上海市长江隧道变形监测
技术方案
上海市政养护管理有限公司
二○一○年三月
目 录
一、概述...................................................................................................................... 2 二、技术依据.............................................................................................................. 2 三、使用仪器.............................................................................................................. 2 四、上海长江隧道变形沉降测量.............................................................................. 3 五、上海长江隧道直径收敛监测.............................................................................. 5 六、上海长江隧道测量的安全交通组织.................................................................. 8 七、监测频率.............................................................................................................. 9 八、预警值的确定...................................................................................................... 9 九、成果报告.............................................................................................................. 9 十、测量人员............................................................................................................ 10 附表 沉降、直径收敛监测断面分布表...............................................................11 附录 沉降基准点和工作点埋设.......................................................................... 17
上海长江隧道变形监测技术方案
一、概述
上海长江隧道工程。隧道起于浦东新区五好沟，穿越南港水域在长兴岛西南方登陆，全长8.95公里，其中穿越水域部分达7.5公里。隧道整体断面设计为上下的双管隧道，两单管间净距约为16米，沿其纵向每隔800米左右设一条横向人行联络通道。单管外径为Φ1500厘米，内径为1370厘米，内设三条（3×3.75米）车道，双向即六车道，设计车速为80公里/小时。隧道在浦东侧及长兴岛侧均设有敞开断矩形暗埋段及22×48米深约25米的工作井。两台直径为Φ1543厘米泥水加气平衡盾构，从浦东侧工作井由南向北一次掘进至长兴岛侧工作井实现隧道贯通。
在运营阶段中，通过长期对上海长江隧道的沉降、圆隧道直径收敛变形监测，了解隧道沉降变形以及圆隧道直径变形情况，及时掌握隧道的动态变化和趋势，建立预警机制，为上海长江隧道安全营运提供保障。 二、技术依据
中华人民共和国国家标准《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006 中华人民共和国国家标准《工程测量规范》GB50026-2007 中华人民共和国行业标准《建筑变形测量规范》JGJ 8-2007 《上海市隧道养护技术规程》 SZ-43-2005 《测绘产品质量评定标准》 CH1003-95 《测绘产品检查验收规定》 CH1002-95
《上海崇明越江通道长江隧道工程隧道健康监测》上海市隧道工程轨道交通设计研究院、上海巨一科技发展有限公司 三、使用仪器
