西安地铁运营期间地裂缝监测研究

西安地铁运营期间地裂缝监测研究

地铁二号线沿西安市南北向主客流走廊布设，穿越了西安市已发现的14条地裂缝中的10条。本文通过多种手段对线路运营期间地裂缝段的结构变形进行监测，获取了地裂缝段在运营期间的阶段性变形资料，并为后续的线路的设计、施工及结构变形监测提供了可靠的参考资料。

引言：

西安市地铁二号线位于城市南北中轴线上，于2011年9月16日正式运营。西安市地铁二号线是我国西北地区第一条建成通车的城市轨道交通，是我国第一条在湿陷性黄土地区建设的地铁，也是西安市一期规划中首条开通运行的地铁线路。地铁二号线一期工程穿越了西安市已发现的14条地裂缝中的10条，其中尤以f6、f6’地裂缝最为活跃，本文主要探究f6、f6’地裂缝的变形监测。

1、工程概况

f6、f6′地裂缝在地铁二号线体育场站-小寨站区间，区间长度为908.38m，采用暗挖法施工。该地裂缝在地表出露于长安立交下，主裂缝f6发育于北侧，次裂缝f6′发育于南侧，两者相距约10～15m。地裂缝造成地面开裂显著，宽度10～20cm，主裂缝南盘与次裂缝北盘均产生明显下错。立交桥附近路缘及桥下柱基均产生了明显的错动变形。

2、监测方法及实施

2.1地表沉降监测

地裂缝地表变形监测点在地裂缝上下盘两侧离地裂缝15、30米的间距分别布设观测断面。

地表沉降使用天宝DINI03水准仪，按照二等水准测量的要求，往返较差及环线闭合差控制在±0.3mm（n为测站数）以内，每站高差中误差控制在±0.15mm 以内。水准测量每次均从布设于沿线线路变形影响区域外基准点引测，监测过程满足“三定”要求，即仪器固定、人员固定、观测路线固定。

2.2道床沉降监测

地裂缝道床变形监测点在隧道上行线和下行线按照15m间距进行断面布设，共计6个断面，从北向南测点号依次为16-6-0至16-6-5。

道床沉降同样按照二等水准测量相关要求进行。区间两侧车站站台各布设1个工作基点，工作基点定时与地表基准点进行联测。由于监测时段在晚上，照明条件有限，为了提高监测精度，采用附合水准路线，并往返观测。同时沿线测站

均进行了标定，提高观测速度的同时减小人为误差。

2.3隧道结构收敛监测

隧道结构收敛监测点在f5地裂缝上下盘100m区域内布设，按15m间距布设一个断面。监测点采用粘贴规格为20mm×20mm大小的反射片。

结构收敛监测点采用徕卡自动全站仪TS30进行。观测时采用自由设站的方式，后视远处基准点，依次测取各点与基准点间的角度和距离，采用极坐标计算公式x=rcos（θ），y=rsin（θ）计算各点坐标，各点的坐标差即为结构收敛值。

2.4自动化监测

地裂缝自动监测系统，它主要包括两部分：

1）采用当前最先进的光纤光栅传感系统来对地铁隧道裂缝带实施点式-组网的精确位移自动监测。

2）采用新发展的激光定位系统作为对上述光纤光栅传感自动监测系统的一个有力辅助，来对地铁隧道地裂缝带的整体沉降及水平位移进行自动监测。

传感器实施全天24小时的实时、自动监测。

3、监测成果分析

3.1地表沉降

地裂缝地表沉降测点从监测成果分析，沉降量最大为-4.61mm，最小为0.41mm，平均沉降量为-2.44mm。另根据沉降量分布，北侧测点平均沉降量为-1.22mm，南侧测点平均沉降量为-3.35mm，北侧测点沉降趋势小于南侧测点。

3.2道床沉降

地裂缝道床沉降测点共布设12个测点，隧道左右线按照地裂缝走势对称布设。12个测点中最大沉降量为-7.17mm，最小为2.67mm，平均沉降量为-2.86mm，北侧测点平均沉降量为-0.18mm，南侧为-5.53mm，且与地裂缝相邻区域100m内的道床沉降测点，北侧测点平均沉降量为0.50mm，南侧为-1.30mm，与地表沉降测点趋势一致。

3.3隧道结构收敛

隧道结构收敛测点布设于左线隧道拱腰与拱顶位置，采用全站仪自动化监测。

隧道结构收敛测点分布于4个断面，其中有4个拱顶沉降测点。拱顶沉降测点最大沉降量为-2.65mm，平均沉降量为-1.22mm。

隧道结构收敛通过计算各测点间相对距离，通过距离差来判断隧道结构变化量及变化趋势。监测结果中，相对距离最大变化量最大为0.94mm，最小变化量为0.18mm，平均变化量为0.22mm。

3.4自动化监测

光纤光栅位移传感器布设于右线隧道。通过研发的“地质灾害监测系统数据接收及分析软件”，可以获得在地裂缝发生水平扭动情况下地铁隧道的位移变形具体数据。

自动化监测实时数据图

同时通过软件可以随时查看某个断面的监测数据，从数据曲线可以看出各个时段该断面测点的变化情况，同时结合当时隧道内的环境情况可以判定数据发生此变化的原因。自动化监测数据成果表中变化量最大为2.03mm。

结合左线全站仪自动化监测与右线光纤光栅位移传感器和激光位置传感测量装置所测数据对比分析，隧道结构整体变化量较小，在地裂缝及列车运行等外部因素影响下未产生明显形变。

4、结语

由于地裂缝这种地质灾害具有不可抗拒性以及随着时间缓慢变化的特点，需要相当长的周期系统地采样和大量的数据分析，才能掌握地裂缝长期的变化和发展趋势，因此地裂缝的监测研究工作任重而道远。

参考文献：

[1]门玉明等.西安地铁隧道穿越地裂缝带的计算模型探讨.地球科学与环境学报，V ol.33No.1Mar.2011

[2]陳德智.广州地铁隧道运营期间沉降监测及分析.都市快轨交通，第24卷第4期2011年8月