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地铁隧道变形的动态监测方法分析

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：莫德智

[导读] 摘要：地铁隧道在长期运行过程中，必然会受到外部环境因素的影响，包括地质土壤、地下水位、地表高度变化、安保区施工管理问题等。

        南宁轨道交通集团有限责任公司广西南宁 530000
        摘要：地铁隧道在长期运行过程中，必然会受到外部环境因素的影响，包括地质土壤、地下水位、地表高度变化、安保区施工管理问题等。这就需要地铁运营方定期指派专员对地铁运行的隧道区域进行实时监测，避免给地铁运行带来风险。本文以地铁隧道监测为主要研究内容，分析动态监测方法，为后续的工程应用提供理论依据。
        关键词：地铁隧道变形；动态监测；方法
        引言：
        城市化进程不断加快的当下，地下空间开发使得地铁成为了城市居民出行的必要交通工具。但由于地铁沿线施工越来越频繁，邻近基坑施工情况直接影响着地铁的运行，因此，加强地铁沿线隧道管理，是地铁后期运行过程中必须要考虑的问题。目前，施工过程中所采用的注浆法、基坑加固等，对于临近隧道保护都有一定的作用，但需要发挥信息化作用，对施工过程进行动态监测，以达到控制隧道变形、保证地铁安全运行的目的。
        一、影响隧道变形的主要因素分析
        （一）工期及施工方式
        在地铁建设施工过程中，当采用隧道掘进机推动隧道周边土壤或通过灌浆机进行灌浆施工时，都会对隧道施工建设产生负面影响；同时，隧道施工往往需要在盾构机推土半年以后才能正式进入开工阶段，而在作业期间，隧道或土体产生变形也是无法避免的。此外，涂鸦平衡盾构及施工工艺技术等都会影响土地形态。但要注意，隧道施工过程中所受到的变形压力是均匀的，纵向变形所产生的压力值在量值区间内变化，对隧道变形影响相对较小。
        （二）隧道上方承重
        通常情况下，地铁隧道上方并不是空旷区域，可能会因为建筑物或工厂的存在而对地表产生一定的压力作用，造成隧道纵向力作用不均匀。如果地铁修建所采用的土质为饱和黏土，隧道下侧土体会受反作用力影响。而土体下层压缩模量在隧道未修建完成以前处于数值偏小状态，受到盾构机推土作用影响，土层在底层表面加载时会受压移动[1]。因此，在施工环节，土层压缩厚度也会随之增大，与地表加载量呈反比状态，进而造成隧道上方载荷过重而土层逐渐下沉的问题。
        （三）基坑施工不规范
        地铁隧道四周的施工问题对于隧道变形影响较大，主要表现在基坑斜向变形或基坑隆起等。施工过程中，如果基坑施工采取从上至下开挖，则会对土体产生垂直方向作用力，后续造成基坑底部土体反弹等问题；同时，隧道周围的土体还可能会对基坑产生挤压作用，这种情况也会造成土体上隆。此外，随着基坑施工时间越长，基坑内部与外部的高度差也会随之增大，当基坑四周的土体向基坑内部运动时，会造成较为明显的基坑隆起问题。
        二、地铁隧道变形的动态监测方式
        （一）实施隧道动态监测的原则及要求
        通常情况下，地铁隧道监测的方法包括连通管法、巴塞特法等。利用信息技术进行隧道监测时，则需要遵循以下原则：其一，准确性原则。为了提升监测可靠性，不仅需要利用信息技术，还需要采用更精密高端的仪器，对重点部位进行监测保护；其二，多层次原则。在选择监测对象时，需要全面考虑隧道内力变化和土层位移等因素，采取巡检的方式实现各层次监测；其三，重点偏移原则。在监测过程中，需要依据工程进度设置有效的施工步骤，并针对重点环节实施动态监测，尤其要注意基坑施工及地下管道等安全问题。
        从地铁隧道变形监测要求来说，一方面，明确动态监测目的。隧道监测以隧道变形动态为主要内容，了解变形规律、变形特征以及影响变形的因素等，既要确保地铁正常运行，也要为基坑开挖作业提供监测依据。

