安徽二水测绘院 安徽芜湖 241000
摘要：城市轨道交通施工对周边土体及建构物扰动大，为保障施工安全，预测和降低施工风险，优化设计施工方案，指导安全施工，对施工周边环境和本体进行施工监测，为保证监测数据可靠性、有效性，本文从监测准备、监测内容、测点布设及测设方法等方面进行了探讨。
关键词：监测等级；监测方法；监测内容；监测控制网；监测点布设
近年来，城市发展迅速和机动车进程的不断加速，交通拥堵成为制约我国经济发展的重要问题之一，城市轨道交通因环保、快捷、安全等优势，在城市发展中迅速兴起；城市轨道交通建设环境复杂、规模大、周期长、施工难度大，对周边土体、人工建筑扰动大，在施工建设阶段为保障周边建筑及车辆行人安全和工程本体及施工人员、车辆安全，须在在施工初期和施工建设阶段进行施工监测。
引言
本文基于芜湖市地铁2号线工程从城市轨道交通施工监测等级、方法、基准网布设、监测点布设及测设等方面探讨了施工监测质量保证措施，从监测方面保证工程施工安全。
1. 监测等级
工程监测等级由工程自身风险等级和环境风险等级综合确定。本项目标段各基坑监测等级定为一级，不同等级决定监测精度、监测内容和采用不同测设方法。
2. 监测方法
监测方法：基坑监测以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。观测点的布置应能满足监测要求。各监测项目在基坑施工影响前应测得稳定的初始值，且不少于两次。当变形超过有关标准或场地条件变化较大时, 应加密观测; 当大雨、暴雨或基坑边载条件改变时应及时监测; 当有危险事故征兆时, 应连续观测。
3. 监测内容
本次监测项目主要如下：
1、围护桩顶部水平和竖向位移；
2、深层水平位移；
3、支撑内力；
4、地面沉降；
5、地下水位；
6、建筑物竖向、水平位移、倾斜；
7、基坑周边管线变形；
8、周边建筑物、地表裂缝；
9、临时立柱竖向、水平位移；
10、支护桩侧向土压力。
4. 监测控制网的实施
为确保工程施工安全在车站及附属结构、开挖段和联络通道施工过程中必须对周边环境和本体进行监测，为确保监测数据的连续和消除测量系统差异必须布设统一的监测控制网。监测网分为平面控制网、高程控制网。
4.1变形监测平面控制测量
基准点设立于施工区外稳定可靠的位置，基准点是位移监测的起算点，要保持基准点之间的图形结构，以保证足够的精度。工作基点设于测区附近相对稳定的位置，以点位稳固，方便由基准点向工作基点引测，并便于测量各监测点。
测点采用强制归心的水泥观测墩，测点标志埋设时应保证与相邻测点间的通视，保证强制对中标志顶面的水平，测点埋设完毕后，应进行必要的保护、防锈处理，并作明显标记。
每个测区须布设至少3个基准点，4个工作点，位于测区相对稳定的地区，点位要深埋。
测点总体上要遵循分级布设，逐级控制的原则。水平位移基准点及工作基点必须使用强制对中装置。水平位移基准点及监测控制点组成附合、闭合导线或导线网。
水平位移基准网可采用导线网、三角网、边角网、基准线等形式和方法。依据现场施工情况，本次采用导线网，基准网应满足：相临基准点的点位中误差 3.0 mm；测角中误差 1.8″；最弱边相对中误差1/70000。
4.2 高程控制网测量
1、基准网布置原则
选取建于基岩之上的基岩标作为地铁长期沉降的首级控制点，以从基岩标作为起算依据的一等附合水准网作为高程控制测量的骨干网，地面水准路线按地铁路线走向布设二等水准路线，点数不应少于3个。
2、高程监测基准网测量
监测基准网测量要求按二等水准测量有关标准执行，测站设置主要精度指标要求和限差技术要求如表7.1-2、7.1-3。
表4.2-1 二等水准测量测站技术要求
注：k——测段、区段、路线长度，单位为千米（km）；当测段长度小于0.1km时，按0.1km计算；L——附和路线长度，单位为千米（km）；F——环线长度，单位为千米（km）。
5. 监测布点要求及监测方法
5.1基坑监测点布设原则
基坑监测点的布设位置和数量应根据施工方法、工程监测等级、地质条件及监测方法的要求等综合确定，并应满足反应监测对象实际状态、位移和内力变化规律，及分析监测对象安全状态的要求。
支护结构监测应在支护结构设计计算的位移和内力最大部位、位移和内力变化最大部位及反映工程安全状态的关键部位布设监测点。
监测点布设时应设置监测断面，且监测断面的布设应反映监测对象的变化规律，以及不同监测对象之间的内在变化规律。监测断面的位置和数量应根据工程条件及规模进行确定。
5.2基坑施工监测点的布设及施测
（1）围护桩顶部水平位移、竖向位移
水平和竖向位移监测点宜为共用点，监测点应布设在围护桩顶上。
