CN102937439A - 地铁区间隧道沉降观测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁区间隧道沉降观测方法及其测量装置，测量方法包括测斜管的布设，水平测斜仪的设置，测斜数据的测量等步骤，测量装置包括测斜管，水平测斜仪，其中，测斜管中设置有固定方向的导向槽，水平测斜仪安装有导向轮，水平测斜仪的导向轮卡入测斜管的导向槽中；本发明的测点连续，可在地铁运营时间测量，且测量时间较短，成本较低。

Description

地铁区间隧道沉降观测方法及其装置

技术领域

本发明属于地下工程沉降变形观测领域，特别是一种地铁区间隧道沉降观测方法及其装置。

背景技术

地铁工程是改善大中型城市交通的重要基础设施。我国地铁建设晚于世界100年，已经投入运营的有北京、天津、上海、广州、南京、深圳等城市。据统计，近几年来有将近30个城市已经获批建设地铁工程。在城市交通日益紧张的背景下，市民对地铁抱有极大的期待。渴望地铁的建成能够给出行带来便利，同时也希望已经运营的地铁线路保持安全、舒适的良好状态。

但是，地铁工程多建于地下岩土体介质中，工程地质条件和水文地质条件复杂，具有很多不确定性，随着运营年限的增多或其它特定因素，会出现沉降变形过大及其次生病害。地铁车站多采用桩基础，沉降变形通常很小；而地铁隧道区间采用天然地基，沉降变形相对较大，且历时多年甚至几十年，特别软土地区。

地铁隧道过量沉降变形是地铁区间隧道工程的常见病症，特别是沿海沿江软土地区或软硬地层交错地带。它会引发结构开裂、管片严重错台、密封失效、地下水渗漏、螺栓锈蚀、道床脱空、铁轨下凹（沉降槽）、轨顶上调超限等次生病害。如不及时发现或预警，很可能诱发运行摇晃撞击、洞内卡车、受电不良停车等安全事故。如建成于1995年的上海地铁1号线在2012年春节期间就因区间隧道沉降变形达10～15cm甚至20cm等病害不得不封闭大修；广州、南京、深圳也陆续出现区间隧道沉降过大等病害，不得不进行维修。

因此，随着人们对地铁工程认识的深入，地铁区间隧道的沉降观测越来越受到管理者的重视。目前对地铁区间隧道的沉降观测还是用通常的工程测量手段，即沿隧道纵向每间隔几十米设置一个观测点，利用水准仪或全站仪进行逐点观测，经计算分析得到各点的沉降量（单次沉降量及累计沉降量），判断其是否超限，是否影响地铁运营及其影响程度。

但是地铁隧道不同于地面工程，采用通常的工程测量手段往往很难满足目前地铁隧道沉降的观测工作。相对于地面沉降观测，地铁隧道沉降观测通常面临以下问题：（1）隧道内通视条件差。即使在开灯条件下也是光线昏暗，不利于水准仪或全站仪观测。（2）洞内观测的“时间窗口”短暂。地铁属于“封闭空间”，非停运时段不得进入，一般只能在凌晨1点至4点才准许进入。（3）洞内观测只能从一端到另一端延续进行。洞内都属于沉降变形区，不像地面可以沿线设置几个基准点，可以多段进行。（4）洞内沉降观测分点进行。沉降观测点间距通常20-40米，特定条件下可加密至10米。同时观测点未必能设置在沉降最大点处。（5）每次观测时间持续较长。地铁隧道区间多为1km左右，一次观测需要2-3天。（6）即使目前的自动化监测（“测量机器人”或静力水准观测），也是对固定的观测点（间距十几米至几十米）进行观测，投资巨大，同时也是不能实行沿线连续性沉降观测。鉴于上述特点，目前地铁隧道沉降观测多限于已经发现明显沉降病害的区间段落，沉降观测数据在纵向上不具备测点连续性（观测点间距很小）特征，不利于沉降变形的全面了解和整体把握，容易导致险情遗漏。

综上所述，研发探索一种技术可行、测点连续、经济合理、操作简便的地铁隧道观测新技术，具有重要的现实意义和长远意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测点连续，可在地铁运营时间测量，且测量时间较短，成本较低的地铁区间隧道沉降观测方法及其装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种地铁区间隧道沉降观测方法，包括如下步骤：

步骤一：在地铁区间隧道道床上铺设测斜管，测斜管采用有弹性的管道，铺设时贴合隧道道床，其中，测斜管中设置有固定方向的导向槽；

步骤二：在测斜管内设置水平测斜仪，水平测斜仪被固定在测斜管内的导向槽上，可以沿导向槽滑动；

步骤三：水平测斜仪在测斜管内滑动，每滑动过固定距离观测一次倾斜数据，连续观测，直至完成整个区间隧道的倾斜观测，得到所测量的地铁区间隧道的倾斜数据。

一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，包括测斜管，水平测斜仪，其中，测斜管中设置有固定方向的导向槽，水平测斜仪安装有导向轮，水平测斜仪的导向轮卡入测斜管的导向槽中。 