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另一方面，明确动态监测要求。由于基坑施工作业本身是一项耗时长、持续性的工程项目，而地铁隧道运行又受施工影响，当施工位置不间断变化时，这就需要以施工位置进行实时监测，及时了解隧道变形状况；同时，地铁隧道运行过程中大部分时间都是处于内部封闭状态，这就需要在隧道内放置自动化监测系统，代替人工操作，既能够减少监测风险，也可以提升垂直监测的准确性。此外，监测过程中还需要考虑到地铁运行时间，例如：某建筑项目实施过程中，结合建筑设计图和当地地铁保护文件内容，当确定实时监测对象为地铁隧道基坑沿线60m位置时，监测范围自沿线两端延伸30m，则监测范畴为120m，即以基坑为核心，在影响区域内隧道水平或垂直位移的部分[2]。
        （二）监测系统设置
        实施动态监测需要建立一套自动化监测系统，在系统独立运行的基础上，实现地铁隧道内部的自动监测、数据记录、报表编制等。自动化监测系统应当包括基础的硬件和软件设施，例如：Leica TS30全站仪、通信电缆、计算机、软件等。其中，Leica TS30全站仪具备自动识别棱镜的功能，还能够对多个目标开展校准和跟踪，并随时改变监测方式，适应监测需求。但要注意该全仪站需要利用三维坐标来完成对水平位置和垂直方向的测量。具体监测系统除了监测现场中放置的Leica TS30全站仪以外，还需要控制室对计算机和打印机全过程操作，并由通讯和供电系统对监测现场与控制室连接，构成完整的监测系统，既能够控制全站仪测量程序及数据采集，还能够对测量结果进行及时处理和纠偏，并以各观测周期为单位，储存各项相关数据，生成监测报告。
        （三）监测结果分析
        依据现场情况和监测方案，判断地铁隧道的自动化监测断面，确定断面间距，并在断面布置监测点及监测棱镜。同时，利用全站仪对现场进行持续监测，确定人工监测数量、收敛断面数量以及相应的应变监测断面。但要注意的是，夜间停车阶段需要借助人工监测。另一方面，在确定监测方案的过程中，首先，地铁运营方要设置监测系统管理组织，主要负责与施工方、业主的联系，并对盾构下穿环节进行全过程监测，指导施工作业开展。具体来说，系统监测组要与盾构机操作室及时沟通，每半小时统计一次监测结果，每一小时就要编制一份监测报告，及时回报监测数据，包括施工进度、注浆量、刀盘扭矩等。通过加强施工三方的联系，能够有效结合相关数据及变化趋势对影响隧道变形的因素进行分析控制，确保压力满足安全范围值域，大幅度提升工程建设信息化管理水平。其次，确定合理的观测方法。当采用Leica TS30全站仪进行ATR模式观测时，可以通过观测周期和基准点位置测算站点坐标。以站点为核心，对所有的观测点进行自动观测，获得各个观测点的坐标信息。当基坑施工开挖深度符合观测范围时，则需要24小时进行全天候观测，并通过控制软件、设置参数提升重点部位的监测频率[3]。最后，要注意合理控制和分析测量结果误差。受外界环境、仪器本身等因素的影响，观测结果可能会存在偏差。为了避免仪器系统误差，需要在观测之前对仪器进行校准；同时，由于地铁隧道内的湿度温差变化也会对测量精准度有所影响，当隧道内温度、湿度以及气压等有所变化时，可以利用数学建模的方式对个别数据进行测算纠正，并避免在列车运行震动环节进行观测，减少观测干扰。
        三、结语
        本文以地铁隧道监测为主要内容，分析了影响地铁隧道变形的主要原因，并提出利用信息技术设置实时监测系统，对施工过程、施工方法、基坑开挖、土体承重等内容的重点监测和动态管理。经过研究发现，设置完善的实时监测系统具备监测速度快、监测结果准确、监测风险小等优势特征，更好地满足地铁运行过程中的监测需求，并为后续的基坑施工建设提供数据支持，确保地铁安全运行。
        参考文献：
        [1]施工技术.静力水准仪在运营期地铁隧道变形监测中的应用及分析[J].现代隧道技术，2018，（001）：203-208.
        [2]尤旭东.地铁隧道结构变形的—体化监测方法探讨[J].建筑科技，2018，（002）：P.57-60.
        [3]尤旭东.地铁隧道结构变形的—体化监测方法探讨[J].粉煤灰，2018，（002）：57-60.