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城市地铁监测的内容和范围在城市地铁施工建设过程中会对地下原有土层、岩石应力产生破坏，为了达到新的平衡，被开挖隧道周边的土层、岩层会发生一定的移动，同时地下水平衡也发生变化，这样便对周边的建筑物、构筑物造成一定的影响。为了安全施工、预防事故的发生，根据地铁工程的要求，需要做大量的监测任务，监测的内容有：建(构)筑物的沉降、倾斜、裂缝观测及成因分析；地下水位监测；沿线重要设施，如桥梁、立交桥、人行天桥、铁路、高压铁塔、电视塔等沉降和倾斜监测；道路及地表沉降观测；地下管线沉降监测；车站基坑围护结构变形监测；矿山法施工隧道拱顶下沉和收敛监测；地裂缝监测。城市地铁监测的范围为站、线结构物外缘两侧30m范围内（或2倍基坑开挖深度或2倍隧道埋深范围）的地下及地面建筑物、构筑物、地下管线、地表及道路等。围护结构水平位移监测:围护结构水平位移监测主要使用全站仪及配套棱镜组等进行观测。水平位移的观测方法很多，可以根据现场情况和工程要求灵活应用。常用的测量方法有：视准线法、小角度法、控制网法、极坐标法。下面分别介绍：视准线法：该方法适用于基坑直线边及直线支撑杆件的水平位移观测。如下图2-3所示：如果场地有条件的话，可沿基坑某一测量边向后2倍开挖距离外设置测站（工作基点）。场地狭小的话，可将测站（工作基点）设在基坑围护结构的转角上，所测得的位移值是相对基坑转角处的位移值。全站仪架设调平后，照准与基坑相反方向的一工作基点作为后视方向，用T型尺设置在观测点上，读取数值。一般用经纬仪/全站仪正倒镜读数4次，取中数作为一次观测值。初始值观测时要观测两遍，以保证无误，以后每次观测结果与初始值比较，求得测点的水平位移量。A、B——基坑两端的工作基点；a、b、c——位移观测点图2-3视准线法观测示意图Fig.2-3Schematicdiagramofcollimationlineobservation小角度法：该方法适用于观测点零乱、不在同一直线上的情况。在离基坑2倍开挖深度距离的地方，选设测站A，若测站至观测点T的距离为S，则在不小于2S的范围之外，选设后方向点A’。用经纬仪/全站仪观测β角，一般测2～4测回，并测量测站点A到观测点T的距离，如下图2-4所示：A′2SALBST基坑bBcaA基坑图2-4小角度观测示意图Fig.2-4Schematicdiagramofminorangleobservation为保证β角初始值的正确性，要2次测定。以后每次测定β角的变化量，按下式计算观测点的位移量：ΔT=Δβ/ρ×S（2-1）式中Δβ——β角的变化量；ρ——换算常数3600*180/π=206265；S——测站至观测点的距离。如按β角测定中误差为±2″，S为100m，则位移中误差约为±1mm。控制网法：该方法适用于要求测出基坑整体绝对位移量的情况。控制网的建立可根据施工现场通视条件、工程精度要求，采用边角交会、附合导线法等。各种控制网均应考虑图形强度，长短边不宜悬殊。先采用平面控制网求出基坑各角点的位移量，再叠加用前述方法求得各观测点的相对位移量，即为基坑的整体绝对位移量，但是此方法对仪器的要求较高，测量工作量较大。极坐标法：使用极坐标法直接在工作基点上观测变形点到测站的距离和该方向与某一基准方向的夹角，直接计算变形点的坐标，通过坐标变化量来反映监测点的位移量。④水平位移监测主要技术要求变形监测的精度等级应根据各类建（构）筑物的变形允许值进行估算或参考类似工程进行确定，二等水平位移监测控制网主要技术要求见下表2-3。表2-3水平位移监测控制网的主要技术要求Tab.2-3Basictechnicalrequirementsofhorizontaldisplacementmonitoringcontrolnetwork等级相邻控制点点位中误差（mm）平均边长（m）测角中误差（mm）最弱边相对中误差主要作业方法和观测要求II±3.0150±1.8≤1/70000按国家三等三角测量⑤数据计算采用严密平差计算各监测工作点和监测点坐标，与既有坐标比较即可知道围护体系是否发生了变形。