地铁沿线建筑物沉降监测方法与数据处理

王彦伟　丁彦心

摘要：本文针对目前国内地铁施工现状，以及城市地下复杂条件下对地表建筑物沉降的影响。结合苏州地铁一号线，深入探讨了地铁施工过程中地表建筑物变形监测的内容、方法及精度要求，通过精度评定与分析、下沉等值线以及插值拟合曲线等手段对沉降监测做了详细说明并对沉降监测的数据进行了处理。结果表明能够为地铁施工提供更高的精度及更有效的早期预警。

关键词：沉降监测；数据分析；地铁

1、引言

作者简介：王彦伟（1979-），男，辽宁葫芦岛人，硕士研究生，主要研究方向为变形监测与预报。

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随着“十二五”规划纲要的颁布，中国的城市轨道交通已经进入了快车道发展，尤其是地铁建设速度已经达到了世界前列。据建设部统计，15个城市近期建设规划了61 条线路，共长1700 km，目前已开工建设1000 km 线路，已建成运营581 km线路，按规划还有约1 200km 线路在今后10 年左右內建成，据预测，到2020年，城市地铁及轻轨总里程将达到2500km，大约30个城市将发展成以地铁交通为主的节能型城市[4]。地铁的施工通常都在大中型城市的地下空间，这些地段高层建筑物密集，地下管线纵横交错[5]。在施工过程中会导致周围建筑物和管线的形变，通过对变形监测的数据分析可以有效的检验形变的稳定性，能够做到早期可防，中期可控，后期可治理。

目前，城市规模的不断扩大，超高层建筑物层出不穷，国内外对地铁施工引起的建筑物的变形越来越重视，通过不断改进监测手段，不断更新监测仪器，其数据处理的方法也具有高精度、高可靠性[8]。

2 建筑物沉降监测内容

地铁施工对沿线环境的变形监测包括对地面建筑物的倾斜、沉降监测，对燃气，热力和大直径上水污水等管线变形监测[3]。本文着重研究地铁施工过程中对沿线高层、超高层建筑物的影响、产生相应的沉降形变及沉降数据处理。首先对于变形监测点应设于被观测的关键建筑物和主要设施上，根据建筑物变形结构分析所需要的关键部位进行观测点的布设，如在建筑物的外墙角、内窗边角、立柱等突出部位布设。基点的埋设方法与地表下沉监测的埋设方法相同。同时要求监测点稳定，持久（图1）。

建筑物沉降监测是采用精密水准测量的方法，要求其已知的高程控制点远离地铁施工影响的地域范围（一般应距施工中线35m以外），且高程控制点不少于3个，然后在被监测的建筑物周围布设垂直位移监测控制网，此控制网可布设成闭合附合或结点水准路线等形式。同时，还应制定监测的时间间隔，在施工前，每15天进行一次监测，在施工期间，每3天进行一次监测，如果局部沉降量较大，还应缩短监测时间间隔，可每天监测一次。在施工后期到运行期仍要每30天进行一次监测，直到建筑物沉降量趋于稳定。此外，建筑物沉降的变形监测还应遵循“三固定”的原则，即固定仪器，固定人员，固定观测线路。

3 沉降监测的精度要求及分析

沉降监测需要采用具有良好稳定性和时间性的水准点。对于地铁建设沿线的重要建筑物、重要厂房以及高层、超高层建筑物，有必要建立相应的监测闭合导线，使用精密水准仪与精密水准尺进行观测，使其能够反应出毫米级的沉降量，闭合差不得超过± mm（n为测站数），观测宜在上午10点之前及下午4点以后进行。

沉降监测的水准网也可采用符合导线或闭合导线分段监测，每段往返高差误差值不得超过M限=±2Mw （Mw为采用水准测量等级千米级高差中数的权中误差，L为附合或闭合测段长度）。沉降监测的精度要求，要根据具体监测的预计变形值及相关的监测规范（表1）来确定。通常，观测的目的是为了确保在地铁施工期间及运行后沿线建筑物的安全，其观测中误差应小于允许变形值的1/10—1/20。

4 工程实例

苏州轨道交通一号线I-TS-16标区间包括星湖街站～南施街站，左右线全长约2194.4单线延米，区间隧道主要在翠园路下穿行，翠园路道路下地下管线密集，主要分布在隧道线路方向两侧，主要有电信及有线电视的通讯光缆，污水及雨水管道，路灯管线、天燃气输送管道。场地地形较平坦，无滑坡、泥石流、岩危等不良地质状况。本标段邻近建筑物主要为里程DK23000～DK23185的园区电信大楼，其建筑物主体距盾构右行中心线距离为9.4m。

电信大厦的变形监测点均布设在建筑物的特征点处，有角点、立柱点等。这些点能够反映出建筑物的大体变形情况（图2），根据施工阶段某期的变形监测数据（表2），可以通过AUTOCAD等软件生成沉降等值线，沉降等值线可以了解沉降分布情况以及是否均匀沉降[1]。图2可以看出J1-J2和J3-J4之间几乎无等值线穿过，而J1-J8之间等值线较为密集，对沉降等值线分析表明J1-J2及J3-J4之间为均匀沉降，J1-J8之间的沉降差较大，J8沉降最为严重。J1-J8之间的距离L=9.4m，由于为直接观测得到相应点的高程值，则设定差异最大容许值：

这个误差符合相应的国家测量规范（三等变形监测规范，高程中误差为0.5mm）要求，但沉降中误差值较大，应引起注意。如果连续多期监测数据均体现出此类问题，不加以重视，地表上层建筑物就会出现倾斜、断裂等事故，所以应采取相应的预防、治理措施。

对建筑物的沉降监测另外的一种手段是收集“纵向”监测数据，通过MATLAB等软件进行图形化处理，对所得到的拟合曲线进行对比，分析，可以对过去被监测点数据的分析；对现在被监测点监测频率的合理安排以及对被监测点未来监测到的数据进行正确预判。例如：取J1—J8连续监测18期变形监测数据，生成2次拟合曲线（如图3）[2]。可以看出J1—J8均趋于稳定，且沉降差值逐渐变小，这样的曲线则表明目前施工安全，对过去的治理行之有效，并可以为后期预警提供有效支持。

5 结 语

本文以苏州地铁一号线的施工建设为例，利用沉降等值线、时间沉降量曲线以及误差精度评定，在建筑物沉降监测的数据处理中取得了较好的效果，具有早期预警、数据可视化和精度标准高等优点。对地铁工程施工的设计方案具有重要的利用价值。

参考文献

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[2]姚东. MATLAB命令大全 [M].人民邮电出版社， 2000. 245-278

[3]GB 50308 1999 .地下铁道 轻轨交通工程测量规范 [S].中国质量监督局， 中华人民共和国建设部， 1999

[4]钱七虎. 中国地下工程安全风险管理的现状_问题及相关建议 [J].岩石力学与工程学报， 2008，27（4）：649-655

[5]晏远见. 城市地铁施工中的变形监测 [J].测绘技术装备， 2007，9（1）：35-36

[6]苏州轨道一号线I-TS-16标盾构区间施工安全监测方案 [S]， 2009

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[8]王晓华. 变形监测研究现状综述 [J].测绘科学， 2006，31（2）：130-132

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[10]白迪谋. 工程建筑物变形监测和变形分析 [M].西安出版社， 1987