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摘要：本文介绍了广州地铁建筑结构监测的必要性及监测要点，就如何做好地铁隧道结构及车辆段建筑结构的变形监测进行探讨。
关键词：地铁、隧道结构、网架结构、变形监测
中图分类号：U231 文献标识码： A
引言：
由于地质条件复杂、地下水位的变化、周围环境的变化（如高楼大厦建设及其重量对地基沉降影响等）、列车的震动，以及设计、施工存在的缺陷等各种因素的综合影响，使得在日常的检修维护过程中，不时发现隧道结构、整体道床等存在一些病害。这些病害的存在，有些已经对结构和行车安全形成威胁，因此需对地铁建筑结构进行周期性的观测，为使用和保养提供有效依据。
1．基准点及监测点的布设
1.1 隧道结构沉降监测：隧道沉降基准点布于车站，监测点按每30米一个点的原则布设于区间道床。埋设时先用冲击钻在道床上钻孔，用清水洗干净后灌入水泥砂浆，放入测点加工件固结而成。
1.2 隧道结构水平位移监测：水平位移监测与沉降监测使用共同测点，按60米一个监测点进行监测。
1.3 车辆段主要建筑物的沉降监测：基准点布于车辆段范围内选定位置上，监测点布于车辆段内综合楼、运转楼、运用库、检修库、定修库、牵引变电所、洗车机房等7栋主要建筑物。
1.4 车辆段网架的变形监测：在运用库、检修库及定修库内安装18个网架测点，即在网架中心处安装一个加工的固定装置，上面固定着￠10×25mm的铜螺纹杆（见图1），用于安装小棱镜（见图2）；根据相应的监测要求，需在网架固定棱镜断面前20～25米距离处埋设一个固定测站点，同时在该网架测点的下方地面上埋设两个￠16×60mm带螺纹的铜螺杆,在铜螺杆中心钻￠1.5×10mm的小孔，两测点距离因受现场条件限制控制在3米内，共需要埋设54个铜测点。其埋设时先用冲击钻在相应网架测点下方地面上钻孔，用水清洗干净，后灌入水泥砂浆，放入测点加工件固结而成。
2. 监测方法与技术措施
2.1隧道结构沉降监测：遵循 “以基准点为基础，先控制，后加密”的原则，以位于车站的原基准点为基准，与两车站之间的沉降监测点组成附合水准路线或闭合水准路线。沉降变形测量等级选定为《工程测量规范》的变形测量三等，按国家二等水准测量技术要求和观测方法实施，闭合差限差fh ≤±0.6mm（n为测站数）。并采取“三固定”法进行观测以提高观测精度。使用仪器是经过国家批准的计量检定部门进行检定并取得合格证书的徕卡DNA03电子中文水准仪或相同等级精度的水准仪及配套的铟钢水准尺。观测记录采用仪器自动记录，所有各项限差都按规范规定的要求进行设置控制。
2.2隧道结构水平位移监测：对隧道里的水平位移监测采用高精度的徕卡TCA2003全站仪进行。遵循 “先控制，后加密”的原则，按国家四等导线测量技术要求与观测方法实施，以车站一端的主基准点作为测站点，另一个副基准点为后视点，两车站的基准点与监测点组成附合导线。监测点采取插小标准件，以减少对中误差，照准监测点后角度观测2个测回，取均值；距离观测采用往返测各2测回，每测回读数4次，从而得到每个测站与前后测点的角度值和距离。通过平差计算得各测点的坐标值，计算得到各监测点的横向水平位移值。
2.3车辆段主要建筑物的沉降监测：遵循“以基准点为基础，先控制，后加密”的原则，在每次做沉降监测之前，先对6个水准基点组成的基准网进行联测检核，然后按照隧道结构沉降变形测量技术要求，根据现场实际情况组成若干条闭合、附合或往返水准路线进行监测，所得数据进行平差后得到各点的高程值，和前次、起始高程值的比较计算得到本次沉降值和累计沉降值。