1. 变形测量：SOKKIA SET 1130R3全站仪（1″，2±2ppm ×S ）1台、配套SOKKIA 棱镜觇牌、配套SOKKIA 弯管目镜和钢卷尺等。
2. 高程测量：日本SOKKIA SDL30M 电子水准仪（+0.4mm/km）一台及其配套SOKKIA 因瓦条码尺 BIS 20。
3. 平差软件：同济大学常规平差软件。
四、上海长江隧道变形沉降测量 1．建立上海长江隧道高程控制监测网
上海长江隧道高程控制监测网（见下图）为上海吴淞系统，基准点采用移交浦东深埋点GY1(5.488m)、和长兴岛深埋水准基点GY2 (4.83m)。然后根据现场踏勘，在GY1和GY2 1附近100~200米左右稳定区域范围内再分别建立两个水准工作基点（水准基准点采用深埋点或工作点，埋设方法见附录），共6个高程控制点建立上海长江隧道高程控制监测网。
上海长江隧桥工程水准控制网及测量路线示意图
GY1
GY2
2．沉降监测点布置
工程总体沉降测点采用《上海崇明越江通道长江隧道工程隧道健康监测系统》已布置监测点。布置原则按浦东和长兴岛的暗埋段以及敞开段的每条变形缝两侧均布置测点，江中圆隧道每隔100米布置测点，另外还选取重点截面加布测点，具体见附表。
3．上海长江隧道沉降监测 (1)高程控制网测量
上海长江隧道高程控制网测量, 测量采用二等准测量，主要技术要求如下表规定。观测时各项限差严格按规定要求执行。
往测：奇数站为后—前—前—后，偶数站为前—后—后—前 返测：奇数站为前—后—后—前，偶数站为后—前—前—后
每测段的往测和返测的测站数应为偶数站，由往测转返测时，两根标尺必须互换，并重新整置仪器。
首次高程控制网测量, 测量方法采用双次往返测量取平均值, 以后每次高程控制网测量采用单次往返测量。精度必须满足二等水准每千米水准测量的高差偶然中误差M Δ≤±1mm/km；二等水准每千米水准测量高差全中误差Mw ≤±2mm/km规定。 (2)上海长江隧道沉降测量
上海长江隧道沉降测量, 测量方法采用二等水准测量，由于受交通方向限制，测量采用单程双测站测量。主要技术要求同上。 (3)高程最弱点精度分析
水准路线距离约为9km ，观测点测站高差中误差为±0.3mm 。路线中的最弱点位于线路的中部见水准路线最弱点图。
水准路线最弱点图
推算最弱点高程中误差为：
m =±
0.3mm
m p =m ==±2.0mm
m ————观测点测站高差中误差 m p
————最弱点观测高差中误差
n ————观测站数
因为最弱点观测高差中误差小于允许不均匀沉降±10mm 要求，故测量精度可满足监测要求。 (4)变形值判断
设变形量为f ，当f ≤m P 时，可认为监测点未发生变形, f ≥2m P 时，可认为监测点发生变形。 最弱监测点变形限制表
五、上海长江隧道直径收敛监测 1. 上海长江隧道直径收敛监测
隧道管径收敛测量是为了有效监测和记录隧道的圆度和变形，及时掌握已完工程的动态变化和趋势，满足运营养护的要求。收敛变形监测的对象为圆隧道区间的拼装管片，即完成拼装后隧道与设计比较的圆度及相对变形情况。
上海长江隧道直径收敛监测采用断面拟合以及直接测水平直径相结合的方法。 (1)监测点布置
隧道管径收敛变形监测断面为《上海崇明越江通道长江隧道工程隧道健康监测》，提供监测截面60个，详见附表。布点位置位于断面的水平直径两端各布置1个测点以测水平直径，断面内外侧的防火板区域各布置4个测点，分别在防火板两端以及防火板1/3和2/3位置，用以拟合断面，共10个固定观测点，仪器对中点设置在2＃车道地面(路中央) 。见下图。
观测工作点
上海长江隧道圆隧道直径变形观测点布设图
(2) 极坐标测量工作原理
观测时将仪器架设在工作点对中后，可以测得断面环片各监测点相对于该点的极坐标(竖角及距离), 由于距离相对短, 故测回数选用1测回。 极坐标公式：
X P =D ⨯cos αY P =D ⨯sin α
直径S 坐标公式：
S =2D ⨯cos α
其中：D 为斜距，α为垂直角观测值。 (3)圆隧道直径变形观测测量精度分析
本工程测量使用的全站仪为1″级；2+2ppm⨯S 级播定律进行以下精度分析，有关误差设定如下：
m D =(2+2ppm ⨯8m ) /=1.4mm
α=30
m α=10"
D =8m
其中测角误差由于距离过短，照准误差增大，所以测角误差设为10”。 误差传播定律公式为：
m s 2=(2cosα⨯m D ) 2+(2D ⨯sin α⨯m α/ρ") 2
将以上设定代入以上公式得观测中误差：
m s =±
2.4 mm
