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1、地铁隧道内静力水准观测的精度分析付和宽 （上海岩土工程勘察设计探讨院有限公司，上海，200438 ）摘 要：在轨道交通爱护区内的重大、危急项目的施工过程中，须要实时了解地铁结构变形状况。静力水准测量是地铁隧道结构自动化垂直位移测量的重要手段。目前，国内对静力水准在地铁隧道内观测精度方面的探讨较少。本文通过对布设在地铁隧道内部的静力水准仪进行遥控测量，对采集的观测数据进行整理分析，探讨地铁隧道内静力水准的观测精度以及地铁列车运营导致容器内液面振动对观测精度的影响。为类似自动化观测精度分析、观测数据取舍以及变形观测数据牢靠性分析供应参考依据。关键词：静力水准、观测精度、中误差、地铁隧道1 引言轨道
2、交通的重要作用毋庸置疑，上海市运营的轨道交通总长达到了420公里，一旦轨道交通出现问题会带来一系列的社会问题。随着城市的发展，轨道交通沿线旁边的开发、建设工程越来越多，如何削减周边施工对轨道交通结构的影响，始终是工程界探讨的重要课题。上海申通地铁公司也成立了特地的监护部门，负责轨道交通结构的监测、爱护。一般，在轨道交通爱护区内施工，都会有特地的单位负责施工过程中地铁结构的监测。申通地铁公司也对轨道交通结构的监测提出了极高要求。轨道交通测量人工时间窗口极短，一般每周两天，每天三个小时。监护人员只有在这个时间段内才能进入地铁施工。在一些特别的、危急的状况下，须要实时了解地铁结构状态，这时大多采纳自
3、动化监测。静力水准测量是地铁结构自动化垂直位移监测的重要手段之一。但是由于在地铁运营时间段，列车以肯定的时间间隔在隧道内运行，对位于地铁隧道内部的静力水准仪的测量精度会产生较大影响。地铁列车在隧道内以肯定速度通过静力水准监测点时，对监测点的影响主要有以下三种状况，a) 仪器内部空气压强的改变由于列车运行使得隧道内部空气流淌，导致静力水准容器内空气压强有降低的趋势，最终使得液面产生上升的趋势。b) 列车振动影响列车车厢位于监测点旁边时，使得监测点下沉，导致静力水准容器内液面上升；列车远离监测点后，监测点上抬，导致导致静力水准容器内液面下降。列车瞬间通过会使容器液面产生上下振动。c) 基准点的影响
4、列车经过基准点时，对基准点造成以上A、B两种影响，会传递给监测点相反的作用。2 项目概况通过在已运营的地铁隧道内布设肯定数量的静力水准仪，依据肯定的采样频率采集液面变形数据，定量分析列车运行对静力水准观测精度的影响。在上海轨道交通4号线蓝村路站塘桥站区间下行线XK10+358 XK10+525的隧道内部，依据约6m的间距，布设了26个静力水准自动化监测点，编号RJ01RJ26。考虑数据起算，设置了一个基准点，编号RJ00；由于隧道起伏较大，且仪器安装要求在一个水平面上，在现场增设了5个转点：RJ05-1、RJ12-1、RJ16-1、RJ20-1、RJ23-1。采纳RJ20型电容式静力水准仪进行
5、观测，总计安装了32台。隧道结构为单圆盾构隧道，隧道设计内直径5.5m。静力水准仪相关参数如下，测量范围（fs）mm20 辨别率mm/字0.01精度mm0.5%fs（0.1mm）环境温度（C）-20C+60C湿度环境（相对湿度）0-100%点位布置图如下，3 多管路、多台静力水准观测精度分析3.1 列车正常运营段静力水准观测精度分析受到仪器制造工艺及软件设计限制，RJ型电容式静力水准仪模块限制自动测量的最短时间间隔为1分钟，单台仪器连续测量状态下的最短时间间隔为3秒4秒。为了精确测量地铁列车运行对静力水准观测的影响程度，在列车运营时间，无线遥测安装在地铁隧道内的静力水准仪，从2010年03月1
6、8日11：22至13：56依据1分钟一次的采样间隔，共计测量了154分钟，得到154组观测数据。对这些观测数据进行统计，分析列车运行对静力水准观测的影响。3.1.1 液面稳定时间每台仪器分别以观测数据的平均值作为初始值，进行计算得到每一台仪器液面波动的分钟曲线图如下，图1 整个系统仪器液面波动时间曲线（时间单位为 时：分）从图1可以看出，每一条曲线的峰值在不同的时间点出现，即不同仪器的向上、向下波动缺少一样性，而且峰值的大小也不一样。每一台仪器的采集时间不同以及每一次经过列车的载重、速度不同会导致上述现象。导致仪器不是在同一时刻采集的缘由主要有：目前电容式静力水准仪制作工艺及数据采集技术的限制
7、，单台静力水准仪最短测量间隔为3秒4秒之间，平均3.7551秒； 一般状况下，当测量吩咐发出后，同一个模块限制的8台仪器且按序测量，单模块一次测量周期最短约为32秒；液面瞬间振动的频率较高，同一模块的8台仪器分别测量时，液面的状态可能是处于最低最高的任一位置。为了便于分析，将11：29至12：29一个小时内的液面状态的时间曲线依据不同设计管路整理成图，得到下列6幅液面波动曲线，图1-1（时间单位为 时：分）图1-2（时间单位为 时：分）图1-3（时间单位为 时：分）图1-4（时间单位为 时：分）图1-5（时间单位为 时：分）图1-6（时间单位为 时：分）从图1及图1-1图1-6可以看出，波动频
