摘要:北京是軌道交通工程在建專案最多的城市,沉降監測對地鐵工程的安全施工有著重要意義,同時監測資料能夠直接用來評價地鐵施工對地表環境的影響。本文重點論述了北京地鐵沉降監測的方法與技術要求,介紹了所用儀器資料檔案的格式,詳述了資料處理和統計分析。
最後,文章給出了變形預報分析的數學方法,並說明了其現實意義。
關鍵詞:沉降監測;數字水準儀;資料處理
1 引言
北京是乙個國際化的大都市,人口與車輛的增多給北京城帶來了很嚴重的交通問題。隨著2023年奧運會的日趨臨近,解決這個問題就顯得越來越緊迫。軌道交通是解決日益惡化的城市交通問題的乙個主要手段。
然而,在人口密集、建築設施密布的城市中進行軌道工程施工,由於岩土開挖不可避免地產生對岩土體的擾動並引起洞室周圍地表發生位移和變形,當位移和變形超過一定的限度時,勢必危及周圍地面建築設施、道路葙地下管線的安全。因此,研究城市軌道工程開挖過程中地表沉降的有效控制問題,對於地表環境保護及軌道工程的安全施工都具有十分重要的意義。
2 沉降基準點和沉降監測點的布設與觀測
從2023年3月開始,我們開始對北京地鐵四號線某標段(車站)的沉降監測工作,預計該標段的土建施工工作和監測工作將於2023年底結束。監測儀器使用trimbledini12數字水準儀,監測內容包括建築物沉降監測和地表沉降監測。沉降監測控制網採用地鐵四號線的高程控制網。
水準基點與工作基點的聯測採用一等水準觀測,起初開始觀測時,乙個月複測一次,三個月以後每三月觀測一次。遇跨雨季等特殊情況增加觀測次數,以判定工作基點的穩定性。工作基點均位於沉降影響範圍外的已穩定的永久性建築物上。
2·1 監測點布設主要要點
1)監測點布設的範圍為地鐵結構外沿30m內,但在車站主體結構施工地段,地鐵結構外沿50m範圍內的重點建(構)築物也應監測。
2)地表沉降監測應盡量和施工單位監測同點量測,同時要注意和施工單位量測的時間也應一致(同天量測),以進行監測資料的比對和校核。
3)由於此地鐵屬於蓋挖車站,原則上沿線路走向上每40m布設乙個地表沉降測點,布設3排;車站中線一排,區間線路延長線各一排。
4)建築物沉降監測點一般布設在3層以上(含3層)的永久建築物上,但對於3層以下的重要建築物(如具文物性質的建築物)也應布設沉降監測點。沉降測點要布設在建(構)築物主體結構的角點、中點和承重牆上,(如圖1,2所示)。
2·2 監測技術要求及觀測方法
沉降觀測精度等級的確定,根據各監測內容的
定精度(式中ms———沉降量s的觀測中誤差;mδs———沉降差δs的觀測中誤差;qh———網中最弱觀測點高程h的權倒數;qh———網中待求觀測點間高差h的權倒數),參考國際測量工作者協會(fig)於2023年第16屆大會提出的常用取值方法,即:為實用目的,觀測值中誤差不應超過變形允許值的1/26~1/10。結合《地下鐵道、輕軌交通工程測量規範》,本次沉降監測網採用國家二等水準測量方法,即:
相鄰基準點的高程中誤差≤0.5mm,觀側點的高程中誤差≤1.0mm。
各項觀測限差為:
1)附合或環線閉合差≤0.5(mm)(n為測站數)
2)視線長度≤5m、前後視距差≤1.0m、前後視距累積差≤3.0m。
觀測順序和方法如下:
1)往測時,奇數站照准標尺為後前前後(bffb),偶數站照准標尺為前後後前(fbbf)。
2)返測時,奇、偶數站照准標尺的順序分別與往測偶、奇數站相同。
3)分別利用兩工作基點起算,採用閉合水準路線觀測監測點。
蓋挖法施工車站監測頻率表:(×標段×站)
3 沉降觀測的資料處理
3·1 trimbledini12的資料格式
trimbledini12使用兩種記錄資料模式,一種模式記錄測量原始資料(rm),另一種模式記錄計算資料(rmc)。同時,dini12有兩種資料格式(與記錄模式不是同乙個概念),一種是rece(m5),另一種是rec500,rece(m5)和rec500格式都可用於記錄和傳輸資料,但recs00記錄的資訊量少。rm模式下的資料僅記錄了測量讀數的標準差,這樣情況下不可以進行線路平差,作業時應避免這種情況,表1為m5格式說明表。