因为直径观测高差中误差小于允许直径允许变形量±60mm 要求，故测量精度可满足监测要求。
(4)直径变形值判断
设直径变形量为f ，当f ≤m 时，可认为管直径无变形，f ≥2m 时，可认为管直径发生变形。
管直径变形限制表
2．上海长江隧道圆隧道半径的拟合
圆形隧道断面原设计形状为圆形，在隧道推进完成以后，由于受各种因素影响，断面形状已发生形变。实际上隧道是接近一个标准圆的椭圆, 为了比较合理的表达实测断面相对设计断面的变形量，首先假定断面变形过程中，其中心相对位置不变，亦即隧道建成初期断面的中心相对位置仍是现在隧道断面的中心位置。然后将每次监测后的断面形状与设计形状的差别，就定义为当前隧道的变形量。 (1)长江隧道圆隧道半径的确定
将采集合格的数据按最小二乘法拟合圆曲线, 从而确定隧道断面圆半径。最小二乘法拟合圆曲线原理如下：
R 2=(x -A ) 2+(y -B ) 2
R 2=x 2-2Ax +A 2+y 2-2By
+B 2 令
a =-2A b =-2B c =A 2+B 2-R 2 可得圆曲线标准形式：
x 2+y 2+ax +by +c
a -2b B =
-2R =D =2⨯R A =
通过最小二乘法求出参数a , b , c , 即可计算出圆半径Ri 。 六、上海长江隧道测量的安全交通组织
上海长江隧道测量作业时间安排在晚23：00~次日6：00，测量过程中必须注意安全，测量人员做到以安全为第一为准则，做到未封道前不测量，有安全隐患不测量，测量作业时戴好安全帽（因测量限制，观测者除外），穿好反光背心。 1. 上海长江隧道沉降测量
一晚水准观测测量路线选用一根隧道， 车道占用3号车道。因沉降测量属于移动作业，故安全交通组织采用3号车道禁止通行警示灯警示，测量区域后用一辆带方向指示灯安全封道车压道，见上海长江隧道沉降测量封道路线示意图。
上海长江隧道沉降测量封道路线示意图
2. 上海长江隧道直径收敛测量
由于工作点设置在路中央2号车道内，以及观测断面不在同一位置，故上海长江隧道直径收敛测量安全交通组织采用在观测断面50m 范围内占据2、3号2根车道。测量时 2、3号车道禁止通行警示灯警示，测量区域安放安全锥，并有一辆带方向指示灯安全封道车压道。
一晚直径收敛观测测量路线选用一根隧道或两根隧道，测量6个断面（现估算，以后根据实际情况而定）。安放安全锥采用流水线作业，即作业安排两个小组并配备
两辆安全封道车，其中安放安全锥为一作业小组在前安放安全锥，测量小组在后作业。安放安全锥小组安放结束后，通过另一根隧道绕道至测量小组后，待测量结束，进行收安全锥作业。见上海长江隧道直径收敛测量封道路线示意图。
上海长江隧道直径收敛测量封道路线示意图
七、监测频率
每季度监测1 次，1年内进行监测4次。为能测得上海长江隧道有代表性的变形状况，故上海长江隧道变形测量月份安排在每年的3、6、9、12月份进行。 八、预警值的确定
根据《长江隧桥养护手册（初稿）》技术主要控制指标要求，预制值确定如下：
九、成果报告 1. 隧道沉降测量
测量每季度观测一次，测量结束后提交测量报告。测量报告内容包括观测高程，本次沉降值，累计沉降值，绘制沉降曲线图，并对测量成果加以初步分析。 2. 圆隧道直径变形测量
测量每季度观测一次，测量结束后提交测量报告。测量报告内容包括观测直径，二维坐标，本次变形变化值，累计变形变化值，绘制圆隧道管径变形图，并对测量成果加以初步分析。
3. 变形监测数据处理中的数值取位见下表
十、测量人员
本工程由测量工作实践经验丰富的专业技术人员组成，以确保做好上海长江隧道变形监测的测量工作，主要技术人员如下。
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附表 沉降、直径收敛监测断面分布表 上行线沉降监测113个，收敛监测31个。
11
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13
下行线沉降监测108个，收敛监测29个。
14
15
16
附录 深埋水准点和工作水准点的埋设
1
机以φ150mm 后，孔底2m 适当长，口径φ设扶正器，以50cm ⨯50cm ⨯对其实施联测。
2. 工作水准点的埋设
规格见右图，标石尺寸为顶面40cm ⨯40cm 、高80cm 坑深1m 、坑底70cm ⨯70cm) 50cm 稳定两星期后再对其实施联测。
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上海市长江隧道变形监测
技术方案
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目 录
