疊加盾構隧道沉降監測相對基準網穩定性分析

劉仁龍,余志奇,王欣

(1．深圳市勘察測繪院有限公司,廣東深圳 518028; 2．武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北武漢 430015)

疊加盾構隧道沉降監測相對基準網穩定性分析

劉仁龍1?,余志奇2,王欣2

(1．深圳市勘察測繪院有限公司,廣東深圳 518028; 2．武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北武漢 430015)

監測基準網是沉降監測的參考基準,基準點是監測的基本控制,監測基準點的穩定性是重要前提。本文結合武漢地鐵6號線下穿4號線隧道沉降監測工程,針對監測基準點布設困難及其穩定性和可靠性問題,采用平均間隙法和分塊間隙法相結合,通過多期水準觀測數據分析,提取了穩定可靠的監測基準點,保障了施工隧道的沉降監測。

沉降監測;基準點;穩定性分析;平均間隙法;分塊間隙法

1　概 述

隨著城市化進程及城市的大規模發展,我國各大城市均在建設高效的地下軌道交通網以解決越來越嚴重的交通阻塞問題。城市軌道交通網大規模發展建設過程中必然會遇到線路之間交叉、換乘等問題,存在新建線路與既有線路的相互穿越等工程。新建線路與既有線路的相互穿越打破了既有地鐵隧道的受力平衡,從而引起地鐵隧道的變形,如果這些變形得不到控制將會導致嚴重的后果。因此掌握被穿越的地鐵隧道狀況是一項非常重要的任務。

隧道結構沉降監測是一項主要的檢測內容,既能直接反映被穿越隧道結構的變化狀況,控制風險,又能指導穿越隧道掘進施工,這就要求在變形監測中建立低成本、高效率的監測相對網。為了能夠發現不穩定的基準點,通常布設多個基準點,且構成一個基準網,通過定期對基準網的復測來檢查基準點是否穩定,并將不穩定的基準點剔除。所以,在沉降變形監測中,應對基準網的穩定性進行檢驗分析。

2　基準網穩定性分析

基準點的穩定是相對性的穩定,進行基準點的穩定性分析和檢驗有多種方法,本文將結合地鐵工程實例介紹兩種分析基準網穩定性的方法。

2．1工程概況

本工程武漢市軌道交通6號線一期工程鐘琴區間與4號線二期工程鐘漢區間相互跨越,兩條線路在鐘家村站實現同站臺換乘,如圖1所示。施工順序依次為:6號線右線-4號線右線-4號線左線-6號線左線。根據施工順序可知,6號線左線施工時需要下穿4號線左線,因此,當6號線左線下穿4號線左線施工時,需要對4號線左線的成型隧道進行監測,隧道結構沉降監測作為監測的主要內容尤其重要。沉降監測實施時,4號線仍在掘進施工,可以隨時進入隧道進行監測作業,這樣可以舍棄成本較高的自動化監測方案,選擇傳統的水準測量監測作業。由于4號線隧道正在掘進施工對監測基準網的選擇提出了更高要求。要么選擇1．2 km外的車站布設絕對基準網,要么選擇在監測區域附近200 m～400 m的隧道內布設相對基準網。最終選擇了布設相對基準網,基準網由4個基準點1、2、3、4組成,間距為60 m,如圖2所示。

圖1　線路關系圖

圖2　基準網示意

以2014年8月12日和2014年8月19日兩期觀測成果為例,對監測基準點進行穩定性分析。監測基準點水準網路線圖,如圖2所示,兩期高程觀測數據如表1所示。

兩期高差觀測數據及權　表1

早在1971年德國測量學者Pelzer就提出了平均間隙法,用于檢驗監測網中不穩定點。其基本思想是:先監測網進行兩期圖形一致檢驗,如果檢驗通過,則認為所有參考點穩定。否則,就要找出不穩定點。尋找不穩定點的方法是分組進行不穩定點搜索,直到圖形一致通過檢驗。

現在用兩期觀測數據進行穩定性檢驗,設這兩期分別為第1,j期,根據觀測成果可得單位權方差估值為:

假設不同期觀測精度相等,可將式(1)合并起來得到共同方差估值:

式中,r=r1+rj。

作假設“兩次觀測期間點位沒有位移”,則可從兩期計算的坐標差△X求得另一個方差估值:

其拒絕域為:

