隧道监测对地铁隧道结构安全的重要性

张顺元

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广东广州510500

摘要：地铁隧道结构变形监测的特殊性、周期性和长期性,使其信息量非常庞大。信息管理是地铁隧道结构变形监测中一项重要的工作,现有的管理方式效率很低。为了高效、准确地管理监测信息,及时分析预报地铁隧道结构的稳定状况,隧道监测对保证地铁隧道结构安全具有十分重要的作用，并分析给出了地铁隧道结构病害的形成因素及产生的影响。

关键词：隧道监测地铁隧道结构安全重要性

引言

随着经济的发展,越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心,其安全问题不容忽视。无论在施工期还是在运营期都要对其结构进行变形监测,以确保主体结构和周边环境安全。对于地下铁路而言，隧道的沉降将会严重威胁列车运行安全。本着“预防为主、联动监管、分工负责、及时处置”的原则，重点对地铁隧道永久结构监测、保护区结构监测和巡查等所获得的信息进行分析和整合，及时发现问题并及时处置，对地铁运营安全维护具有重要意义。

1.工程概述

某地区的地铁隧道下行YDK21+560.9～YDK21+772.3、上行ZDK21+575.9～ZDK21+878.4在2010年12月27日的常规监测中发现隧道道床发生较大沉降。为了及时、准确地掌握该地段隧道结构的变形情况，保证隧道主体结构和列车运行安全，需对该地段进行周期性的加密监测。

2.监测方法与技术要求

工程监测人员在该地段上方发现有明显的堆土，经过现场的高程测量，测出实际覆土厚度最大为9.73m，超出了设计允许值，是引起本次隧道道床产生较大沉降的主要原因之一。针对该地段道床发生较大沉降的原因，对该地段进行了周期性的道床结构沉降监测，具体监测方法及技术要求如下：沉降监测采用运营期监测的高程系统，以车站内的XX1764、XX1769基准点为基准，每次监测先对基准点检校，然后将上、下行基准点与监测点各组成一条闭合水准路线进行监测。监测点布设在道床中间，30m一个测点，在发生较大沉降的下行YDK21+560.9～YDK21+772.3、上行ZDK21+575.9～ZDK21+878.4两地段每10m布设一个测点。详见道床沉降监测测点布置示意图1。

3.变形监测的实施

运营线路永久结构监测是指对线路结构、轨道和设备设施等进行的长期变形监测；保护区结构监测是指保护区内因其它工程的施工而对地铁结构进行的变形监测。巡查分为日常巡查和保护区巡查。日常巡查是指对结构、轨道、设备设施等进行的常态化形变和表象检查；保护区巡查是指对保护区范围内建设活动的检查及其对影响范围内地铁结构、轨道、设施设备等进行的形变和表象检查。变形监测是用测量仪器以地方坐标、线路或轨道中心线等为基准进行监测。当采用“独立、假定或相对”基准时，零状态应进行联测和定期对基准点进行复测。变形监测的主要内容有：水平和沉降位移、断面变形、收敛、垂直度、裂缝、渗漏水等。监测内容和频率应根据结构型式、线路所处水文地质条件等分别确定，并根据变形数据及时调整监测频率和内容。每次监测工作完成后应及时向相关单位提交监测报告，监测报告应包含本次变形量、累计变形量，变形速率、变形曲线图、裂缝与渗漏情况及图片等内容；零状态还应进行摄像，全面记录结构、轨道、设备设施等的初始状态。保护区结构监测方案应经专家评审通过，监测基准应与工后、轨后、永久监测保持统一或进行联测，并将它们的监测点纳入到保护区的结构监测工作中。相关部门应建立巡查制度并纳入到监测方案和监测报告中，并视巡查情况及时调整监测方案。

4.地铁隧道结构病害的形成因素及产生的影响

我国城市的地铁建设正步入高速发展的阶段，而在地铁隧道沿线附近或上方进行非地铁施工的建设项目也越来越多，这些项目存在卸载、加载、抽水、降水或振动等施工程序或因素，它们或多或少对地铁隧道结构产生一定的影响，如结构变形、倾斜、位移、隆起或沉降等等。具体影响有以下几种：

（1）可能导致隧道结构局部发生横向或纵向位移；

（2）可能导致隧道结构局部发生不均匀竖向变形。如果隧道变形位移达到一定量值以后，对不同工法构成的隧道结构产生不同的影响：（1）对于暗挖法施工的地铁隧道结构会产生沿隧道结构纵向或横向的裂缝，隧道结构的防水性能和耐久性随之降低；（2）对于盾构法施工的地铁隧道结构，其纵缝接头和环缝接头将增大张开量，隧道结构的防水性能和耐久性将降低，特别是当纵缝接头和环缝接头张开量达到5mm以上时，隧道结构将遭到无可挽回的损坏。如果隧道结构发生以上所述的性能降低或损坏，快速地铁列车的运营将受到制约甚至会发生安全事故。

5.隧道监测对地铁隧道结构安全的重要性

从本次工程实例上来看，正是由于地铁公司对隧道结构进行了长期的监测才避免了安全事故的发生。地铁隧道由于地质条件复杂、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）、列车的震动等，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。因而，运营单位加强

隧道监测对隧道结构安全有着多方面的意义。

（1）实时监测。运营单位根据运营安全的具体要求，建立自动化隧道监控模式，可实时监测地铁隧道结构的变化情况，对其中存在的问题采取有效的方案处理。在监测过程中，现场人员可及时掌握隧道结构病害发生的情况，通过分析病害的具体成因制定针对性的安

全管理方案。

（2）防范病害。防范各种病害也是隧道监测系统的重要功能之一，不仅对隧道结构发挥了良好的监测作用，对隧道周围地质病害也有监测防范的作用。针对地铁隧道结构潜在的安全隐患，及时设计科学的监测方案，有助于提高监测的准确性，从而起到防范病害，保证地铁隧道结构安全的作用。

6.存在的问题及对策

（1）结构监测是结构养护维修的一项重要内容，利用监测数据判断结构的安全并指导结构养修，两者密不可分，因此需要监测数据全面、准确、及时。但是目前大多数地铁单位监测内容及手段单一，仅将沉降监测作为监测项目，监测手段也是人工监测。在未来的监测工作中，可以逐步扩展监测内容，监测手段上大力推广自动化及人工辅助相结合，将单一性监测变成综合性监护，以全面把控地铁结构状态。（2）为防止管理部门及环节过多，容易导致工作流程繁杂，影响数据的及时性和准确性等问题，应加强各部门之间的联动。细化监测管理工作，多方面引进专业技术人才，进一步加大监测项目管控的力度、深度，加强现场巡查、抽检，加强对监测数据的分析、总结等，力争工作流程机制化、全面化，以切实适应各地区地铁的特点。

7.结语

地铁工程结构本身由于地基的变形及内部应力、地铁运营时反复的振动和曲线上未平衡的离心力等的作用，可能诱发区间隧道洞体的形变和隧道周围土体性质的变化和沉降。只有重视施工期间及竣工运营后变形监测资料的整理和积累，细化监测管理工作，进一步加强数据管控和联动机制，才能预防因结构变形造成的事故、保证地铁的安全运营。因此，加强永久结构监测和保护区结构监测的管控，对地铁维护具有重要的指导作用和实用意义。

参考文献：

1.周念清，魏诚寅，娄荣祥，缪俊发.基于模糊数学理论探讨评判地铁工程中地下水风险［J］.同济大学学报（自然科学版）.2011（11）.