一、概述...................................................................................................................... 2 二、技术依据.............................................................................................................. 2 三、使用仪器.............................................................................................................. 2 四、上海长江隧道变形沉降测量.............................................................................. 3 五、上海长江隧道直径收敛监测.............................................................................. 5 六、上海长江隧道测量的安全交通组织.................................................................. 8 七、监测频率.............................................................................................................. 9 八、预警值的确定...................................................................................................... 9 九、成果报告.............................................................................................................. 9 十、测量人员............................................................................................................ 10 附表 沉降、直径收敛监测断面分布表...............................................................11 附录 沉降基准点和工作点埋设.......................................................................... 17
上海长江隧道变形监测技术方案
一、概述
上海长江隧道工程。隧道起于浦东新区五好沟，穿越南港水域在长兴岛西南方登陆，全长8.95公里，其中穿越水域部分达7.5公里。隧道整体断面设计为上下的双管隧道，两单管间净距约为16米，沿其纵向每隔800米左右设一条横向人行联络通道。单管外径为Φ1500厘米，内径为1370厘米，内设三条（3×3.75米）车道，双向即六车道，设计车速为80公里/小时。隧道在浦东侧及长兴岛侧均设有敞开断矩形暗埋段及22×48米深约25米的工作井。两台直径为Φ1543厘米泥水加气平衡盾构，从浦东侧工作井由南向北一次掘进至长兴岛侧工作井实现隧道贯通。
在运营阶段中，通过长期对上海长江隧道的沉降、圆隧道直径收敛变形监测，了解隧道沉降变形以及圆隧道直径变形情况，及时掌握隧道的动态变化和趋势，建立预警机制，为上海长江隧道安全营运提供保障。 二、技术依据
中华人民共和国国家标准《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006 中华人民共和国国家标准《工程测量规范》GB50026-2007 中华人民共和国行业标准《建筑变形测量规范》JGJ 8-2007 《上海市隧道养护技术规程》 SZ-43-2005 《测绘产品质量评定标准》 CH1003-95 《测绘产品检查验收规定》 CH1002-95
《上海崇明越江通道长江隧道工程隧道健康监测》上海市隧道工程轨道交通设计研究院、上海巨一科技发展有限公司 三、使用仪器
