深圳地铁5号线结构变形监测研究

韦选万

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029）

1 引言

随着城市轨道交通的飞速发展，轨道交通线网越来越密集，既有线路的正常运营和结构的安全性，成为人们关注的焦点[1-2]。就目前国内外的研究现状而言，已有大量学者对地铁隧道结构变形引起的安全问题进行研究，例如苏涛在《在建基坑影响下地铁隧道的变形监测研究》一文中介绍了一种利用高精度全站仪、红外测距仪及数据自动采集器的全自动变形监测方法，来准确监测基坑施工对地铁隧道变形的影响[3]；柯成建在《城市暗挖隧道下穿不同结构形式既有线变形特性分析》中介绍了新建线路下穿既有线的工程引起的隧道结构变形等[4]。此类研究只侧重地铁某一个部位或某一个区间的结构变形的安全问题，并未对既有整条运营线路结构变形监测进行详细研究。

本文以深圳地铁5号线为试点，从既有整条运营线路的变形量监测出发，使用经过特殊加工的精密对中支架，全面采集精确数据，在已有监测数据资料的基础上，通过为期一年的监测统计分析，为地铁安全运营提供有力保障[5]，为考察地铁隧道运营安全、研究隧道变形规律提供可靠的参考数据。

2 监测点布置

地铁运营期变形监测点位布置及其密度应根据隧道经过地区的工程地质、地下水、地面建筑负载情况及施工方法而定，在地质不良及盾构机掘进地段宜加密布置，其他区段监测点位布置间距可适当加大。

2.1 水平位移监测点布设

在列车运行区间及各车站的道床中央均布设水平位移监测点，点位密度60米，定义点号含“P”或“K”的观测点为水平位移观测点。

2.2 垂直位移监测点布设

垂直位移监测点位于区间及其车站的道床中央，点位密度为30米，定义点号含“P”或“K”的观测点为水平位移观测点，同时也作为垂直位移观测点，点号含“C”的观测点只观测垂直位移。结构缝、车站与区间衔接处、联系井与隧道衔接处两侧加布垂直位移观测点。

3 观测方法

3.1 基准点的选定

垂直位移、水平位移观测基准点均埋设于车站两侧排水沟，每个车站埋设基准点6个，垂直位移、水平位移基准点使用统一标志。为提高观测精度，观测时将站台每侧两端基准点构成基准网进行观测，站台两侧中间的两个点只作为稳定性检验使用。

3.2 水平位移监测

为保证测量精度，准确反映监测点的变形情况，水平位移监测将隧道内的控制点与车站基准点组成水平位移监测控制网，并按照Ⅱ等水平位移监测控制网要求进行观测，在弯道处两控制点不能通视时，将导线边长缩短至60米，即把观测点纳入导线控制网中，其他观测点采用极坐标法，在监测控制网点上设站对其进行观测。

因地铁隧道现场条件的限制，本文采用精密导线法进行测量。根据现场实际情况尽可能控制相邻导线边长比值大于1/3，且在一个导线网里相邻导线边长比值接近1/3的导线边数不允许超过导线边长总数的1/3，以保证控制导线的测量精度。

3.3 垂直位移监测

垂直位移监测严格按《城市轨道交通工程测量规范》（GB 50308—2008）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8— 2007）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）、《工程测量规范》（GB 50026—2007）等相关技术要求进行。

4 监测实验分析

4.1 水平观测分析

水平位移观测采用车站的基准点为坐标起算点，为保证监测数据的准确性和连续性，平差计算前采用检查相对关系的方法对基准点的稳定性进行检验分析。具体算法以基准网中两个点的坐标为起算点，推算网中其他点的坐标，如推算出的坐标与原坐标的差值小于极限误差（取2倍观测中误差），则认为基准网点间相对变形不显著，并将其坐标作为观测点平差的起算数据。水平位移基准网稳定性检验计算结果如表1所示。

表1 水平位移基准点稳定性检验成果表

从表1可以看出，前海湾、兴东、百鸽笼三个站，基准网点间发生相对沉降，其他区间变化不显著。

（1）前海湾—临海区间，部分观测点水平位移量接近预警值，最大位移为14.49mm。

（2）兴东—留仙洞区间，上行线平位移量最大为13.19mm，已超出预警值；下行线平位移量最大为9mm，未超出预警值。

（3）长岭陂—深圳北区间，上下行线部分观测点水平位移量达14mm，已超出预警值。

（4）布吉—百鸽笼区间水平位移量最大为9mm，已超出预警值。

4.2 垂直观测分析

垂直位移基准点稳定性检验主要检查相邻基准点的高差变化。如果基准网点间高差变化值小于极限误差（取2倍观测中误差），则认为所检测的基准点是稳定的。经检验基准点间无变化或变化不显著时，将其坐标作为起算数据。垂直位移基准网稳定性检验计算结果如表2所示。

表2 垂直位移基准点稳定性检验成果表

从表2可以看出，前海湾、宝华、坂田、杨美四个站，基准网点间发生相对沉降，其他区间变化不显著。区间垂直位移具体变化情况如下：

（1）前海湾—临海区间，上下行线K0+000～K0+810（临近该区段有地铁11号线前海湾站的施工）垂直位移量在-11mm～-4mm之间，变形比较显著。

（2）宝华—宝安中心区间，K2+850～K3+300(临近该区段有深圳市西岸时代广场基坑施工)垂直位移量介于-6～-4mm之间。

（3）五和—坂田、坂田-杨美两区间多数点呈上升趋势，垂直位移量最大达到4mm。

（4）杨美—上水径区间，K25+860～K26+600区段垂直位移量介于1～4mm之间，其他观测点变化不显著。

综合分析，前海湾站、前海湾—临海区间、西丽—大学城区间、长岭陂—深圳北区间均有部分区段垂直位移变化显著，大学城—塘朗高架段上下行线垂直位移差异变形较大，前海湾—临海区间水平位移量超出预警值。要对类似以上观测点有显著变形的区间及时进行处理和重点跟踪监测，以避免安全事故的发生。

5 结束语

地铁的安全运营是保障公共安全的第一要务，随着地铁运营年限增长，不可避免地会出现线路老化。本文以深圳地铁5号线为例，详细介绍了既有地铁隧道的变形监测方法，从线路整体寻找影响地铁安全运行的风险点，为地铁安全运营提供有力保障，为考察地铁隧道运营安全、研究隧道变形规律提供可靠的参考数据。