織RKIP蛋白相對表達為(0.64±0.11)顯著低于癌旁組織(1.12±0.22)，差異有統計學意義(P<0.05)。

如果上式成立,則認為網中存在動點,需要進一步判斷動點;如果不成立,則認為網中各點穩定,兩期圖形一致。

本案例中監測基準點水準網穩定性分析首先采用平均間隙法,實現不穩定點搜索。根據式(1)算得聯合方差根據式(3)算得則

取顯著水平α=0．05,查閱F檢驗分位表得到F0．025(3,4)=9．98,由F=16．468＞F0．025(3,4),其位移顯著可信,存在動點。

2．3分塊間隙法

發現監測網中有不穩定點,則需將不穩定點找出來,可以采用“嘗試法”。將監測網中點分成兩組:穩定點組(F組)和不穩定點組(M組)。將△X、P△X進行分塊:

由于△XF和△XM相關,所以不能反映F組網形一致性,它受到M組的影響。為得到F組圖形一致性指標,作如下變換:

由此獲得:

式中第一項表達F組點的圖形一致,第二項為不穩定點M組。

令:

即構成F組點穩定性檢驗統計量:

其拒絕域為:

若式(13)成立,則F組存在不穩定點;反之,則F組點都穩定。借助于這種方法,即可實現對全部不穩定點搜索。

以本案例進行說明,對于第一次檢驗,其數據與用平均間隙法檢驗所的數據相同,首先剔除1號點,假設2號3號和4號點是穩定點,根據上述檢驗原理,按公式(12)計算F=10．07＞F0．025(3,4),位移量仍然顯著,所以要繼續剔除。再剔除2號點,假設3號和4號點是穩定點,計算得F=2．503 4,查表得F0．025(2,4)= 10．65,由于F＜F0．025(2,4),位移量不顯著,可以結束檢驗,判斷動點為1號和2號點。

3　結 論

(1)本工程案例通過定期對監測基準網檢測并進行穩定性分析,掌握了工程監測基準網的穩定性,及時修正監測網中不穩定基準點,確保了監測基準網的穩定及完整。為該項目沉降監測提供了依據,達到了該項目監測的預期。

(2)當監測對象位于施工區域,特別是軌道交通疊加隧道施工時,布設低成本、高效率的相對基準網并定期進行基準網穩定性分析,從而達到預期監測目的,既節約了項目成本,又能及時、高效地進行監測。

(3)布設低成本、高效率的相對基準網時,建議基準點個數不少于4個,根據現場狀況可將基準點布設在不同的介質上。

(4)平均間隙法與分塊間隙法相結合,進行圖形一致性檢驗后采用嘗試法逐個基準點分析方法簡單,易于推廣應用。

[1] GB 50308-2008．城市軌道交通工程測量規范[S]．

[2] GB50911-2013．城市軌道交通工程監測技術規范[S]．

[3] 陳永奇,吳之安,吳中如．變形監測分析與預報[M]．北京:測繪出版社,1998．

[4] 劉祖強,張正祿,鄒啟新．工程變形監測分析預報的理論與實踐[M]．北京:中國水利水電出版社,2009．

[5] 王巖,岳建平,周保興等．工程控制網點位穩定性分析方法的研究[J]．測繪通報,2004(8):12～14．

Analysis on Stability of Relative Datum Network for Monitoring the Settlement of Overlapping Tunnels

Liu Renlong1,Yu Zhiqi2,Wang Xin2

(1．Shenzhen Geotechnical Investigation&Surveying Institute Co．,Ltd．Shenzhen 518028,China; 2．Wuhan Municipal Engineering Design&Research Institute Co．,Ltd．Wuhan 430015,China)

The datum network is the reference of the settlement monitoring,the datum benchmarks are basic control, and its stability is the most important guarantee for the monitoring．Based on the settlement monitoring of overlapping tunnel section near the zhongjia village station of Line No．6 and Line No．4 of Wuhan Metro,this paper give a detail analysis on the datum selection and the stability of the datum benchmarks．By using multi-times observations of leveling survey,the stable and reliable datum benchmarks are extracted by combing the average clearance inspection method and blocking clearance inspection method,which ensure the subsequent monitoring of the settlement in the construction．

settlement monitoring;datum benchmark;stability analysis;average clearance inspection method;blocking clearance inspection method

1672-8262(2016)01-28-03

P224．1

B

?2016—01—12

劉仁龍(1983—),男,工程師,主要從事軌道交通工程測量工作。