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）常规沉降观测需要每隔20-30米设置一个（对）观测点，需要人员携带设备进洞内观测，而本发明不需要人员到洞内移动观测，且每隔0.5米测一数据，形成连续性的沉降数据。

（2）本发明所获取的连续性观测数据有利于沉降凹槽的发现，有利于整个区间的沉降分析，也有利于及时发现隐患（道床突沉或***）及时预警。

（3）本发明每次观测需要的时间较短，便于在地铁这个观测“时间窗口”短暂的特定环境内检测，而且本发明不需要刻意限定于地铁凌晨停运的时间窗口观测，可选择非上班高峰时段观测，增强了观测的灵活性。

（4）本发明可较大地降低工作强度（达2/3）及凌晨易于疲困易于出差错的局面，提高了项目投资效益。

（5）本发明的方法简单，使用方便，且设备成本低廉。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明的测斜管的截面示意图。

图3是本发明方法的流程图。

具体实施方式

本发明一种地铁区间隧道沉降观测方法，包括如下步骤：

步骤一：在地铁区间隧道道床上铺设测斜管，测斜管采用有弹性的管道，铺设时贴合隧道道床，其中，测斜管中设置有固定方向的导向槽；

步骤二：在测斜管内设置水平测斜仪，水平测斜仪被固定在测斜管内的导向槽上，可以沿导向槽滑动；

步骤三：水平测斜仪在测斜管内滑动，每滑动过固定距离观测一次倾斜数据，连续观测，直至完成整个区间隧道的倾斜观测，得到所测量的地铁区间隧道的倾斜数据。

其中，所述的测斜管沿钢轨方向布置在道床的中部或者两侧。所述的测斜管通过卡箍和膨胀螺钉固定。

一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，包括测斜管6，水平测斜仪1，其中，测斜管6中设置有固定方向的导向槽，水平测斜仪1安装有导向轮4，水平测斜仪1的导向轮4卡入测斜管6的导向槽中。所述的测斜管6为有弹性的管道。所述的水平测斜仪1的两端设置有连接头，连接头上连接有带有刻度的拉绳。所述的连接头连接有电缆线3，电缆线3的另一头连接有测斜读数仪5。所述的测斜管6上下两侧对称设有导向槽，水平测斜仪1的上下两侧对称设置导向轮4。所述的导向轮4设置两组。

本发明使用中的注意事项：

（1）在地铁区间隧道道床上敷设沉降观测用特定导管。

①导管采用测斜管作为探头导向管（外径60-70mm），测管内径开有导槽（通常2组，呈十字交叉）。

②将测斜管沿轨向根据需要敷设在道床中线或单侧（靠近隧道壁墙150mm左右，临近车站站台一侧），紧贴道床表面，每隔1米采用卡箍固定于道床上。测斜管一般2米一节，由专用卡槽接头连接。

③测斜管敷设时要保证一组导槽处于垂直方向。为便于特殊情况下摸清探头在管内的通行情况，每隔3米在测斜管的斜上方开凿直径15mm的观察孔。

④测斜管内要在敷设时放一根高强度尼龙牵引绳（索），两端长度有余。

⑤测斜管两端在非观测期间要采取口盖或其它堵塞措施，以免动物或杂物进入。

（2）正式测量前采用废旧探头进行导管通达性检查。

采用废旧测斜探头，做好首尾两端牵引绳连接，来回牵引通行一次，观察通畅性。若有异常及时查找原因采取措施。

（3）检查安装水平测斜仪，保证其处于稳定有效状态。

选好水平测斜仪，仔细检查工作状态，做好线缆、牵引绳的连接。线缆或牵引绳的长度标识要牢固清晰。要保证测斜探头和尾部均有带有长度标识的牵引绳连接。 

（4）拉行水平测斜仪进行隧道沉降观测。

将连接好的水平测斜仪从一端（假定为A端）沿导管竖向沟槽缓慢牵引到另一端（假定为B端）。

每隔0.50米处停拉探头5-8秒钟，记录（或自动记录）其显示仪上的稳定数据。注意必须保证数据测量的连续性，不得有间断节点出现，直至本次测量完毕。

（5）按上次相反方向拉行水平测斜仪重复观测一次。

在隧道另一端重新安装水平测斜仪，在同一导管内按相反方向（从B端到A端）测量一次。要求同前，做好数据记录。

（6）检查测量结果的可靠性、准确性。

将往返水平测斜数据对比作为检验观测数据可靠性准确性的方法（同一测点观测读数绝对值比较）是合理适用的。

（7）将往返观测数据的计算结果作为提交成果。

倘若误差在控制范围内，将同一测点往返测量结果平均值作为本次观测结果。

此方法作为消除误差的方法是可靠的。

（8）将每次沉降观测结果与两端车站测量基点联测。

将测斜导管两端断面中心的高程与两端车站测量基点（通常很稳定，必要时与外部基准点联测）联测，把水平测斜仪的测量结果（相对沉降量）转化为具有绝对高程意义的沉降观测数据。