rece(m5)資料格式:
rece(m5)格式的資料行包含121個字元,總的資料以這個資料乘以位址行數而存在專案檔案中。字元119為空格,接下來的字元120、121為回車符(cr)、換行符(lf)。空格字元在rece(m5)格式中是重要的,不能被刪除。
3·2 監測成果與變化分析
可以統計出每次監測點的沉隆量,microsoftexcel提供了豐富的統計函式功能,再結合自編的程式,可以輕鬆製作出沉降量週報報表(見表2)。
2)沉隆量曲線圖
圖表具有較好的視覺效果,可方便使用者檢視資料的差異、圖案和**趨勢。在沉降量曲線圖中,可以直接檢視到最小沉降點和最大沉降點,當沉降趨勢較明顯時,可引起使用者的注意。我們利用microsoftexcel的圖表功能自動生成沉降量曲線圖,在excel中,圖表是和資料表相鏈結的。
橫座標以觀測時間為單位,縱座標以沉降量為單位,座標刻度以2mm為主要刻度,這樣足以反映出大於2mm的沉降量(見圖3)。
3)變形預報和安全判斷
1)沉降量報表
北京地鐵四號線第三方監測在主體結構施工階段是一周一次,根據各次變形監測點的高程資料, 可以統計出每次監測點的沉隆量,microsoftexcel提供了豐富的統計函式功能,再結合自編的程式,可以輕鬆製作出沉降量週報報表(見表2)。
在考慮施工進度(主要是隧道開挖進度)和監測點沉降量統計分析的基礎上,採用數值分析中的線性內插法來推算時域外的變形值。因為外推預報值時使用最近的兩次監測值,對於連續下沉的監測點有簡單實用的優點。
yi+1=yi-1+(yi-yi-1)·(ti+1-ti-1)/(ti-ti-1)
式中:y—沉降量;t—時間。
沉降觀測資料為地鐵安全施工提供乙個重要依據,因而具有十分重要意義。監測專案中建(構)築物沉降、裂縫,地表沉降,直接用來評價地鐵施工對周邊環境的影響程度。從我們前期的監測資料顯示來看,車站1#風道採用暗挖法,設定在地鐵車站1#風道附近的監測點和地面上的監測點整體沉降量較大,這與施工進度相關,同時也說明了我們的作業方法良好。
根據設計單位要求,建築物點的累積沉降限值為±20mm,地面點的累積沉降限值為±25mm,當沉降量接近限值時,則及時向業主及相關部門匯報情況,並同施工單位共同分析原因,以便採取處理措施。每次監測點沉降量大於2mm的,要在報告中加以說明並進行回歸分析,對變形趨勢進行**預報。
4 結束語
1)監測儀器操作簡單,精度高,讀數客觀,能對同一測站兩次高差之差超限發出警告,測量資料全部儲存在pcmcia卡,便於計算機處理。
2)變形預報採用線性內插法的變換形式來外推預報值,在短期內較回歸分析更具現實意義,從數學方法上來說,短期內的一元線性回歸方程與線性內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表直觀地反映監測點的變化情況,可以**監測點變化趨勢,以便及時將資訊反饋至監測管理單位。此外,每月要對施工地段巡察至少一次,確保沉降影響範圍內的建築物及地面沒有異常情況,沒有出現裂縫、裂紋。
參考文獻
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[2]地下鐵道、輕軌交通工程測量規範(gb50308-1999).中國計畫出版社.2000.
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[4]天寶.dini12說明書.
[5]周祖淵.電子數字式水準儀的效能及測量原理.重慶交通學院學報.2005,2.
[6]李剛,徐鵬,張偉娜.高精度電子水準儀在煤倉沉降觀測中的應用.工程地球物理學報.2004,12。
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