应该注意的是测区的基准点不应少于3个，工作基点多少视监测情况而定；对埋设后的监测标志点（桩），应采取适当的保护措施，防止受到毁坏；使用仪器进行观测时，要尽量减少仪器的对中误差、照准误差和调焦误差的影响；监测基准点和工作基点在有条件的情况下采用强制对中设备，以减少对中误差对观测结果的影响。土体倾斜监测倾斜监测包括桩体的倾斜监测和土体的倾斜监测。测斜监测通过活动式测斜仪进行，在需要进行测斜监测的部位埋设与活动式测斜仪配套的测斜管。测斜管内部有两对互成90°的导向滑槽，把测斜仪的一组导向轮沿测斜管导向滑槽放入管中，一直滑到管底，每隔一定距离（500mm或1000mm，视工程需要而定）向上拉线（标有刻度的信号线）读数，测定测斜仪与垂直线之间的倾角变化，即可得出不同深度部位的水平位移。如下图2-5所示为测斜原理示意图，测斜仪的倾斜方向带有符号，即图2-5中得出的Δi有正负号。测斜仪变形后曲线基准线L1=∑△i△i图2-5测斜示意图Fig.2-5Schematicdiagramofinclinationmeasurement①测斜管的布置与埋设测斜管一定要按照设计要求埋设，桩体倾斜管埋设见图2-6，土体倾斜管埋设见图2-7。埋设要求：倾斜管的槽向要垂直于基坑（图2-8a）；绑扎要固定牢固避免脱落（图2-8b）；接头要密封处理（图2-8c）；倾斜管要及时接长修补（图2-8d）；测斜管露出地面部分要有明显的标志和孔（图2-8e）。基坑内侧地表10PVC测斜管108钻孔用沙回填测斜管钢筋笼主筋钢筋笼斜筋钻孔桩壁注：测斜管用绑扎条固定在主筋上基坑内侧导塘基坑外侧基坑外侧图2-6桩体倾斜示意图图2-7土体倾斜示意图Fig.2-6SchematicdiagramofpilebodyinclinationFig.2-7Schematicdiagramofsoilbodyinclinationφφ图2-8倾斜管安装示意图Fig.2-8Schematicdiagramofinstallinginclinedtube②测斜监测的方法当测斜管布置好、稳固后，随着工程的进度，将定期进行测斜观测。在进行测斜观测时，首先将仪器连接好，检查仪器，仪器正常后再进行测量。将测头导轮卡置在预埋测斜导管的滑槽内，轻轻将测头放入测斜导管中，放松电缆使测头滑至孔底，记下深度标志。当触及孔底时，应避免过分冲击。将测头在孔底停置约5分钟，使测斜仪与管内温度基本一致。将测头拉起至最近深度标志作为测读起点，每0.5m测读一个数，利用电缆标志测读测头直至测斜管顶端为止。每次测读时都应将电缆对准标志并拉紧，以防止读数不稳。将测头调转180°重新放入测斜导管中，将测头滑到孔底，重复上述步骤在相同的深度标志测读，以保证测量精度。通常采用正反测量以提高精度，导轮在正反向滑槽内的读数将抵消或减小传感器的零偏和轴对准所造成的误差。观测结束后，绘制测斜曲线。将在围护结构中同一测斜管的不同深度处所测得的累计变位值点在坐标纸上连接起来，从而得到位移—历时曲线，孔深—位移曲线。水平位移速率突然过分增大是一种报警信号，收到报警信号后，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中出现了什么问题，并及时采取保证施工安全的对策。监测频率与警戒值监控量测的监测频率视监测断面距开挖面的距离和沉降速度而定，正常情况下参照下表2-4的频率进行监测。当出现较大的绝对沉降或不均匀沉降时应加大监测频率直至持续监测。当地表、道路监测点的沉降速率3mm/d，建（构）筑物沉降速率1.5mm/d，地下管线监测点的沉降速率1.2mm/d时，监测频率应改为1次/d。每个监测对象的监测周期分为3个阶段：施工前期、施工期和稳定期。施工前期是指监测点附近的车站或区间尚未施工的时间，该阶段只需对监测点施测两次或三次，取得各监测点的平均值作为初始测量值；施工期是指监测点临近车站或区间施工开始到施工结束为止，监测频率参照表2-4的规定；稳定期是指土建施工结束后的继续跟踪监测阶段，一般一个月或两个月观测一次，直至最后3个观测周期的变形量小于观测精度为止。