劉仁龍,余志奇,王欣

(1．深圳市勘察測(cè)繪院有限公司,廣東深圳 518028; 2．武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北武漢 430015)

疊加盾構(gòu)隧道沉降監(jiān)測(cè)相對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性分析

劉仁龍1?,余志奇2,王欣2

(1．深圳市勘察測(cè)繪院有限公司,廣東深圳 518028; 2．武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北武漢 430015)

監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)是沉降監(jiān)測(cè)的參考基準(zhǔn),基準(zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)的基本控制,監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性是重要前提。本文結(jié)合武漢地鐵6號(hào)線下穿4號(hào)線隧道沉降監(jiān)測(cè)工程,針對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)困難及其穩(wěn)定性和可靠性問題,采用平均間隙法和分塊間隙法相結(jié)合,通過多期水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析,提取了穩(wěn)定可靠的監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn),保障了施工隧道的沉降監(jiān)測(cè)。

沉降監(jiān)測(cè);基準(zhǔn)點(diǎn);穩(wěn)定性分析;平均間隙法;分塊間隙法

1　概 述

隨著城市化進(jìn)程及城市的大規(guī)模發(fā)展,我國各大城市均在建設(shè)高效的地下軌道交通網(wǎng)以解決越來越嚴(yán)重的交通阻塞問題。城市軌道交通網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展建設(shè)過程中必然會(huì)遇到線路之間交叉、換乘等問題,存在新建線路與既有線路的相互穿越等工程。新建線路與既有線路的相互穿越打破了既有地鐵隧道的受力平衡,從而引起地鐵隧道的變形,如果這些變形得不到控制將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此掌握被穿越的地鐵隧道狀況是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。

隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)主要的檢測(cè)內(nèi)容,既能直接反映被穿越隧道結(jié)構(gòu)的變化狀況,控制風(fēng)險(xiǎn),又能指導(dǎo)穿越隧道掘進(jìn)施工,這就要求在變形監(jiān)測(cè)中建立低成本、高效率的監(jiān)測(cè)相對(duì)網(wǎng)。為了能夠發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn),通常布設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),且構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng),通過定期對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè)來檢查基準(zhǔn)點(diǎn)是否穩(wěn)定,并將不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)剔除。所以,在沉降變形監(jiān)測(cè)中,應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

2　基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性分析

基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定是相對(duì)性的穩(wěn)定,進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析和檢驗(yàn)有多種方法,本文將結(jié)合地鐵工程實(shí)例介紹兩種分析基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性的方法。

2．1工程概況

本工程武漢市軌道交通6號(hào)線一期工程鐘琴區(qū)間與4號(hào)線二期工程鐘漢區(qū)間相互跨越,兩條線路在鐘家村站實(shí)現(xiàn)同站臺(tái)換乘,如圖1所示。施工順序依次為:6號(hào)線右線-4號(hào)線右線-4號(hào)線左線-6號(hào)線左線。根據(jù)施工順序可知,6號(hào)線左線施工時(shí)需要下穿4號(hào)線左線,因此,當(dāng)6號(hào)線左線下穿4號(hào)線左線施工時(shí),需要對(duì)4號(hào)線左線的成型隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè),隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)作為監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容尤其重要。沉降監(jiān)測(cè)實(shí)施時(shí),4號(hào)線仍在掘進(jìn)施工,可以隨時(shí)進(jìn)入隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè),這樣可以舍棄成本較高的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案,選擇傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量監(jiān)測(cè)作業(yè)。由于4號(hào)線隧道正在掘進(jìn)施工對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的選擇提出了更高要求。要么選擇1．2 km外的車站布設(shè)絕對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng),要么選擇在監(jiān)測(cè)區(qū)域附近200 m～400 m的隧道內(nèi)布設(shè)相對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)。最終選擇了布設(shè)相對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng),基準(zhǔn)網(wǎng)由4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)1、2、3、4組成,間距為60 m,如圖2所示。

圖1　線路關(guān)系圖

圖2　基準(zhǔn)網(wǎng)示意

以2014年8月12日和2014年8月19日兩期觀測(cè)成果為例,對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)路線圖,如圖2所示,兩期高程觀測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

兩期高差觀測(cè)數(shù)據(jù)及權(quán)　表1

早在1971年德國測(cè)量學(xué)者Pelzer就提出了平均間隙法,用于檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中不穩(wěn)定點(diǎn)。其基本思想是:先監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行兩期圖形一致檢驗(yàn),如果檢驗(yàn)通過,則認(rèn)為所有參考點(diǎn)穩(wěn)定。否則,就要找出不穩(wěn)定點(diǎn)。尋找不穩(wěn)定點(diǎn)的方法是分組進(jìn)行不穩(wěn)定點(diǎn)搜索,直到圖形一致通過檢驗(yàn)。

現(xiàn)在用兩期觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn),設(shè)這兩期分別為第1,j期,根據(jù)觀測(cè)成果可得單位權(quán)方差估值為:

假設(shè)不同期觀測(cè)精度相等,可將式(1)合并起來得到共同方差估值:

式中,r=r1+rj。

作假設(shè)“兩次觀測(cè)期間點(diǎn)位沒有位移”,則可從兩期計(jì)算的坐標(biāo)差△X求得另一個(gè)方差估值:

其拒絕域?yàn)?

