一种高效的运营期地铁盾构隧道收敛测量新方法

谢德明 高 磊

(1.江苏省地质勘查技术院，江苏 南京 210000； 2.中国人民解放军理工大学国防工程学院，江苏 南京 210007)



一种高效的运营期地铁盾构隧道收敛测量新方法

谢德明1高 磊2

(1.江苏省地质勘查技术院，江苏 南京 210000； 2.中国人民解放军理工大学国防工程学院，江苏 南京 210007)

针对传统收敛测量方法耗时长，测量自动化程度低，难以应用于运营期地铁隧道收敛测量的问题，提出采用高精度测距仪结合固定支架的方法，对南京地铁10号线运营期隧道进行收敛测量，在满足测量精度的情况下，实现了收敛测量的快速高效，解决了运营期地铁隧道收敛监测的难题。

地铁盾构，大盾构，收敛监测，测距仪，限差

盾构法施工具有对地面交通影响小，高效，环保等优点，逐渐为城市地铁广泛采用。运营期盾构收敛测量是地铁结构健康检测的重要组成和基础工作，为考察隧道运营安全、研究隧道变形规律提供可靠参考数据[1]。盾构管片既是隧道的支护结构也是隧道的主体结构，盾构管片结构竖向位移和净空收敛监测对判断工程的质量安全非常重要[2]。在地铁盾构隧道运营期间，对隧道管片腰线设置收敛监测点，进行精密收敛变形监测，是优选的变形监测项目之一[3]。

传统收敛测量方法耗时长，测量自动化程度低，无法应用于运营期地铁隧道的收敛测量。本文采用高精度测距仪结合固定支架的方法进行隧道收敛测量，在满足测量精度的情况下，实现了收敛测量的快速高效，取得了良好的工程效果。本文以南京地铁10号线的盾构收敛测量为例，分析和总结盾构收敛测量的方法和精度，作为同类工程应用的参考。

1 收敛测量

目前常用的收敛测量方法主要采用收敛计测量两个外露测点的相对位移。

常用收敛计为钢尺收敛计，主要由钢卷尺、百分表、测量拉力装置及锚栓测点相连接的连接挂钩等部分组成。钢尺按每2.5 cm孔距用高精度加工穿孔，测力计张拉定位进行拉力粗调。弹簧控制拉力使钢尺张紧，百分表进行位移微距离读数测量[4]。测量时，需将收敛计一端的连接挂钩与测点连接，展开钢尺与另一测点相连，测量过程精密，所以测量速度慢(见图1)。

对于运营期的地铁进行收敛测量，需要在地铁停运的深夜进行，采用收敛计的测量方法无法满足快速高效的要求。本文研究采用精密测距仪配合固定支架的方法测量盾构隧道直径。主要原理如下：先通过放线仪将测点和支架安装好(如图2所示)，精确测量支架与测距仪的距离为常数Δd，用测距仪测量测距仪与测点的距离为L，最后L+Δd作为最后的隧道直径测量值。隧道直径收敛监测的控制指标主要有两项内容，一项是管片拼装检验标准隧道衬砌椭变直径允许偏差为0.5%D，D为直径，单位为mm；一项是隧道直径收敛监测累计变化量0.2%D与变化速率3 mm/d[5]。

2 工程应用

南京地铁10号线起点安德门，终点江浦雨山路，全线正线总长21.6 km，主要包括隧道、桥梁、过渡段及车站等。10号线共设站14座，其中需进行盾构收敛监测的是从梦都大街站开始到雨山路站计8个区间，见图3。共布设了840环监测断面。其中大盾构断面有91环。普通监测断面，断面标准圆直径为5.5 m，大盾构断面标准圆直径为10.2 m。

2.1 收敛监测点位布设

收敛监测点的布设，按与垂直监测点在一个监测断面上布设收敛监测点的原则布设，首先需找到该断面直径位置，根据垂径定理可知圆内任意一条弦的垂直平分线是直径，因此弦线中心位置即为隧道内壁直径端点。具体盾构区间内监测点位置确定实施方法如下：用莱赛5线L639激光水平仪确定盾构在该位置的垂直切面(如图4所示)；利用垂径定理能够找出正确的直径收敛点(特征点A，B)，选用2 m长双向气泡水平尺紧贴隧道环壁，两个气泡均居中后，利用直尺对应水平尺平分线所在位置找出隧道左侧内壁直径端点(特征点A)，埋设带有圆孔的3 cm长钢钉于该位置(如图5所示)，并用同样的方法寻找右侧直径端点(特征点B)并喷涂直径为2 cm的十字标记于该位置，见图6。

2.2 监测设备

监测设备采用Leica D510手持测距仪，配合专门制作支架进行监测。测距仪测量时，测量的数值是测距仪底部到十字标记的距离，但测距仪专用支架后有用于固定测距仪的一段钢栓，以及测距仪架设钢钉表面到管片壁都有一定的长度。因此我们把测距仪底部到管片壁的距离称为常数。此常数通过用游标卡尺多人、多次测得为0.013 5 m。最后，测得的距离再加上这个常数，就可以反映真实的盾构圆直径。