监控量测监测频率见表2-4。监测警戒值的确定应满足《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）和相关规范的要求。结合工程实际情况，监测项目的监测警戒值确定为：一般支护结构桩顶水平位移警戒值取0.8倍设计容许值；基坑围护桩测斜警戒值取0.8倍设计容许值。对于测斜光滑的变化曲线，若曲线上出现明显的折点变化，也应做出报警处理。建（构）筑物沉降、倾斜、裂缝警戒值可根据各工点建（构）筑物的结构类型及基础类型并依据相关规范制定。地表沉降警戒值根据各工点地质情况和周边环境并依据设计文件和相关规范制定。中立柱沉降警戒值根据各工点地质情况和周边环境并依据设计文件和相关规范制定。支撑轴力根据设计计算书确定，警戒值取0.8倍设计容许值。其中支撑轴力设计允许最大值在确定了第三方监测单位后由业主提供。隧道拱顶上沉根据各工点地质情况和周边环境并依据设计文件和相关规范制定。隧道周边净空收敛根据各工点地质情况和周边环境并依据设计文件和相关规范定。地铁平面控制测量基准选择城市地铁轨道交通属线状工程，且相邻点相对精度要求高，现有城市控制点无论数量和精度上都难于满足城市地铁轨道交通建设需要，因此必须独立布设平面控制网。所设平面控制网的坐标系统应与所在城市现有坐标系统一致。考虑到全球定位系统GPS、全站仪已被广泛使用且有较高的精度，完全可用于城市地铁轨道交通控制测量。因此将城市轨道交通工程地面控制网分为两个等级布设，一等为全球卫星定位控制网（简称GPS网），二等为精密导线网（锁）。《工程测量规范》和《城市测量规范》等均对长度综合变形的容许值做出了明确规定。选择独立坐标系时，变形不超过±2.5cm/km，相对精度可优于1/40000。《城市轨道工程测量规范》要求在同一城市内的轨道交通工程控制测量应满足：平面和高程系统应与所在城市平面和高程系统一致；工程建设前应在城市一、二等平面和高程控制网的基础上，建立专用平面高程施工控制网，其与现有城市控制网重合点的坐标及高程较差，应分别不大于50mm和20mm。GPS网测量方案的审核有很多方面，结合城市轨道交通工程特点，重点应从以下几个方面进行审核。①检查两期GPS网是否有重合点由于城市轨道交通网建设周期较长，各线路分期建设，各条线路互有交叉换乘，所以布网方案中不仅要考虑每条线路独立沿线路布点，而且线路之间的交叉地区必须有一定数量的重合点，以保证各条线路间的衔接。因此应按线路的规划检查重合点的位置是否妥当，及两期施测结果是否符合限差要求。②检查坐标系统与城市控制网是否一致考虑到城市轨道交通工程建设与城市建设密不可分，测量资料互相利用，因此城市轨道交通控制网必须与城市控制网的现有坐标系统一致。为此GPS控制网内应重合3~5个原有城市二等控制点或城市里的国家一、二等点。当包含的点太少时，对GPS网约束平差时剔除不兼容的已知点不利，即对约束平差选择优化方案不利。③检查GPS点相对于车站、竖井的位置是否恰当为保障向地下传递方向的准确性和方便，最好用长边作为传递的起始方向，因此GPS点的位置选择尤为重要，既不能太靠近线路又不能太远离，最好在隧道洞口，竖井和车站附近布点，且能与相邻的两个控制点通视。地铁高程控制网复测结果精度分析与评价①两期水准点间高差较差的限差设两相邻水准点间的原测与检测高差分别为Ih和IIh，测量精度相同，即hhhmmmIII。因为IIIhhh，根据误差传播定律可得2II2Ihhhmmm则有，hhmm2而，KMmWh故，KMmWh2则，KMhW22限式中K——水准点间水准路线长度（km）；WM——水准测量每千米高差中数的全中误差（一等水准2mm，二等水准4mm）。②两期水准点高程较差的限值由于水准网是沿城市轨道交通工程线路布设并附合在城市一、二等水准点上的。按照城市二等水准点平均间距4km推算，则水准点的最弱点