8、率与地铁列车通过的频率明显相对应。每一条曲线的峰值、平值、谷值基本上都是以78分钟的间隔有规律的出现，频率与4号线列车的间隔时间78分钟基本一样。曲线峰值、谷值持续的时间约为2分钟4分钟，可以得出，列车运行对静力水准液面造成振动，液面复原的时间最短约2分钟就复原安静状态。3.1.2 静力水准观测精度(1) 液面波动范围将观测数据的最大值减去最小值可以得到每台仪器液面的最大振幅（波动范围），每次波动的最大振幅取平均值，得到每台仪器液面的平均振幅，计算得到如下表1。 表1 液面波动幅度统计表点号RJ00RJ01RJ02RJ03RJ04RJ05RJ05-1RJ06平均振幅（mm）0.45 0.26
9、0.84 0.35 0.34 0.42 0.23 0.19 最大振幅（mm）0.74 0.57 1.17 0.49 0.56 0.96 0.63 0.36 点号RJ07RJ08RJ09RJ10RJ11RJ12RJ12-1RJ13平均振幅（mm）0.12 0.36 0.17 0.20 0.28 0.65 0.64 0.24 最大振幅（mm）0.34 0.55 0.37 0.55 0.42 0.86 0.82 0.91 点号RJ14RJ15RJ16RJ16-1RJ17RJ18RJ19RJ20平均振幅（mm）0.33 0.19 0.62 0.23 0.53 0.82 0.37 0.26 最大振幅（m
10、m）0.58 0.43 0.95 0.45 0.91 1.19 1.32 0.88 点号RJ20-1RJ21RJ22RJ23RJ23-1RJ24RJ25RJ26平均振幅（mm）0.41 0.88 0.49 0.27 0.32 0.66 0.16 0.77 最大振幅（mm）1.12 1.34 1.47 0.96 0.67 1.03 0.53 0.98 由表1可以得到，在试验的观测时间内32台仪器的振幅范围是0.34mm1.47mm，总体平均振幅达到0.41mm。(2) 包含列车振动影响的观测中误差依据中误差计算公式，计算得到每一台静力水准仪观测数据的中误差如下。表2 包含列车振动影响的单台仪器观
11、测中误差序号12345678点号RJ00RJ01RJ02RJ03RJ04RJ05RJ05-1RJ06总体偏差（mm）0.15 0.09 0.29 0.12 0.12 0.14 0.09 0.06 序号910111213141516点号RJ07RJ08RJ09RJ10RJ11RJ12RJ12-1RJ13总体偏差（mm）0.05 0.12 0.06 0.08 0.09 0.22 0.22 0.10 序号1718192021222324点号RJ14RJ15RJ16RJ16-1RJ17RJ18RJ19RJ20总体偏差（mm）0.11 0.06 0.21 0.08 0.18 0.28 0.14 0.12
12、 序号2526272829303132点号RJ20-1RJ21RJ22RJ23RJ23-1RJ24RJ25RJ26总体偏差（mm）0.15 0.31 0.18 0.12 0.12 0.23 0.07 0.27 由表2中数据可以得到观测中误差改变范围0.045mm 0.312mm，平均为0.145mm。(3) 有、无列车通过两个阶段的观测精度将液面波动时间内的数据剔除，可以计算得出每一台静力水准仪平段（无列车通过）观测中误差。只对波动时间内观测数据进行统计，得到每一台静力水准仪波动段（列车通过）观测中误差。如下表3。表3 液面平段及波段观测中误差点号RJ00RJ01RJ02RJ03RJ04RJ0
13、5RJ05-1RJ06平段测量中误差（mm）0.0370.0100.0160.0130.0140.0170.0180.016波段测量中误差（mm）0.1780.1370.3820.1710.1690.1990.1280.080点号RJ07RJ08RJ09RJ10RJ11RJ12RJ12-1RJ13平段测量中误差（mm）0.0160.0150.0110.0110.0370.0210.0250.018波段测量中误差（mm）0.0570.1530.0730.1070.1110.2650.2460.128点号RJ14RJ15RJ16RJ16-1RJ17RJ18RJ19RJ20平段测量中误差（mm）0.0100.0200.0240.0160.0220.0250.0170.024波段测量中误差（mm）0.1410.0880.2360.1000.2420.3740.2170.183点号RJ20-1RJ21RJ22RJ23RJ23-1RJ24RJ25RJ26平段测量中误差（mm）0.0180.0180.0110.0160.0150.0120.0120.019波段测量中误差（mm）0.1970.3760.2380.1590.1260.2730.0740.299对表3中
