【52監測網】第113期 廣州地鐵運營線網變形監測技術講解
 52監測網專家報告分享-第113期 《廣州地鐵運營線網變形監測技術講解》 邢良平 廣州地鐵 內容介紹： 一、線網概況 目前已開通一、二、三、三北、四、五、六、七、八、九、十三、十四、知識城、二十一、廣佛及APM線十六條線路，正線運營線路長度共計515km，覆蓋廣州所有城區。 廣州地鐵線網已開展的變形監測包括隧道、高架橋、建筑結構及其附屬設施等。 變形監測工作按其實施特點，又可分為常規監測、加密監測、地保項目監測等。
二、監測目的 ◇ 對正常運營的地鐵線網實施定期監測，掌握其隧道、高架橋段、地面段以及車輛段附屬建筑結構的動態變化，為判斷各類結構、基礎的安全狀況提供依據； ◇ 對定期監測數據進行綜合分析，總結其變形特點，預測隧道結構體變形趨勢； ◇ 通過對監測數據的分析為地鐵線網日常維修與新線建設提供寶貴的經驗資料。 ◇ 對有病害和周邊工程施工影響的地鐵線路實施加密或實時監測，能夠及時分析病害發展情況，為判斷結構的安全狀況及下一步的處理措施提供依據。 三、參考技術標準 GB 50157-2013 《地鐵設計規范》； GB 50107-2010 《混凝土強度檢驗評定標準》； GB 50446-2008 《盾構法隧道施工與驗收規范》； GB 50299-1999 《地下鐵道工程施工及驗收規范》（2003年版）； GB 50330-2013 《建筑邊坡工程技術規范》； TB/T 2820.2.2-1997 《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》； TG/GW103-2010 《鐵路橋隧建筑物維修規則》； JGJT8-2007 《建筑變形測量規程》 監測參考執行的技術標準 GB50026-2007《工程測量規范》； 鐵運[1999]146號《鐵路橋隧建筑物大修維修規則》； JTG D61-2005《公路圬工橋涵設計規范》； GDY/QW-AZ-YJ-12.02《廣州地鐵橋隧專業應急預案》； JS-GJ-01.01-2017-M1《廣州地鐵建筑結構設施維修規程》； 其他技術文件； 四、常規監測 ◎ 監測項目及頻率 隧道結構變形監測
橋梁結構變形監測
建筑物、網架、路基變形監測
◎ 監測儀器及精度
監測儀器及精度 ◎ 監測方法簡介 ◇ 水準儀監測結構沉降-閉合或附合水準 ◇全站儀監測隧道位移
◇ 全站儀監測隧道收斂
五、新技術應用 ◎ 正線邊坡預警系統 概況：2020年5月22日，廣州地鐵某區間3號洞口紅線外側發生滑坡，破壞地鐵圍網，未影響運營安全。為及時掌握邊坡變形情況，在該邊坡處建立北斗衛星自動化邊坡監測預警系統，對邊坡進行實時監控。
系統架構
設備參數
數據分析 由于衛星信號及解算精度影響，曲線走向表現出數據波動，監測數據在平面誤差±2.5mm的精度范圍內，滿足預期數據要求。
傾斜監測8個監測點位監測數據實際監測精度為±0.2°內，經進行滑坡模擬，對部分傳感器進行移動，圖中也顯示出有突變的情況發生，平臺相應地采取報警措施，響應時間為2min左右。
傳感器采集到降雨信息如下圖所示，近一個月降雨頻次較低，并無長時間跨度降雨，其中日降雨量最高為56mm，降雨對其他監測曲線未見影響。
氣象數據曲線圖 視頻主要是配合其他監測數據報警時，對邊坡進行查看，主要是洞口上方及線路側，建議定期對視頻遮擋植被進行清除，現階段暫無法實現圖像智能化比對功能。
視頻畫面 通過人為移動邊坡傾斜儀，監測數據曲線發生明顯突變，預警系統平臺立即發出報警信息并通過短信發送給監控人員，實現了坡體異常變化的額預警功能，能如實反饋現場變化。