（9）测斜导管的埋设时机选择和方式选择。

①埋设时机：最好在交工后通车前埋设导管，便于及时量测，建立初始状态数据；也可在后期需要时选择时机安设。

②埋设方式：最好在浇筑区间隧道混凝土道床时，将导管同时嵌入道床顶面，如此可很好地固定导管，也便于保护；也可在运营期采用卡箍固定方式。

实施例1：一种用于地铁区间隧道沉降观测方法及其装置，其中该装置包括测斜管6，水平测斜仪1，其中，测斜管6为有弹性的管道，且测斜管6内壁的上下位置开有导向槽，将测斜管6沿铁轨方向铺设在地铁区间隧道道床的中部，水平测斜仪1安装有两组上下对称的导向轮4，导向轮4卡入测斜管6的导向槽中，所述的水平测斜仪1具有驱动装置，能够沿导向槽在测斜管6中运动，并且水平测斜仪1安装有自动记录芯片，能够预设每间隔固定的距离对所测量的倾斜数据进行记录；所述的水平测斜仪1在测斜管6中每间隔0.50m测记一点沉降数据，且连续测量，直至隧道另一端。

实施例2：一种用于地铁区间隧道沉降观测方法及其装置，其中该装置包括测斜管6，水平测斜仪1，其中，测斜管6为有弹性的管道，且测斜管6内壁的左右位置开有导向槽，将测斜管6沿铁轨方向铺设在地铁区间隧道道床的中部，水平测斜仪1安装有两组左右对称的导向轮4，导向轮4卡入测斜管6的导向槽中，所述的水平测斜仪1的两端设置有连接头，连接头上连接有拉绳，并且水平测斜仪1安装有自动记录芯片，能够预设每间隔固定的距离对所测量的倾斜数据进行记录；所述的水平测斜仪1在测斜管6中每间隔1m测记一点沉降数据，且连续测量，直至隧道另一端。

实施例3：如图1和图2所示，一种用于地铁区间隧道沉降观测方法及其装置，其中该装置包括测斜管6，水平测斜仪1，其中，测斜管6为有弹性的管道，且测斜管6内壁的上下位置开有导向槽，将测斜管6沿铁轨方向铺设在地铁区间隧道道床的中部，水平测斜仪1安装有两组上下对称的导向轮4，导向轮4卡入测斜管6的导向槽中，所述的水平测斜仪1的两端设置有连接头，连接头上连接有带有刻度的拉绳，且连接头还连接有电缆线3，电缆线3的另一头连接有测斜读数仪5，使用时，拉动带有刻度的拉绳，使得水平测斜仪1在测斜管6中滑动，通过拉伸上的刻度可以确定每次拉动的距离，并且每经过固定的距离就记录一次测斜读数仪5上显示的数据；所述的水平测斜仪1在测斜管6中每间隔0.50m测记一点沉降数据，且连续测量，直至隧道另一端。

Claims (9)

1.一种地铁区间隧道沉降观测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在地铁区间隧道道床上铺设测斜管，测斜管采用有弹性的管道，铺设时贴合隧道道床，其中，测斜管中设置有固定方向的导向槽；

步骤二：在测斜管内设置水平测斜仪，水平测斜仪被固定在测斜管内的导向槽上，可以沿导向槽滑动；

步骤三：水平测斜仪在测斜管内滑动，每滑动过固定距离观测一次倾斜数据，连续观测，直至完成整个区间隧道的倾斜观测，得到所测量的地铁区间隧道的倾斜数据。

2.根据权利要求1所述的一种地铁区间隧道沉降观测方法，其特征在于，所述的测斜管沿铁轨方向布置在道床的中部或者两侧。

3.根据权利要求2所述的一种地铁区间隧道沉降观测方法，其特征在于，所述的测斜管通过卡箍和膨胀螺钉固定。

4.一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，其特征在于，包括测斜管（6），水平测斜仪（1），其中，测斜管（6）中设置有固定方向的导向槽，水平测斜仪安装有导向轮（4），水平测斜仪（1）的导向轮（4）卡入测斜管（6）的导向槽中。

5.根据权利要求4所述的一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，其特征在于，所述的测斜管（6）为有弹性的管道。

6.根据权利要求5所述的一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，其特征在于，所述的水平测斜仪（1）的两端设置有连接头，连接头上连接有拉绳。

7.根据权利要求6所述的一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，其特征在于，所述的连接头连接有电缆线（3），电缆线（3）的另一头连接有测斜读数仪（5），所述的拉绳带有刻度。

8.根据权利要求5~7所述的一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，其特征在于，所述的测斜管（6）上下两侧对称设有导向槽，水平测斜仪（1）的上下两侧对称设置导向轮（4）。

9.根据权利要求8所述的一种用于地铁区间隧道沉降观测方法的装置，其特征在于，所述的导向轮（4）设置两组。

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