浙江省杭州市科鉴检测校准有限公司 曹佳贵 310000
摘要：跨海、长距离、高水压以及海底风化槽等不良条件下的地铁盾构隧道建设期施工条件复杂，尤其是建设关键部位，比如海底风化槽、地层差异风化等区段，需建立结构长期健康监测体系，一方面为施工过程中结构安全控制措施提供实时的反馈信息，另一方面基于长期监测数据，为分析结构内力分布规律、隧道外荷载分布情况、结构纵向沉降规律和结构断面变形情况等提供基础数据。
关键词：跨海地铁隧道；长期健康检测；方案
前言：
建立监测数据日常报表机制：监测数据日常报表分为日报表、周报表及月报表三级，将正式的报表在规定时间以电子文件形式定时发送给相关单位及个人。建立紧急情况上报机制，监测数据超过预警值或发生突变情况时，及时通过短信、邮件等方式实时通知施工管理单位、设备管理单位、设计单位、施工单位、监理单位等相关单位。
1工程概况
厦门轨道交通过海段区间隧道采用“盾构法”与“矿山法”结合的方式进行 施工，具有以下工程特点：
1）区间隧道跨海距离长，跨海区域海水深度大，场地水文地质条件复杂，地下水与海水联系密切。
2）隧道跨海段穿越多个发育风化深槽，风化槽内岩体破碎、风化严重、富水性较强，岩体自稳能力差。
3）隧道跨海区域地层中基岩风化极不均匀，软硬交界面（差异风化界面）呈波状起伏，对盾构施工及结构长期稳定性极为不利。
2监测内容及周期
2.1监测内容
本次自动化监测内容为
（1）隧道沉降变形；
（2）环片接缝变形；
2.2监测频率
本监测项目是对隧道沉降、接缝进行自动化监测，默认监测频率为1小时一次，但施工进行到关键节点或变形发生异常变化时，可以后端调节自动监测频率，监测频率最大可以调整为一秒一次，实现对隧道变形的实时监测。
3监测点的布置
沉降监测点的布设： 2号线海底风化槽沉降监测区段隧道垂直高差为3.65m，水平长度为148m，坡度为0.025：1，压差式沉降仪最大量程2m，垂直高差大于仪器量程，需要在中间加设转点，具体布设如下图所示：沉降基准点布设在远离监测区域50m以外稳定区，且远离承压水影响范围。
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图 1 2号线海底风化槽沉降监测区段
2号线软硬互层段沉降监测区段隧道垂直高差为1.3m，水平长度为70m，坡度为0.0186：1沉降基准点布设在布设在远离监测区域50m以外稳定区，且远离承压水影响范围。
3号线风化槽及软硬岩互层沉降监测区段隧道垂直高差为4.2m，水平长度为150m，坡度为0.028：1，中间加设一个转点，基准点布设在远离监测区的稳定区域内。
裂缝计监测点的布设：2号线接缝监测断面桩号：DK19+285，DK19+310，DK20+200，每环4个测点；三号线接缝监测断面桩号：DK18+050，DK18+100，每个桩号对应布置2环（桩号对应的环和此环相隔一环），共4环，每环3个测点。因为一个裂缝采集盒连接三个裂缝计，3号线每个监测断面布置1个裂缝采集盒，2号线每个监测断面需布置2个裂缝采集盒。
3号线测点布置，裂缝采集盒连接裂缝计，采集盒与压差式沉降仪接入RS485数据线，同一断面处既有沉降监测又有裂缝监测时，可以通过三通连接，把裂缝采集盒连入RS485总数据线，3号线隧道有信号且监测区域较短，不需要加设电源中继、信号中继。
4仪器性能及结构原理
4.1仪器性能与原理：
沉降测点采用压差式的原理，由于沉降是与重力方向一致的定向位移，可利用重力下平衡流体相关性质进行沉降量测。力学上静止流体几乎无法承受拉力，在剪力作用下产生连续不断变形，平衡流体应力（静压强）在重力方向上的变化梯度为定值。重力作用下静止平衡流体系统中任意两点相对高程变化将引起两点间流体压强差值变化。由此可建立流体应力（静压强）与沉降量值的对应函数关系，达到沉降测试的目的。如图8所示沉降一条测线中仅存在储水罐一处自由液面，所有基准点及测点通过专用水管与该储水罐导通，当某个测点的高程发生变化时，对应沉降罐内置的高精度压力传感器便能感知到液体静压力的变化。根据下式：
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其中：P为压力值，为液体的密度，g为重力加速度，h为液面至压力传感器感压面的高度。
将基准传感器的高程值与各沉降仪的高程值相减，得到各测点相对基准点的标高
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由于同时采集器定时读取每个测点及基准点的数据，从而自动计算每个测点相对基准点的高程变化。
通过温度补偿及特殊的滤波算法，该系统可以实现极高的长期精度，特别适用于需要长期有效监测微小沉降的应用场合。
该仪器采用全密封设计，可埋设于地底，测点易于安装防护，全测量系统仅存在储水罐一处自由液面，最小化液体蒸发腐化等问题，仪器为全数字量输出，实现免维护的有效长期自动化监测。
现场数据采集远传系统由数据远传采集箱与传输导线组成，数据采集远传箱与测点间采用有线进行连接，使用485通讯方式，现场采集的数据实时保存在本地，系统中使用Ethernet/3G/4G模块，现场采集的数据通过移动无线网络实时传递给远程数据管理平台。
4.2数据采集系统：
本次监测采用自动化监测系统。自动化监测系统自下而上由数据采集层（测点）、数据传输层及数据管理层组成，数据管理使用一套“自动监测数据管理平台”。
4.3数据管理平台：
远程数据管理台使用“同感云”通用监测数据管理平台，平台布设于远程服务器上。通过平台对现场采集的数据进行统一管理。平台将设计数据、施工现场状况、监测设备分布情况、测量数据进行统一管理，实时自动更新和统计。平台对监测过程中的数据进行统一上传、统一管理，统一存储，统一浏览，系统对数据进行分析后，生成日报、周报、月报等电子报表，可导出EXCEL、WORD，方便随时回溯分析，查看监测数据。
结语：
平台每天自动采集计算各测点的监测数据并整理成监测报告，可以每日自动发送至指定邮箱。在测点数据达到预警值及报警值时，系统也会自动将预警和报警信息发送至指定负责人。
参考文献：
[1]秦清华. 蔡家嘉陵江特大桥长期健康监测系统的设计及实施[J]. 中外公路,2017,37(05):174-178.
[2]陈祥方,谢忠,罗忠祥等. 基于长期健康监测的公路大型桥梁运营状况评估研究[J]. 公路交通科技(应用技术版),2017,13(09):219-220.
[3]杜彦良,苏木标,刘玉红等. 武汉长江大桥长期健康监测和安全评估系统研究[J]. 铁道学报,2015,37(04):101-110.