉降速度而定,正常情况下按表1的频率进行监观测。当出现较大的绝对沉降或不均匀沉降时加应大监测频率。
此外,当地表、道路监测点的沉降速率大于3mm/d,建(构)筑物沉降速率>1.5mm/d,地下管线监测点的沉降速率>12mm/d时,监测频率应改为1次/d。
每个监测对象的监测周期分为3个阶段:施工前期,施工期和稳定期,施工前期是指监测点附近的车站或区间尚未施工的时间,该阶段只需对监测点施测一次,取得各监测点的初始测量值;施工期指监测点临近车站或区间施工开始到施工结束为止,监测频率执行表1的规定;稳定期是指土建施工结束后的继续跟踪监测阶段,一般一个月或两个月观测一次,直至最后3个观测周期的变形量小于观测精度为止。
3 第三方监测的技术方法和精度
(1)垂直位移监测
沉降观测利用沿线附近已有的水准控制点,将基准点、工作基点按二等水准要求进行联测,组成沉降监测控制网。关键建筑物用S05级水准仪按一级沉降监测精度进行观测,重要建筑物及地表、道路、立交桥、地下管线等监测点采用S05级或S1级水准仪按二级沉降监测精度进行观测。沉降观测精度指标执行表2之规定:
(2)水平位移监测
①建筑物的倾斜观测一般采用高精度的天顶仪进行测量,少量的采用经纬仪投点法或DJ1级全站仪测定监测点的三维坐标计算其倾斜值。
②车站基坑维护结构的位移监测采用全站仪(标称精度:测角不低于1″,测距1mm 1ppm)用极坐标法测定位移点的坐标,两次测量坐标差值即为监测点的水平位移量。水平位移监测的精度要求应符合表2的规定。
③土体位移监测采用测斜仪进行观测。
(3)隧道三维收敛监测
隧道三维收敛监测一般用收敛计等接触方式进行观测,也可采用DJ1级全站仪测定仪器中心到监测点的距离、水平角、天顶距等参数,根据观测数据计算监测点的位移量,确定隧道围岩的变形情况。
4 第三方监测控制标准
第三方监测控制标准是为了确保监测对象的安全而设置的最大允许变形值,当监测点的变形值达到控制标准的80%时应提出预警,当监测点的变形值达到或超过控制标准时应及时向有关部门报警。
(1)沉降变形控制标准
桩基建筑物沉降允许值为-10mm;天然地基建筑物沉降允许值为-30mm;
地下管线、地表及道路沉降允许值为-30mm;地表及道路隆起的允许值为 10mm。
(2)位移变形控制标准
建筑物位移变形控制标准见表3:
基坑维护结构的位移变形控制标准为:墙体变形量与开挖深度之比F应小于0.7%;
地下水位监测的控制标准:报警值为累计变化5m,预警值为累计变化4.5m。
5 数据处理
(1)数据处理的内容
数据处理工作包括对观测成果进行粗差检验和平差计算,变形值的计算与分析,图表和报表的编制以及监测报告编写等。
(2)数据处理方法
第三方监测数据种类多,数据量大,时间紧,快速、即时、准确地进行数据分析和处理并将监测信息反馈给业主是一项繁杂的工作。采用人工进行数据管理、检索具有工作量大、速度慢、不直观、变形分析易出错、难于综合全线或同一区段的各类不同来源、不同类型的监测数据信息等缺点。因此,建立第三方监测信息管理系统,实现对第三方监测数据处理的快速、及时、自动化以及实时动态管理,成为第三方监测数据处理的有效方法和途径。
第三方监测信息管理系统应具有自动统计、计算、存储、管理监测数据及相关信息,自动进行图形制作与显示、变形分析与预报、成果输出与查询、与全站仪和水准仪的实时通讯等功能。
6 结 语
通过对深圳地铁施工实施第三方监测,及时反馈地铁施工引起的周边环境变形情况,对变形明显且达到或超过控制标准的地段及时发布预警或报警,使有关部门采取有效控制措施,消除安全隐患,确保了地铁施工的顺利进行。因此,研究和总结地铁施工第三方监测的技术方法,对今后的地铁施工有一定的借鉴和指导作用。
参考文献
[1]于来法.地下铁道建设的第三方环境变形监测.测绘通报,2004(11)
[2]JGJ/T8-97.建筑变形测量规范.
[3]黄声亨,尹晖,蒋征.变形监测数据处理.武汉:武汉大学出版社,2003.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/9026.htm
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