2.4车辆段网架的变形监测：首先采用水准仪测出两测点的高程（分别在附近两个结构柱上的沉降点引进），然后用全站仪监测网架，即在网架固定棱镜断面前20～25米距离处固定测点上安置全站仪，并分别对地面上两测点安置棱镜并对中整平，测定测站到测点的平距。在监测点上插小标准件，以减少对中误差；按照方向观测法测竖直角、平距各2个测回，其中平距每测回测2次，根据观测数据来计算得到棱镜中心高程，根据两次计算的相同网架中心高程比较，从而可以判断网架结构的变形情况，然后与网架中心四周结构沉降比较分析得出网架的局部变形情况。网架监测采用高精度的徕卡TCA2003全站仪（0.5″，1＋1ppm）和全自动DNA03水准仪及配套的铟钢水准尺进行，并在使用前对仪器的主要技术指标进行必要的检查，确保仪器处于良好的使用状态。
3.监测的评判标准
3.1隧道结构沉降监测：参照建筑变形测量有关规范要求，按变形测量二级沉降观测点测站高差中误差M△h=0.5mm,以1公里附合水准路线来计算，n取标准测站数5：
最弱点高差中误差M∑△h=×M△h=1.1mm
最弱点高程中误差Mh=M∑△h/=0.8 mm
两次沉降监测所测的最弱点沉降变化量中误差MS=Mh=1.1mm,两倍中误差即2.2mm，结合地铁自身特点及地铁结构对竖向沉降的敏感性，隧道结构沉降监测的评判标准：±2.0mm。
3.2隧道结构水平位移监测：水平位移点的精度估算：影响水平位移点精度的因素很多，有起始点误差、测角误差、测距误差、测站对中误差、照准点对中误差，以及边长、导线总长等。现根据方案设计来估算水平位移点的精度。设计取：m1=±1mm（仪器对中误差）、m2=±1mm（照准点对中误差）、ma=±1mm（仪器固定误差）、mb=1ppm（仪器比例误差）、mβ=±2.5″（测角中误差）、D=0.9km（即附合导线的中部）、s=0.12km（导线边长）、ρ=206265 d=0.04km（加密点边长）。
⑴根据下式计算出导线最弱点点位观测中误差
m弱=±=±3.8 mm
⑵根据下式可计算出加密点观测中误差
m支=±=±1.8mm
⑶根据下式可计算出最弱点的观测中误差
M弱= =±4.2mm
水平位移判别：根据以上估算，水平位移最弱点的点位观测中误差±4.2mm，点位法线方向中误差应为±4.2mm/=±3.0mm，两次观测较差中误差应为±3.0mm×=±4.2mm，但考虑到实际作业不易达到，因此水平位移的评判标准取中误差±6mm。
3.3车辆段主要建筑物的沉降监测：建筑物结构基础沉降倾斜值﹤0.002。
3.4车辆段网架的变形监测：根据网架实际情况大约有10米高，为了更好地监测网架的三角高程，设定仰角为≤45°及测站点到棱镜的水平距离为S≥20m ， 在此取临界值 即=23°S=S1=S2=20m （见图3）。棱镜中心的三角高程如下：
h=
即Mh2= =±1″，mS1 =mS2 =ms=±1mm且取°
图3 网架监测示意图
即Mh2=
= 0.22mm
Mh=±0.47 mm
上述误差中由于两测点的高程中误差比较小未考虑进去,但还是存在的,考虑到受现场外界条件的影响,因此取其极限误差作为评判标准:即Mh=±2.00 mm。
4.结语：
地铁工程结构本身由于地基的变形及内部应力、外部荷載的变化而产生结构变形和沉降。如果地铁结构变形和沉降超过允许值，将会对地铁的运营安全造成影响。对地铁结构进行监测，了解变形情况，分析变形原因并采取有效措施，对于预防工程事故、保证地铁的正常运营是非常重要的。通过监测可动态收集地铁结构变形信息，掌握结构变形情况，保障运营安全确保工程的可靠度。
参考文献：
[1] 刘立臣.广州地铁二号线新-磨区间土建工程施工监测.西部探矿工程. 2004 年第8 期
[2] 梁禹.广州地铁一号线隧道结构变形监测及成果分析.施工技术. 2002年6月第31卷第6 期.