◎ 隧道三維激光掃描監測 三維激光掃描技術可獲取現場隧道結構面的三維坐標數據，通過對三維點云數據的處理可重構隧道的三維模型，計算出各個管片的直徑、橢變等指標信息。
技術優勢 信息量豐富：一次作業能夠獲得隧道、道床、接觸網、限界等測量成果，實測地鐵沿線的幾何尺寸、結構變形、病害信息、設備調查，制作高分辨率影像和全景漫游視頻等豐富信息； 作業效率高：作業速度1-8km/h，在軌通之后即可同步開展質量檢查、竣工驗收和漫游巡檢等； 全面覆蓋：可謂建設期質量管理和竣工驗收提供全面詳實的資料，也可用于后續運營期的運營監測，實現全生命周期的高效監測； 無需照明：與采用相機技術比較，無需照明，方便實際的作業，自動采集、自動處理。 主要技術指標 收斂測量精度：盾構隧道直徑測量精度可達±1-2mm，礦山法隧道弦長測量精度可達±2mm； 錯臺結算精度：環向錯臺解算精度1-2mm，徑向錯臺解算精度2-4mm ； 激光影響與視頻分辨率：隧道影像平均分辨率2mm/pixel，道床影像分辨率最高0.5mm/pixel，提供1080p高清漫游視頻； 存在問題 影像分辨率還難以滿足裂縫識別的需求。 應用示例 ◇ 識別濕跡、滴漏、滲水、漏水等常見病害，包括類型、位置、走向等。
◇ 結合移動激光點云數據生成的隧道內壁影像、軌道道床影像，基于深度學習進行軌道扣件、隧道裂縫、隧道螺栓孔等附屬物或病害進行檢測。
◇ 軌旁設備調查，標繪支座軌旁關鍵設備的專題調查圖。
◇ 鋼環加固前，檢測管片變形后真實狀態，為預制鋼管片提供精確尺寸，也可用于管片加載試驗的數值模擬。
六、專項監測 ◎ 概況 白沙河大橋位于廣州市軌道交通六號線潯峰崗～河沙西入洞口區間，是一座連接白沙河兩岸的新穎無推力式系桿拱橋。主跨采用150m的單肋系桿拱，兩側對稱布置40m＋40m邊跨和次邊跨，主橋全長310m。
◎ 監測目的 ◇ 在地鐵運營期間對大橋結構變形實施安全評估，能夠為業主提供及時、可靠的信息用以評定白沙河大橋結構工程的安全性，并對可能發生的危及結構安全、地鐵行車安全等的隱患或事故及時、準確的預報，以便及時采取有效措施，避免事故的發生； ◇ 評估的數據和資料能夠使業主完全客觀真實地了解大橋結構安全狀態和質量程度，掌握大橋的關鍵性安全和質量指標，為后期地鐵大橋的維護及新的大橋建設積累經驗； ◇ 建立一套大橋結構狀態評估與分析系統，通過對數據進行分析處理，及時發現結構現存的缺陷與質量衰變，并評估其在所處環境條件下的可能發展趨勢及其對結構安全運營構成的可能潛在威脅，實現對該橋結構承載力、運營狀況和性能退化的長期監測和評估，掌握橋梁的運營狀態，并編制橋梁養護維修和加固建議。 ◎ 監測內容 根據相關評估單位建議及參考同行業內類似項目，對白沙河大橋進行以下監測： 結構應力檢測、白沙河大橋系桿及吊桿索力檢測、結構變形檢測、結構振動檢測、徐變測量、溫濕度監測。 ◎ 測點布置 ◇ 結構應力檢測點布置 白沙河大橋選取12個斷面進行應力監測，主梁斷面各布設8個測點，拱肋、Y構及橋墩斷面各布設4個測點，合計60個測點，詳見下圖。采用表面應變計固定在墩柱或主梁跨中的底部和頂部，來監測由于基礎不均勻沉降而帶來的應力變化。由于所監測橋梁對不均勻沉降更為敏感，需要加強沉降帶來的應力變化測量，墩柱、蓋梁及主梁應力測點布置的原則應以體現結構的內力控制斷面，準確反映結構內力變化為宜。
◇ 索力監測點布置 本橋共有12根系桿，其中主跨系桿4根，邊跨系桿8根，均選為測試系桿。共有43根吊桿，擬選取比較典型的7根進行測試，分別為主跨拱腳邊各2根、1/4、1/2、3/4Lp吊桿索力，測試吊桿示意圖見下圖。傳感器可通過螺母固定或粘貼的方式安裝在結構表面。