围护桩水平和竖向位移监测点的间距20m左右，原则上有测斜孔处必须设置水平和竖向位移监测点,局部关键位置适当加密。
用冲击钻在连续墙冠梁顶钻孔，放入预埋件或测量标，灌入水泥砂浆或凝固胶水，待测件稳固后，方可施测，或在浇筑地下连续墙冠梁顶混凝土时将预埋件或测量标插入，对应墙体测斜孔位置应布置。
沉降测量采用精密水准仪，通过联测稳定的高程基准点，建立固定的水准线路，计算各监测点的高程。监测点与基准点或工作基点组成符合路线或闭合路线，每次应联测2个以上基准点或工作基点。监测等级按二等水准观测执行。
水平位移测量采用全站仪来进行测量，测量方法采用极坐标法。水平位移监测网采用假定坐标系统，每次监测前，应对水平位移基准点进行稳定性复测，并以稳定点作为起算点。
首先在基准点架设全站仪，测量起始方向到工作基点的水平角和基准点到工作基点的距离，通过计算得到工作基点坐标；量测各测点与工作基点的水平角和工作基点与各测点的距离，通过计算得到各测点的坐标值，两次坐标值的差就是测点位移变化量。
水平角观测：从基准点测量工作基点观测4个测回，从工作基点测量监测点观测2个测回，2C较差<12〞，半测回归零差<8〞，同方向测回较差<8〞，距离观测：按《建筑变形测量规范》电磁波测距二级精度测量，测回数至少四个测回，一测回读数间较差<3mm。
（2）深层水平位移
深层水平位移监测点沿基坑围护桩体布设，布设间距为40米，基坑各边中间位置、阳角位置及其他代表性位置的围护桩体应布设深层水平位移，深层水平位移监测点的布设位置宜与围护桩顶部水平和竖向位移监测点处于同一个监测断面，测斜孔孔深应与围护结构同深。
测斜管选用内径60mm的PVC管，其外壁有一对凹槽，内壁有二对相互垂直深3mm的导槽，将测斜管逐节绑扎在围护结构钢筋骨架迎土面一侧上，管间用管套衔接，自攻螺丝固定并密封。测斜管的顶底两端头用布料堵塞，盖好管盖；检查测斜管内壁的一组导槽，使其与围护墙体水平延伸方向基本垂直；测斜管内注入清水，防止其上浮；测斜管口高度应与围檩设计高度相当。
深层水平位移监测前，应用清水将测斜管内冲刷干净。监测时将测斜探头滑轮沿测斜套管内壁导槽（与基坑边线垂直）渐渐下放至管底，恒温一段时间后自下而上以0.5m间隔逐段量测，然后将探头旋转180度，在同一导槽内再测量一次，合起来为一测回，由此通过叠加推算各点的位置值。固定起算点位置设在测斜管的底部。
每个测斜管每测点的初始值，为测斜管埋设稳定后并在开挖前取2测回观测的平均值。施工过程中的日常监测值与初始值的差为其累计水平位移量，本次值与前次值的差值为本次位移量。
（3）支撑内力监测
支撑内力监测宜选择基坑中部、阳角部位、深度变化部分、支护结构受力条件复杂部位及支撑系统在起控制作用的支撑，支撑内力监测应沿竖向布设监测断面，每层支撑均应布设监测点，每层支撑监测数量不少于每层支撑数量的10%，且不少于3根。
监测断面的布设位置与相近的支护桩深层水平位移监测点宜共同组成监测断面，采用轴力监测时，监测点应布设在支撑的端部；采用钢筋计或应变计监测时，可布设在支撑中部或两支点间的1/3部位，当支撑长度较大时可布设在1/4点处，应避开节点位置。
传感器埋设前需检查其无受力状态时频率，当其与出厂标定初始频率在误差范围内时方可采用。应在使用前分两次测定初始读数，取平均值为其初始值。测试传感器的频率值，用公式换算为支撑轴力（KN）,计算公式为:
注:F-支撑受力值（KN）；K-标定系数（KN／HZ2）；i-观测频率值：0-初始频率值。
日常监测值与初始值的差值为其累计变化量，本次值与前次值的差值为其本次变化量。
（4）地面沉降监测
地面沉降监测应根据基坑规模和周边环境条件，选择有代表性的部位布设垂直于基坑边线的横向监测断面，每个横向监测断面监测点的数量和布设位置应满足对基坑主要影响区和次要影响区的控制。
地面沉降监测应为围护结构周边1.5倍基坑开挖深度的监测范围，每间距40米布置一个监测断面，每个断面共布置10个监测点，监测点及监测断面的布设位置宜与周边环境监测点相结合。
对处于城市敏感部位或关键部位的工程，如重要建筑物或构筑物、城市主干道或其交叉路口、重要管线或管道、密集住宅小区等布设地面环境监测点，布设地面深层监测点。在地面深层沉降监测点布设时穿透路面结构硬壳层，沉降标杆采用Φ25mm螺纹钢标杆，螺纹钢标杆深入原状土60cm以上，沉降标杆外侧采用内径大于13cm的金属套管保护。保护套管内的螺纹钢标杆间隙用黄砂回填。金属套管顶部设置管盖，管盖安装须稳固，与原地面齐平；为确保测量精度，螺纹钢标杆顶部应在管盖下20cm。