[3] 北京城建勘测设计研究院. 地下铁道、轻轨交通工程测量规范. 北京: 中国计划出版社. 1999
关键词：地铁、隧道结构、网架结构、变形监测
中图分类号：U231 文献标识码： A
引言：
由于地质条件复杂、地下水位的变化、周围环境的变化（如高楼大厦建设及其重量对地基沉降影响等）、列车的震动，以及设计、施工存在的缺陷等各种因素的综合影响，使得在日常的检修维护过程中，不时发现隧道结构、整体道床等存在一些病害。这些病害的存在，有些已经对结构和行车安全形成威胁，因此需对地铁建筑结构进行周期性的观测，为使用和保养提供有效依据。
1．基准点及监测点的布设
1.1 隧道结构沉降监测：隧道沉降基准点布于车站，监测点按每30米一个点的原则布设于区间道床。埋设时先用冲击钻在道床上钻孔，用清水洗干净后灌入水泥砂浆，放入测点加工件固结而成。
1.2 隧道结构水平位移监测：水平位移监测与沉降监测使用共同测点，按60米一个监测点进行监测。
1.3 车辆段主要建筑物的沉降监测：基准点布于车辆段范围内选定位置上，监测点布于车辆段内综合楼、运转楼、运用库、检修库、定修库、牵引变电所、洗车机房等7栋主要建筑物。
1.4 车辆段网架的变形监测：在运用库、检修库及定修库内安装18个网架测点，即在网架中心处安装一个加工的固定装置，上面固定着￠10×25mm的铜螺纹杆（见图1），用于安装小棱镜（见图2）；根据相应的监测要求，需在网架固定棱镜断面前20～25米距离处埋设一个固定测站点，同时在该网架测点的下方地面上埋设两个￠16×60mm带螺纹的铜螺杆,在铜螺杆中心钻￠1.5×10mm的小孔，两测点距离因受现场条件限制控制在3米内，共需要埋设54个铜测点。其埋设时先用冲击钻在相应网架测点下方地面上钻孔，用水清洗干净，后灌入水泥砂浆，放入测点加工件固结而成。
2. 监测方法与技术措施
2.1隧道结构沉降监测：遵循 “以基准点为基础，先控制，后加密”的原则，以位于车站的原基准点为基准，与两车站之间的沉降监测点组成附合水准路线或闭合水准路线。沉降变形测量等级选定为《工程测量规范》的变形测量三等，按国家二等水准测量技术要求和观测方法实施，闭合差限差fh ≤±0.6mm（n为测站数）。并采取“三固定”法进行观测以提高观测精度。使用仪器是经过国家批准的计量检定部门进行检定并取得合格证书的徕卡DNA03电子中文水准仪或相同等级精度的水准仪及配套的铟钢水准尺。观测记录采用仪器自动记录，所有各项限差都按规范规定的要求进行设置控制。
2.2隧道结构水平位移监测：对隧道里的水平位移监测采用高精度的徕卡TCA2003全站仪进行。遵循 “先控制，后加密”的原则，按国家四等导线测量技术要求与观测方法实施，以车站一端的主基准点作为测站点，另一个副基准点为后视点，两车站的基准点与监测点组成附合导线。监测点采取插小标准件，以减少对中误差，照准监测点后角度观测2个测回，取均值；距离观测采用往返测各2测回，每测回读数4次，从而得到每个测站与前后测点的角度值和距离。通过平差计算得各测点的坐标值，计算得到各监测点的横向水平位移值。
2.3车辆段主要建筑物的沉降监测：遵循“以基准点为基础，先控制，后加密”的原则，在每次做沉降监测之前，先对6个水准基点组成的基准网进行联测检核，然后按照隧道结构沉降变形测量技术要求，根据现场实际情况组成若干条闭合、附合或往返水准路线进行监测，所得数据进行平差后得到各点的高程值，和前次、起始高程值的比较计算得到本次沉降值和累计沉降值。
