高速率大变形区域精密沉降监测技术

高速率大变形区域精密沉降监测技术

郭 ,旭

深圳市勘察测绘院（集团）有限公司，广东 深圳 518028

摘  要：在变形速率大，变形显著的狭窄空间，无法建立稳定的绝对测量基准的情况下，如何利用时间差分改正原理，对变形体的绝对变形量，实施准实时精密监测。

关键词：沉降监测；时间差分

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1 引言

深圳某双层地铁隧道穿越既有广深铁路桥，需要对广深铁路桥的部分桩基进行托换施工。托换施工前，需要利用高压旋喷桩加固地基，而高压旋喷桩施工，会引起地表剧烈隆起，属于高速率大变形监测。如果仅仅为了监测地表隆起，因变形量大，对监测精度的要求并不高，现在的问题是，不仅要监测地表隆起，还要监测广深铁路桥的安全，必须建立高精度变形监测网。这就涉及如何在剧烈变形区域建立高精度监测网的问题。限于篇幅，本文仅解决如何在地表剧烈隆起区域，建立精密沉降监测网的问题。

2 本监测项目的特点及精度要求

⑴空间狭窄。如图1所示，本项目位于深圳市繁华的东门商业区。南、北、东、西都是繁华的街道，四周是30层以上的高楼群，上面是繁忙的广深准高速三线铁路，施工场地非常狭窄。加之托换施工期间，各种塔架、脚手架、支撑体系密布，因此，变形监测的活动空间非常有限。实施变形监测，必须对施工全过程和施工工艺进行通盘考虑，以便充分利用有限的空间，选择适用的设备和监测方法。

⑵测量精度要求高。本项目地表隆起的限值为30mm，因此，对地表隆起监测，精度要求并不高，精度能控制在3mm，即可灵敏反应变形，但是，本桩基托换工程采用主动托换技术，被托换的广深铁路桥，结构变形控制要求严格。按照设计方案，墩柱顶纵、横向绝对位移不能超过±5mm，竖向绝对位移不能超过±3mm，因此，要灵敏监控桥墩的变形，必须建立高精度的变形监测网。

⑶变形监测自动化程度要求高。本监测项目，要在保持铁路正常运营的情况下，进行铁路桥梁的桩基托换施工，被托换结构动力性能的改变就不容忽视。这就要求对被托换结构的位移状态进行全过程自动化观测、数据处理和变形分析，实时或准实时地提供变形信息、进行变形趋势预报和变形原因分析，以便迅速采取有效措施，保证铁路运营安全，同时还要求根据变形监测实时提供的反馈信息指导托换施工。

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3 引起地基变形的原因、危害及监测项目

为加固地基，需要在施工区域施做高压旋喷庄。高压旋喷庄施工期间，被挤压的土体会向四周膨胀，诱发地基水平位移和地表隆起，引起地基及地下既有结构破坏。由于地表临空，地表隆起变形比水平位移变形量大，只要控制住地表隆起变形，地基水平位移变形就不会超限。

暗挖隧道施工期间，地基失去支撑、地下水位下降等因素会引起地面下沉，造成地面开裂。需要根据地表沉降监测数据控制开挖进度和改变支护结构。

4 监测方法和精度设计

通过以上分析，对地面和托换结构的监测，主要是监测竖向变形。对不同的监测项目，监测设备和监测手段类似。

托换施工中工程集中，变形监测范围不大。根据一网多用、分级使用的原则，以监测项目对高程测量的最高精度要求，建立地面沉降监测控制网。该控制网既用于地表沉降、托换结构沉降的监测，又用于施工放样。因此，该网应按照托换结构沉降监测的精度要求，即±3mm，来设计沉降监测控制网的精度。

为达到既经济合理，又能灵敏反应托换结构的实际变形的目的，监测精度取为最大变形量的1/5。即，竖直位移监测最高精度优于±0.6mm。

5 地表沉降和隆起监测

5.1 建立地面沉降监测网

如图2所示，在施工影响范以围外300m左右，分别选取中国银行大楼基础、建设路跨布吉河的桥台胸墙上、深南路立交桥的桥台顶面、人民医院标牌基础上，按照规范要求埋设A、B、C、D四个瓷质水准点，作为地面沉降监测网的水准基点。