监测方法及技术要求按二等水准执行。日常监测值与初始值的差值为其累计变化量，本次与前次测得之值的差值为其本次变化量。
（5）地下水位监测
地下水位观测孔应根据水位地质条件的复杂程度、降水深度、降水影响范围和周边环境保护要求，在降水区域及影响范围内布设的地下水位观测孔，观测孔数量应满足掌握降水区域和影响范围内的地下水位动态的变化要求。
地下水位观测孔在基坑止水帷幕外2米布设，测点纵向间距约40米或相邻建筑物及管线密集处布设地下水位观测孔。水位管的导管段应顺直，内壁光滑无阻力。接头采用外箍接头，观测孔孔底应设置沉淀管，观测孔内水位应与地层水位一致，且连通良好。
水位管管口高程可用水准仪测得。管口顶部至管内水位的高差由水位计测出，由此计算水位与自然地面相对标高。各孔水位高程的初始值在观测管埋设稳定后并在基坑开挖前两次测定，取平均值为其初始值。管口至管内水面之深度即为本次地下水位观测值。
日常监测值与初始值的差值为其累计变化量，本次与前次测得之值的差值为其本次变化量，填写成果汇总表，并绘制水位变化曲线图。
（6）建（构）筑物的沉降、倾斜和裂缝监测
基坑工程施工时周边建筑物的保护为重点保护对象，对建构筑物监测点的设置范围为1.5倍的基坑开挖深度范围的所有建构筑物均设置监测点，对于每个建筑物的角点、中点、结构分界处、变形缝及严重开裂处均应设置沉降监测点，建构筑物每个边监测点间距不大于15m；裂缝监测根据现场情况在施工前进行拍照、量测等监测工作。
沉降点用冲击钻打洞固定在建筑物上。
对高度大于20m的建筑物除采用沉降测量外，还应对建筑物的倾斜变化进行监测。
在建筑物有裂缝或者施工后出现裂缝明显变化，可粘贴石膏饼或用游标卡尺、数字显微镜对裂缝进行监测。
裂缝监测采用游标卡尺进行直接量测，工程施工前应记录已有裂缝的位置和数量，并对其进行统一编号，记录个裂缝的位置、走向、长度、宽度、深度，以及初测日期等。
（7）基坑周边管线沉降监测
对施工场地周边的市政管线进行直接和间接的量测，以保证管线的安全，地下管线位于主要影响区时，竖向位移监测点的间距为15m，位于次要影响区时，竖向位移监测点的间距为30米，竖向位移监测点宜布设在地下管线的节点、转角点、位移变化敏感或预测变形较大的部位，具体测点数量和位置根据实际情况进行调整确定。
地下管线位于主要区时，宜采用位移杆法在管体上布设直接竖向位移监测点；地下管线位于次要影响区且无法布设直接竖向位移监测点，可在地表或土层中布设间接竖向位移监测点。
管线监测点具体的布设需通过召开管线协调会，征求有关管线主管单位意见后确定。
（8）临时立柱竖向、水平位移监测
临时立柱的竖向、水平位移的监测数量不应少于临时立柱总数的50%，监测点应布设在临时立柱的顶部，沉降测量采用精密水准仪，通过联测稳定的高程基准点，建立固定的水准线路，计算各监测点的高程。
观测方法与围护桩顶部的水平和竖向位移一致。
（9）支护桩侧向土压力监测
支护侧向土压力监测的应布置在受力、土质条件变化较大或其他有代表性的部位，平面布置上基坑每边不少于2个监测断面，竖向布置上监测点间距以为5米，下部宜加密。
土压力监测应采用土压力计量测，土压力计埋设应采用埋入式，埋设时受力面与监测的压力方向垂直并紧贴被监测对象，埋设过程中应有土压力膜保护措施，采用钻孔发埋设时，回填应均匀密实，且回填材料应与周围岩体一致。并做好完整的埋设记录。
土压力埋设以后应立即进行检查测试，基坑开挖前应进过一周的监测并取得稳定的初始值。
6． 基坑监测注意事项
1、落实相应的测点保护措施，测点破坏后应及时修复，并将以前的累计量并入新测点累计量中。
2、强化同步监测和信息化指导施工，若施工中出现变形速率超过警戒值的情况，应进一步加强监测，缩短监测时间间隔，为改进施工和实施变形控制措施提供必要的实测数据。
3、监测单位对警情及警情征兆应及时向甲方项目经理、施工单位、监理单位等现场参建各方报告，以确保有效控制风险。
7．结论
轨道交通监测精度要求高，时效性强，监测内容较多，在监测前，设计好监测方案，确定检测等级，检测内容、频率，按规范要求布设和施测控制点、监测点，采用严密数据处理软件解算；通过测量解算得到的多组数据相互对比，提高监测的的精度和可靠性，指导安全施工。
参考文献：
［1］《工程测量学》
［2］《国家一、二等水准测量规范》GB_T_12897-2006
［3］《工程测量规范》（GB50026-2007）
［4］《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）
［5］《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）