大盾构是由两个盾构隧道组成，其收敛基线长度为：

L=L左+L右+2×0.013 5+0.30。

其中,0.30为两个盾构隧道中间隔墙的厚度，m。

2.3 监测实施

将测距仪固定在事先埋好的带孔钢钉孔眼上，待仪器稳定后对准对面喷好的十字标记中心位置测量，测量8测回。为了能方便将监测原始数据保留，将leica.disto.transferBLE软件安装于手机上，利用手机蓝牙和仪器蓝牙进行数据传输。这样每测量一个数据都能在手机上看到，然后再下载到计算机，进行后处理。

3 监测结果分析

运营期隧道直径收敛监测的监测频率为一年两次。第一期监测实施于2015年4月～2015年5月，二期监测实施于2015年10月～2015年11月，三期监测实施于2016年3月～2016年4月。

3.1 一期监测成果分析

第一期监测成果统计如表1所示。

表1 第一期监测成果汇总表

表2 超出限差统计表

表3 第二期监测成果汇总表

第一期收敛监测成果一般作为后续监测成果的初值。该期监测成果主要判断指标为监测直径与设计值的限差，根据地铁盾构隧道设计要求，此差异限差为0.075 m。对第一期监测成果进行简单汇总统计显示，10号线梦都大街—雨山路段全线共布设840环监测断面，其中99.76%满足小于标准圆限差0.075 m的要求，超过限差的为江心洲—临江区间，其中两环如表2所示。在大盾构位置存在超出75 mm现象，以及在大盾构位置25 mm～75 mm的数据较多，分析原因为该两环属于大盾构隧道，其标准圆直径10.20 m，大盾构中间分隔墙厚度不均匀，很多地方厚度没有0.30 m，误差属于系统误差，在后续二期和三期监测数据中也同样存在。

3.2 二期、三期监测成果分析

表4 第三期监测成果汇总表

第二期监测时间为2015年10月，监测数据统计如表3所示。根据GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范，管片结构净空收敛项目控制值如下：累计值0.2%D，变化速率3 mm/d。D为盾构隧道直径。按照该标准，采用电子测距仪配合支架的方法进行收敛监测，第一期测量值与第二期测量值的变化都在限差范围内。

第三期监测时间为2016年3月，监测成果统计如表4所示。第三期的监测数据显示，江心洲—临江区间大盾构隧道其中两个监测环与标准圆的直径偏差超过0.075 m，与第一期、第二期的位置相同，系由于分隔墙厚度不均匀造成的系统误差，该两环监测点直径收敛的累计变化量为2.1 mm，3.2 mm，在盾构隧道收敛限差范围内，说明该大盾构管片区间处于稳定状态。普通盾构隧道直径收敛变化量与大盾构隧道直径收敛变化量如图7，图8所示，从图7，图8中可以看出大盾构隧道虽然直径是普通盾构隧道的两倍，但在较好的施工工艺下，其运营期收敛变形的累计变化比普通盾构隧道稍大，但仍在限差范围内，最大4.3 mm，远小于20.4 mm的限差。如图7,图8所示，根据001，002，003期的监测数据002期、003期相对于001期初始值的变化累计较大(图中深灰色曲线为002期相对001期变化量、黑色曲线为003期相对001期变化量)，但003期相对002期监测数据的变化则较小(图中浅灰色曲线为003期相对002期变化量)，说明隧道管片结构从竣工到运营一年后受环境的影响趋于稳定，大盾构管片直径收敛量累计变化如图9所示。

4 结语

采用高精度测距仪结合支架的方法在南京地铁10号线收敛监测中得到了很好的应用，其工作效率是采用普通收敛计监测无法达到的。采用该方法得到的监测数据各项指标满足规范要求，数据精度合格，成果可靠，大大提高了收敛测量的效率，具有很高的推广价值。

[1] 林良岱,王昊宇,袁 钊.上海市地铁运营期定期监测技术方案研究[A].地理信息与物联网论坛暨江苏省测绘学会2010年学术年会[C].2010:312-313.

[2] 金 淮,张健全,吴锋波,等.城市轨道交通工程监测理论与技术实践[M].北京：中国建筑工业出版社,2014:104-106.

[3] 李玉宝,许立苑.地铁盾构隧道变形监测项目优选及数据分析[J].测绘通报,2010(sup):26-28.

[4] 夏才初,潘国荣.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2001.

[5] GB 50911—2013，城市轨道交通工程监测技术规范[S].

A new efficient method of convergence measurement in operation metro shield tunnel

Xie Deming1Gao Lei2

(1.GeologicalExplorationTechnologyInstituteofJiangsuProvince,Nanjing210000,China;2.EngineeringInstituteofEngineeringCorps,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

In light of traditional convergence measurement method defects, such as long measurement duration, low automatic measurement degree, and poor subway tunnel convergence measurement during the operation period, the paper carries out the tunnel convergence measurement by applying the method of combining high-accuracy diastimeter with fixed support, realizes fast and high-efficient convergence measurement under the condition of meeting measurement accuracy, and solves subway tunnel convergence monitoring difficulty during the subway operation period.

subway shield, large shield, convergence-monitoring, diastimeter, tolerance

1009-6825(2017)10-0207-03

2017-01-23

谢德明(1980- )，男，硕士，工程师； 高 磊(1982- )，女，硕士，讲师

TU198

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