1. 变形测量：SOKKIA SET 1130R3全站仪（1″，2±2ppm ×S ）1台、配套SOKKIA 棱镜觇牌、配套SOKKIA 弯管目镜和钢卷尺等。
2. 高程测量：日本SOKKIA SDL30M 电子水准仪（+0.4mm/km）一台及其配套SOKKIA 因瓦条码尺 BIS 20。
3. 平差软件：同济大学常规平差软件。
四、上海长江隧道变形沉降测量 1．建立上海长江隧道高程控制监测网
上海长江隧道高程控制监测网（见下图）为上海吴淞系统，基准点采用移交浦东深埋点GY1(5.488m)、和长兴岛深埋水准基点GY2 (4.83m)。然后根据现场踏勘，在GY1和GY2 1附近100~200米左右稳定区域范围内再分别建立两个水准工作基点（水准基准点采用深埋点或工作点，埋设方法见附录），共6个高程控制点建立上海长江隧道高程控制监测网。
上海长江隧桥工程水准控制网及测量路线示意图
GY1
GY2
2．沉降监测点布置
工程总体沉降测点采用《上海崇明越江通道长江隧道工程隧道健康监测系统》已布置监测点。布置原则按浦东和长兴岛的暗埋段以及敞开段的每条变形缝两侧均布置测点，江中圆隧道每隔100米布置测点，另外还选取重点截面加布测点，具体见附表。
3．上海长江隧道沉降监测 (1)高程控制网测量
上海长江隧道高程控制网测量, 测量采用二等准测量，主要技术要求如下表规定。观测时各项限差严格按规定要求执行。
往测：奇数站为后—前—前—后，偶数站为前—后—后—前 返测：奇数站为前—后—后—前，偶数站为后—前—前—后
每测段的往测和返测的测站数应为偶数站，由往测转返测时，两根标尺必须互换，并重新整置仪器。
首次高程控制网测量, 测量方法采用双次往返测量取平均值, 以后每次高程控制网测量采用单次往返测量。精度必须满足二等水准每千米水准测量的高差偶然中误差M Δ≤±1mm/km；二等水准每千米水准测量高差全中误差Mw ≤±2mm/km规定。 (2)上海长江隧道沉降测量
上海长江隧道沉降测量, 测量方法采用二等水准测量，由于受交通方向限制，测量采用单程双测站测量。主要技术要求同上。 (3)高程最弱点精度分析
水准路线距离约为9km ，观测点测站高差中误差为±0.3mm 。路线中的最弱点位于线路的中部见水准路线最弱点图。
水准路线最弱点图
推算最弱点高程中误差为：
m =±
0.3mm
m p =m ==±2.0mm
m ————观测点测站高差中误差 m p
————最弱点观测高差中误差
n ————观测站数
因为最弱点观测高差中误差小于允许不均匀沉降±10mm 要求，故测量精度可满足监测要求。 (4)变形值判断
设变形量为f ，当f ≤m P 时，可认为监测点未发生变形, f ≥2m P 时，可认为监测点发生变形。 最弱监测点变形限制表
五、上海长江隧道直径收敛监测 1. 上海长江隧道直径收敛监测
隧道管径收敛测量是为了有效监测和记录隧道的圆度和变形，及时掌握已完工程的动态变化和趋势，满足运营养护的要求。收敛变形监测的对象为圆隧道区间的拼装管片，即完成拼装后隧道与设计比较的圆度及相对变形情况。
上海长江隧道直径收敛监测采用断面拟合以及直接测水平直径相结合的方法。 (1)监测点布置
隧道管径收敛变形监测断面为《上海崇明越江通道长江隧道工程隧道健康监测》，提供监测截面60个，详见附表。布点位置位于断面的水平直径两端各布置1个测点以测水平直径，断面内外侧的防火板区域各布置4个测点，分别在防火板两端以及防火板1/3和2/3位置，用以拟合断面，共10个固定观测点，仪器对中点设置在2＃车道地面(路中央) 。见下图。
观测工作点
上海长江隧道圆隧道直径变形观测点布设图
(2) 极坐标测量工作原理
观测时将仪器架设在工作点对中后，可以测得断面环片各监测点相对于该点的极坐标(竖角及距离), 由于距离相对短, 故测回数选用1测回。 极坐标公式：
X P =D ⨯cos αY P =D ⨯sin α
直径S 坐标公式：
S =2D ⨯cos α
其中：D 为斜距，α为垂直角观测值。 (3)圆隧道直径变形观测测量精度分析
本工程测量使用的全站仪为1″级；2+2ppm⨯S 级播定律进行以下精度分析，有关误差设定如下：
m D =(2+2ppm ⨯8m ) /=1.4mm
α=30
m α=10"
D =8m
其中测角误差由于距离过短，照准误差增大，所以测角误差设为10”。 误差传播定律公式为：
m s 2=(2cosα⨯m D ) 2+(2D ⨯sin α⨯m α/ρ") 2
将以上设定代入以上公式得观测中误差：
m s =±
2.4 mm
因为直径观测高差中误差小于允许直径允许变形量±60mm 要求，故测量精度可满足监测要求。