◇ 變形監測、徐變監測點布置 主梁撓度布設7個測點；橋墩沉降布設6個測點；拱肋空間變位共布設5個測點；主梁縱向位移監測對兩側次邊墩處伸縮縫進行監測，為增加數據對比性，每條伸縮縫設置2個測點，主橋共2條伸縮縫4個測點；本橋各類變形測點合計29個。
◇ 主梁結構振動監測點布置 根據白沙河大橋特點，選取主跨拱肋跨中、邊跨與主跨主梁跨中和邊墩、主墩墩頂布設8個加速度傳感器，詳見下圖。傳感器可通過螺母固定或粘貼的方式安裝在結構表面。
◇ 溫濕度監測點布置 為了掌握拱橋混凝土結構和鋼結構的溫度場分布,以期能研究橋梁的溫度應力大小。對于橋梁結構來講,鋼管和管內混凝土的溫度變化不同,所以需要分別監測鋼管和混凝土的溫度變化情況。考慮到引起橋梁應力的溫度作用主要為季節溫度變化和日照溫度變化引起橋梁不同部位的溫度差,但沿橋梁縱向方向的溫度變化不大,因此,在橋梁結構關鍵部位共布置8個溫度傳感器。
七、地保監測 ◎ 概況 項目大基坑圍護結構地連墻槽壁加固外邊線與3號線漢溪長隆站主體結構外邊線的最小水平距離為2.5m，與3 號線漢溪－市橋區間隧道外邊線的最小水平距離為3.7m。基坑圍護結構外邊線與換乘通道已有圍護樁結構外邊線的最小水平凈距為0.2m。
基坑與廣州地鐵三號線平面位置關系 項目大基坑與7號線車站1號風亭組結構已有圍護樁結構外邊線的最小水平凈距為0.75m，基坑圍護結構外邊線與7號線車站2號風亭組結構外邊線的最小水平距離為1.0m。非緊挨部分圍護結構外邊線與7號線主體結構外邊線的最小水平距離為22.2m。
長隆隧道與廣州地鐵三號線平面位置關系 ◎ 外部作業影響等級 ◇ 接近程度的判定標準
? 基坑與地鐵3號線盾構隧道段最小距離約為2.5米，故接近程度為非常接近。 ? 基坑與地鐵7號線車站及盾構隧道段最小距離約為22.2米，故接近程度為較接近。七號線附屬結構為非常接近。 ◇ 明挖法外部作業的工程影響分區
? 基坑與三號線地鐵盾構隧道距離在0.7h1以內區域為強烈影響區(本項目h1為20),為強烈影響區。 ? 基坑與七號線地鐵車站盾構隧道距離為22.2米，在0.7～1.0h1以內區域為顯著影響區(本項目h1為20)。七號線附屬結構為強烈影響區。 ◇ 外部作業影響等級的劃分
? 3號線影響特級為特級。 ? 7號線車站區間影響特級為二級，7號線附屬結構影響等級為特級。 ◎ 監測范圍及監測項目 根據經評審通過的評估報告的內容和相關單位建議，對3號線、7號線車站、附屬結構及隧道采取自動化監測系統+人工監測進行結構變形監測。 3號線監測范圍： ? 3號線車站主體結構站廳層（人工監測）； ? 3號線變形縫（自動監測+人工，主體與附屬結構間）； ? 換乘通道（人工監測）； ? 3號線左右線盾構隧道（漢市區間自動化監測，全站儀+靜力水準儀加密監測）； ? 3號線主體結構軌行區（自動化監測）； 監測項目： ? 車站段：人工監測項目為沉降（幾何水準）、水平位移監測； ? 區間隧道段：隧道沉降；隧道水平位移；收斂；變形縫張開量、裂縫（如需）；隧道斷面尺寸；道床與軌道變位。 7號線監測范圍： ? 7號線車站主體結構站廳層（人工監測）； ? 7號線車站附屬結構(1號風亭、2號風亭人工監測，地面風井口結構水平位移、沉降來替代車站內監測）； ? 7號線變形縫（自動監測+人工，主體與附屬結構間）； ? 換乘通道（人工監測）； ? 7號線左右線盾構隧道（漢南區間自動化監測）； ? 7號線主體結構軌行區（自動化監測）； 監測項目： ? 車站段：人工監測項目為沉降（幾何水準）、水平位移監測； ? 區間隧道段：隧道沉降；隧道水平位移；收斂；變形縫張開量、裂縫（如需）；隧道斷面尺寸；道床與軌道變位。
《廣州地鐵運營線網變形監測技術講解》 邢良平 廣州地鐵 |
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