上海地铁结构长期监测设计

上海地铁主体结构长期监测进行垂直位位移监测和区间隧道管径收敛监测。

2.1监测方法

垂直位移采用水准测量方法

隧道管径收敛监测采用全站仪全断面扫描法

2.2垂直位移

2.2.1高程系统与监测基准

垂直变形采用吴淞高程系（上海市城市高程系统）。

鉴于轨道交通线路轨道交通线路的网络化和上海市存在不均匀地面沉降的原因，目前上海市所有的深、浅埋水准点均不宜作为沉降监测控制网的高程起算点，从已有的测量成果资料反映，近10年间地面80%同名深、浅埋水准点沉降量达10mm-99mm，10%同名深、浅埋水准点沉降量达100mm-197mm，因此监测控制网选用城市基岩标作为高程起算点

运营期地铁以地铁竣工日期为监测时间基准

2.2.2长期沉降监测工作实施

2.2.2.1.监测控制网

垂直变形高程控制网采用逐级控制方案：

城市基岩标→基岩标间地面一等线路→地面地下水准联测→地铁站台基准点→地铁站台基准间通过地下区间隧道的二等水准线路→沉降监测点

地铁一号线高程控制网如下图所示

                               
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图1.4.1地铁一号线沉降监测高程控制网示意图

2.2.2.2执行规范

执行《国家一、二等水准测量规范》，其主要技术要求见表1.5.1、1.5.2、1.5.3。

表1.5.1单位：m

项 目 等 级	仪器类型	视线长度	前后视距差	任一测站 前后视距差累积	视线高度 (下丝读数)
一等	DS05	≤30	≤0.5	≤1.5	≥0.5
二等	DS1	≤50	≤1.0	≤3.0	≥0.3

测站观测限差表1.5.2单位：mm

项 目 等 级	基辅分划读数差	基辅分划所测 高差之差	上下丝读数平均值与中丝之差	检测间歇点高差之差
一等	0.3	0.4	1.5	0.7
二等	0.4	0.6	3.0	1.0

往返高差不符值、环线及附合路线闭合差的限差表1.5.3单位：mm

项 目 等 级	检测已测测段 高差之差	测段、路线、往返测 高差不符值	环闭合差及 附合路线闭合差
一等
二等

注：表中R、F、K分别为检测测段、环线或附合路线、测段、路线长度，以公里为单位

2.2.2.3.外业观测
外业观测应使用上表精度要求自动安平水准仪或电子水准仪及配套的铟瓦水准尺，水准仪及水准尺均应鉴定合格并在有效期内，性能良好。使用期间应按规范要求定期检测仪器i角。
2.2.2.3.1地面线路
地面水准线路从轨道交通线一端附近的基岩标开测，按一等水准测量精度施测，并闭合到轨道交通线另一端附近的基岩标。
2.2.2.3.2地面地下水准联测
为工作方便，将地铁车站出入口附近的一等水准测量线路点与地铁站台基准点进行联测，并与地上水准测量控制线路和隧道水准测量线路形成水准测量闭合环，施测精度按二等水准要求进行。
2.2.2.3.3隧道线路
地下水准测量按二等水准测量要求进行。为缩短观测时间，提高观测精度，测量采用2台电子水准仪分别在上、下行线同时进行观测，在进行路线测量同时按插入中间点的方式联测道床上的监测点。
限于现场条件，除线路点外各沉降点观测允许采用前后视不等距的方法观测，但必须提高对仪器i角的要求。建议仪器i角调校至小于±5″。
隧道线路测量路线采取单程观测，上下行线线路均起讫于两端的地铁车站站台基准点，分别组成附合线路。上、下行线形成一个闭合环，整条地铁隧道水准路线组成水准网。
地下水准测量在地铁停止运营半小时后后进行，以减少地铁运营震动影响。
2.2.2.4.监测频率
正常状况下2次/年，局部差异沉降大的区段加密监测。
2.2.2.5.内业数据处理
2.2.2.5.1控制网平差计算
1.外业观测资料验收与质量评定
平差计算前应先对外业观测资料进行检查与质量评定。
计算环线闭合差和附合线路闭合差，两者均应小于规范的限差规定。
按环线闭合差计算每千米水准测量高差中数的全中误差Mw
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h为测段高差，
k为A点到待求点E的测段数，
n为测线总测站数，
HE(A)为由A点起算的待求点E的高程。
由同名点的两次高程差得到各监测点的沉降量。计算公式为：
BCi=Hi-Hi-1(式2.3.4)
LJi=Hi-H0(式2.3.5)
式中:BC为本次沉降量,LJ为累计沉降量,H0为首次高程,H为各次平差高程,i为第某次观测。
根据各连续监测点的沉降量和里程计算隧道变形曲率半径，绘制各种图件
2.3隧道管径收敛监测
2.3.1管径收敛监测方法
长期监测的隧道管径收敛监测沿用了隧道竣工资料编制时使用的全站仪全断面自动扫描采集数据,拟合计算半径方法进行。
必须指出，此方法计算得到的半径值並非是实际值而与变形模型有关，存在一定的模型误差，但对结构的长期监测而言是有相当的参考价值的。
2.3.2精度要求
有关规范未提出明确的隧道收敛变形允许值指标，现根据上海地铁严格限制荷载作用下结构变形小于1‰D设计要求,取其1/2作为管径收敛测量精度指标,按地铁隧道内径D=5500mm计算管径测量的中误差≤±3mm。
2.3.3横断面设置与外业观测
隧道横断面应为隧道轴线的法线方向，实际工作中以管片环的前(后)端边作为隧道横断面方向,右图中m,n点位置设置两个固定断面方向标记，两标记间的垂面上各测点组成隧道横断面。外业观测时设仪器于两断面方向标记连线A点上,按设定的测点密度自动测定並记录断面方向上各点的三维坐标。按需人工增補测点。
2.3.3断面数据处理
外业观测得到的管片內管壁点坐标值经剔粗处理,利用这些数据可描绘出管片环形狀。
根据对管片环变形的认识与理解,可对管片环形狀进行量化。目前采用橢圆方程按最小二乘原理进行拟合计算,计算出该断面的长短直径（即竖向直径和水平直径）。
管径收敛量根据前后期两期断面数据比较得到。