2.4车辆段网架的变形监测：首先采用水准仪测出两测点的高程（分别在附近两个结构柱上的沉降点引进），然后用全站仪监测网架，即在网架固定棱镜断面前20～25米距离处固定测点上安置全站仪，并分别对地面上两测点安置棱镜并对中整平，测定测站到测点的平距。在监测点上插小标准件，以减少对中误差；按照方向观测法测竖直角、平距各2个测回，其中平距每测回测2次，根据观测数据来计算得到棱镜中心高程，根据两次计算的相同网架中心高程比较，从而可以判断网架结构的变形情况，然后与网架中心四周结构沉降比较分析得出网架的局部变形情况。网架监测采用高精度的徕卡TCA2003全站仪（0.5″，1＋1ppm）和全自动DNA03水准仪及配套的铟钢水准尺进行，并在使用前对仪器的主要技术指标进行必要的检查，确保仪器处于良好的使用状态。
3.监测的评判标准
3.1隧道结构沉降监测：参照建筑变形测量有关规范要求，按变形测量二级沉降观测点测站高差中误差M△h=0.5mm,以1公里附合水准路线来计算，n取标准测站数5：
最弱点高差中误差M∑△h=×M△h=1.1mm
最弱点高程中误差Mh=M∑△h/=0.8 mm
两次沉降监测所测的最弱点沉降变化量中误差MS=Mh=1.1mm,两倍中误差即2.2mm，结合地铁自身特点及地铁结构对竖向沉降的敏感性，隧道结构沉降监测的评判标准：±2.0mm。
3.2隧道结构水平位移监测：水平位移点的精度估算：影响水平位移点精度的因素很多，有起始点误差、测角误差、测距误差、测站对中误差、照准点对中误差，以及边长、导线总长等。现根据方案设计来估算水平位移点的精度。设计取：m1=±1mm（仪器对中误差）、m2=±1mm（照准点对中误差）、ma=±1mm（仪器固定误差）、mb=1ppm（仪器比例误差）、mβ=±2.5″（测角中误差）、D=0.9km（即附合导线的中部）、s=0.12km（导线边长）、ρ=206265 d=0.04km（加密点边长）。
⑴根据下式计算出导线最弱点点位观测中误差
m弱=±=±3.8 mm
⑵根据下式可计算出加密点观测中误差
m支=±=±1.8mm
⑶根据下式可计算出最弱点的观测中误差
M弱= =±4.2mm
水平位移判别：根据以上估算，水平位移最弱点的点位观测中误差±4.2mm，点位法线方向中误差应为±4.2mm/=±3.0mm，两次观测较差中误差应为±3.0mm×=±4.2mm，但考虑到实际作业不易达到，因此水平位移的评判标准取中误差±6mm。
3.3车辆段主要建筑物的沉降监测：建筑物结构基础沉降倾斜值﹤0.002。
3.4车辆段网架的变形监测：根据网架实际情况大约有10米高，为了更好地监测网架的三角高程，设定仰角为≤45°及测站点到棱镜的水平距离为S≥20m ， 在此取临界值 即=23°S=S1=S2=20m （见图3）。棱镜中心的三角高程如下：
h=
即Mh2= =±1″，mS1 =mS2 =ms=±1mm且取°
图3 网架监测示意图
即Mh2=
= 0.22mm
Mh=±0.47 mm
上述误差中由于两测点的高程中误差比较小未考虑进去,但还是存在的,考虑到受现场外界条件的影响,因此取其极限误差作为评判标准:即Mh=±2.00 mm。
4.结语：
地铁工程结构本身由于地基的变形及内部应力、外部荷載的变化而产生结构变形和沉降。如果地铁结构变形和沉降超过允许值，将会对地铁的运营安全造成影响。对地铁结构进行监测，了解变形情况，分析变形原因并采取有效措施，对于预防工程事故、保证地铁的正常运营是非常重要的。通过监测可动态收集地铁结构变形信息，掌握结构变形情况，保障运营安全确保工程的可靠度。
参考文献：
[1] 刘立臣.广州地铁二号线新-磨区间土建工程施工监测.西部探矿工程. 2004 年第8 期
[2] 梁禹.广州地铁一号线隧道结构变形监测及成果分析.施工技术. 2002年6月第31卷第6 期.
[3] 北京城建勘测设计研究院. 地下铁道、轻轨交通工程测量规范. 北京: 中国计划出版社. 1999