四个水准基点每月复测一次，利用拟稳平差法判定其稳定性。进行地面沉降、托换结构竖直方向位移监测时，以这四个点中稳定的点作为高程参照基准。

在托换工程的围护结构外侧10～15m，再埋设4个水准点，作为竖向位移监测的工作基点。工作基点用于直接向监测点传递高程，同时为施工放样服务。

由水准基点和工作基点构成地面沉降监测基本网。施测时，利用Leica DNA03型精密电子水准仪，按一等水准测量要求进行首期测量和定期复测。

5.2 地面隆起和沉降测量

在施做托换配套工程时，需要对地表隆起和沉降进行监测。这时广深铁路桥下只有钻机工作，施工对测量的干扰相对较小，测量作业空间相对开阔，变形监测点可以直接钉设在原地面上。变形监测点按纵、横向各5m的间距均匀布设。

由于地面隆起和沉降量的控制值为±30mm，测量精度要求并不高，可以直接利用S3水准仪，从与施工作业面相距较远的工作基点直接向变形监测点传递高程。

需要注意的是：由于地面隆起和沉降量较大，影响范围广，不能保证工作基点稳定，因此，每一个作业循环的前、后，需要从水准基点向工作基点引测两次高程。如果两次引测的高程相差较大，说明工作基点变形明显，应对工作基点和变形监测点的实测高程，按时间内插法进行修正。

具体做法如下：

设前、后两次引测高程的时刻为T1和T2，引测得到工作基点的高程分别为H1和H2，对某一变形监测点进行监测的时刻为T，实测高差为hiT，则该变形监测点的实测高程HiT应按如下内插公式求得

     (1)

6 沉降监测网精度分析

高程基准网以及工作基点测量时，选用的测量设备为瑞士Leica DNA03型精密数字水准仪。该仪器的测量精度为每公里往返测中误差mh=±0.3mm。

因此，该仪器每公里单程水准测量精度为。

根据我国一等水准测量规范规定：进行一等水准测量时，视线长度不能大于35m。即每公里单程水准测量的最小设站数为站。因此，实际测量时，每测站所测高差的精度应优于

      (2)

对水准基点和工作基点进行测量时，虽然最大点间距为320米，但由于地处繁华闹市，转点较多，基准点之间最大设站次数为15次。因此，在最不利情况下，各测段往返水准测量的精度为

      (3)

即，在最不利情况下，进行高程变形监测时，其工作基点的精度能达到±0.30mm。

因此，监测点水准测量精度为

      (4)

监测点竖直方向变形量的测量精度为

      (5)

满足设计要求的监测精度。

在实际工作中，大部分测段设站次数小于12次，且属于短视线测量，各测段的测量精度一般都优于±0.11mm。另外，各个测段互相连接成网并进行整体平差，以提高精度。通过对高程基准网的多次复测，经平差计算后，最弱点高程精度均优于±0.30mm。

7 结语

采用上述方法，较好地解决了地面和托换结构竖向变形监测问题。经过变形监测的精度分析和实测效果对比，监测数据与理论分析比较吻合。我们在实际工作中采用的沉降监测方法，能灵敏地反映出由于桩基托换施工而引起既有铁路结构的变形，从而有效地控制影响运营安全的主要因素。

参 考 文 献

[1]陈永奇、吴子安、吴中如.变形监测分析与预报[M].测绘出版社，1998.2

[2]张正禄主编．工程测量学[S]．武汉大学出版社．2020,10

[3]徐万鹏．隧道位移监测新方法的可行性探索[N]．铁道工程学报．2000，2

[4]夏才初、潘国荣．土木工程监测技术[M]．中国建筑工业出版社．2001,7

[5]王丹主编．建筑物变形测量规范[S].中国建筑工业出版社.JGJ 8-2016.

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