織RKIP蛋白相對(duì)表達(dá)為(0.64±0.11)顯著低于癌旁組織(1.12±0.22)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

如果上式成立,則認(rèn)為網(wǎng)中存在動(dòng)點(diǎn),需要進(jìn)一步判斷動(dòng)點(diǎn);如果不成立,則認(rèn)為網(wǎng)中各點(diǎn)穩(wěn)定,兩期圖形一致。

本案例中監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性分析首先采用平均間隙法,實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定點(diǎn)搜索。根據(jù)式(1)算得聯(lián)合方差根據(jù)式(3)算得則

取顯著水平α=0．05,查閱F檢驗(yàn)分位表得到F0．025(3,4)=9．98,由F=16．468＞F0．025(3,4),其位移顯著可信,存在動(dòng)點(diǎn)。

2．3分塊間隙法

發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中有不穩(wěn)定點(diǎn),則需將不穩(wěn)定點(diǎn)找出來,可以采用“嘗試法”。將監(jiān)測(cè)網(wǎng)中點(diǎn)分成兩組:穩(wěn)定點(diǎn)組(F組)和不穩(wěn)定點(diǎn)組(M組)。將△X、P△X進(jìn)行分塊:

由于△XF和△XM相關(guān),所以不能反映F組網(wǎng)形一致性,它受到M組的影響。為得到F組圖形一致性指標(biāo),作如下變換:

由此獲得:

式中第一項(xiàng)表達(dá)F組點(diǎn)的圖形一致,第二項(xiàng)為不穩(wěn)定點(diǎn)M組。

令:

即構(gòu)成F組點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量:

其拒絕域?yàn)?

若式(13)成立,則F組存在不穩(wěn)定點(diǎn);反之,則F組點(diǎn)都穩(wěn)定。借助于這種方法,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)全部不穩(wěn)定點(diǎn)搜索。

以本案例進(jìn)行說明,對(duì)于第一次檢驗(yàn),其數(shù)據(jù)與用平均間隙法檢驗(yàn)所的數(shù)據(jù)相同,首先剔除1號(hào)點(diǎn),假設(shè)2號(hào)3號(hào)和4號(hào)點(diǎn)是穩(wěn)定點(diǎn),根據(jù)上述檢驗(yàn)原理,按公式(12)計(jì)算F=10．07＞F0．025(3,4),位移量仍然顯著,所以要繼續(xù)剔除。再剔除2號(hào)點(diǎn),假設(shè)3號(hào)和4號(hào)點(diǎn)是穩(wěn)定點(diǎn),計(jì)算得F=2．503 4,查表得F0．025(2,4)= 10．65,由于F＜F0．025(2,4),位移量不顯著,可以結(jié)束檢驗(yàn),判斷動(dòng)點(diǎn)為1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)。

3　結(jié) 論

(1)本工程案例通過定期對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)檢測(cè)并進(jìn)行穩(wěn)定性分析,掌握了工程監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性,及時(shí)修正監(jiān)測(cè)網(wǎng)中不穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn),確保了監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定及完整。為該項(xiàng)目沉降監(jiān)測(cè)提供了依據(jù),達(dá)到了該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的預(yù)期。

(2)當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象位于施工區(qū)域,特別是軌道交通疊加隧道施工時(shí),布設(shè)低成本、高效率的相對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)并定期進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性分析,從而達(dá)到預(yù)期監(jiān)測(cè)目的,既節(jié)約了項(xiàng)目成本,又能及時(shí)、高效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(3)布設(shè)低成本、高效率的相對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)時(shí),建議基準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)不少于4個(gè),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況可將基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在不同的介質(zhì)上。

(4)平均間隙法與分塊間隙法相結(jié)合,進(jìn)行圖形一致性檢驗(yàn)后采用嘗試法逐個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)分析方法簡單,易于推廣應(yīng)用。

[1] GB 50308-2008．城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S]．

[2] GB50911-2013．城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]．

[3] 陳永奇,吳之安,吳中如．變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)[M]．北京:測(cè)繪出版社,1998．

[4] 劉祖強(qiáng),張正祿,鄒啟新．工程變形監(jiān)測(cè)分析預(yù)報(bào)的理論與實(shí)踐[M]．北京:中國水利水電出版社,2009．

[5] 王巖,岳建平,周保興等．工程控制網(wǎng)點(diǎn)位穩(wěn)定性分析方法的研究[J]．測(cè)繪通報(bào),2004(8):12～14．

Analysis on Stability of Relative Datum Network for Monitoring the Settlement of Overlapping Tunnels

Liu Renlong1,Yu Zhiqi2,Wang Xin2

(1．Shenzhen Geotechnical Investigation&Surveying Institute Co．,Ltd．Shenzhen 518028,China; 2．Wuhan Municipal Engineering Design&Research Institute Co．,Ltd．Wuhan 430015,China)

The datum network is the reference of the settlement monitoring,the datum benchmarks are basic control, and its stability is the most important guarantee for the monitoring．Based on the settlement monitoring of overlapping tunnel section near the zhongjia village station of Line No．6 and Line No．4 of Wuhan Metro,this paper give a detail analysis on the datum selection and the stability of the datum benchmarks．By using multi-times observations of leveling survey,the stable and reliable datum benchmarks are extracted by combing the average clearance inspection method and blocking clearance inspection method,which ensure the subsequent monitoring of the settlement in the construction．

settlement monitoring;datum benchmark;stability analysis;average clearance inspection method;blocking clearance inspection method

1672-8262(2016)01-28-03

P224．1

B

?2016—01—12

劉仁龍(1983—),男,工程師,主要從事軌道交通工程測(cè)量工作。