(4)直径变形值判断
设直径变形量为f ，当f ≤m 时，可认为管直径无变形，f ≥2m 时，可认为管直径发生变形。
管直径变形限制表
2．上海长江隧道圆隧道半径的拟合
圆形隧道断面原设计形状为圆形，在隧道推进完成以后，由于受各种因素影响，断面形状已发生形变。实际上隧道是接近一个标准圆的椭圆, 为了比较合理的表达实测断面相对设计断面的变形量，首先假定断面变形过程中，其中心相对位置不变，亦即隧道建成初期断面的中心相对位置仍是现在隧道断面的中心位置。然后将每次监测后的断面形状与设计形状的差别，就定义为当前隧道的变形量。 (1)长江隧道圆隧道半径的确定
将采集合格的数据按最小二乘法拟合圆曲线, 从而确定隧道断面圆半径。最小二乘法拟合圆曲线原理如下：
R 2=(x -A ) 2+(y -B ) 2
R 2=x 2-2Ax +A 2+y 2-2By
+B 2 令
a =-2A b =-2B c =A 2+B 2-R 2 可得圆曲线标准形式：
x 2+y 2+ax +by +c
a -2b B =
-2R =D =2⨯R A =
通过最小二乘法求出参数a , b , c , 即可计算出圆半径Ri 。 六、上海长江隧道测量的安全交通组织
上海长江隧道测量作业时间安排在晚23：00~次日6：00，测量过程中必须注意安全，测量人员做到以安全为第一为准则，做到未封道前不测量，有安全隐患不测量，测量作业时戴好安全帽（因测量限制，观测者除外），穿好反光背心。 1. 上海长江隧道沉降测量
一晚水准观测测量路线选用一根隧道， 车道占用3号车道。因沉降测量属于移动作业，故安全交通组织采用3号车道禁止通行警示灯警示，测量区域后用一辆带方向指示灯安全封道车压道，见上海长江隧道沉降测量封道路线示意图。
上海长江隧道沉降测量封道路线示意图
2. 上海长江隧道直径收敛测量
由于工作点设置在路中央2号车道内，以及观测断面不在同一位置，故上海长江隧道直径收敛测量安全交通组织采用在观测断面50m 范围内占据2、3号2根车道。测量时 2、3号车道禁止通行警示灯警示，测量区域安放安全锥，并有一辆带方向指示灯安全封道车压道。
一晚直径收敛观测测量路线选用一根隧道或两根隧道，测量6个断面（现估算，以后根据实际情况而定）。安放安全锥采用流水线作业，即作业安排两个小组并配备
两辆安全封道车，其中安放安全锥为一作业小组在前安放安全锥，测量小组在后作业。安放安全锥小组安放结束后，通过另一根隧道绕道至测量小组后，待测量结束，进行收安全锥作业。见上海长江隧道直径收敛测量封道路线示意图。
上海长江隧道直径收敛测量封道路线示意图
七、监测频率
每季度监测1 次，1年内进行监测4次。为能测得上海长江隧道有代表性的变形状况，故上海长江隧道变形测量月份安排在每年的3、6、9、12月份进行。 八、预警值的确定
根据《长江隧桥养护手册（初稿）》技术主要控制指标要求，预制值确定如下：
九、成果报告 1. 隧道沉降测量
测量每季度观测一次，测量结束后提交测量报告。测量报告内容包括观测高程，本次沉降值，累计沉降值，绘制沉降曲线图，并对测量成果加以初步分析。 2. 圆隧道直径变形测量
测量每季度观测一次，测量结束后提交测量报告。测量报告内容包括观测直径，二维坐标，本次变形变化值，累计变形变化值，绘制圆隧道管径变形图，并对测量成果加以初步分析。
3. 变形监测数据处理中的数值取位见下表
十、测量人员
本工程由测量工作实践经验丰富的专业技术人员组成，以确保做好上海长江隧道变形监测的测量工作，主要技术人员如下。
上海市政养护管理有限公司
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10
附表 沉降、直径收敛监测断面分布表 上行线沉降监测113个，收敛监测31个。
11
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13
下行线沉降监测108个，收敛监测29个。
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附录 深埋水准点和工作水准点的埋设
1
机以φ150mm 后，孔底2m 适当长，口径φ设扶正器，以50cm ⨯50cm ⨯对其实施联测。
2. 工作水准点的埋设
规格见右图，标石尺寸为顶面40cm ⨯40cm 、高80cm 坑深1m 、坑底70cm ⨯70cm) 50cm 稳定两星期后再对其实施联测。
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