[0001] 本发明涉及地下监测领域，具体涉及一种地下矩形截面条状结构全生命周期变形监测方法。

[0002] 地下矩形截面条状结构是指地下工程中的一种结构形式，其截面的形状类似于矩形，但相对较窄、较长。地下矩形截面条状结构常用于地铁隧道、地下综合管廊等地下工程中。地下综合管廊是指将不同种类的管线集中放置在一个通道内，如水、电、通信、天然气等管线。地下综合管廊的建设对于城市的可持续发展具有重要意义，可以提高城市空间的利用效率，提高城市交通的流畅度，保障管线的安全和可靠运行。管廊是近年来城市建设的重点，且市中心有大量地下管线需要集束，管廊在全生命周期内的安全使用尤为重要。

[0003] 地下综合管廊是承载各类管线的重要基础设施，其结构的稳定性直接关系到管线的运行安全和人员财产的安全。地下车站和管廊的结构具有相似性，可将地下车站看做更大的管廊。地下车站在使用过程中会有人群流动和列车运行震动，对地下车站会产生变形和位移，且如果地下车站临近基坑开挖会造成耦合变形。通过定期监测结构变形情况，可以及时发现管廊结构的异常变化和潜在风险，保障地下综合管廊的安全运行。

[0004] 目前变形监测仍然大量依赖人工完成，考虑到管廊变形人工监测的难度与成本，自动化监测是综合管廊结构变形监测发展的趋势，但是目前自动化监测一般是在后期管廊施工完成后，在相邻管廊的结合部设置监测系统，由于地下管廊内部结构复杂，这种自动化监测只是监测到了相对薄弱的环节，覆盖不够全面。且针对管廊和车站的监测大多为节点变形和裂缝监测，而忽视了临近基坑开挖对既有管廊和车站产生的扭转变形。在结构百年使用期限内，周边环境的改变都会对既有结构产生影响，而现阶段监测大多为临时性监测，缺乏对结构全生命周期的监测。亟需一种结构正常使用期间的全生命周期变形监测方法，使得监测点可以永久利用，保证结构在全生命周期的安全。

[0016] 为了使本发明更为清楚、明白，以下结合附图说明和实施例，对本发明作进一步的详细说明，应当了解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。

[0017] 地下矩形截面条状结构被广泛的应用于地铁隧道、地下通道、地下管道和地下室等工程中。它具有良好的刚度和强度，能够承受较大的荷载和地下水压力，同时也可以提供较好的防水和隔离效果。结构的使用周期远远大于施工周期，因此，监测既有结构的变形，保证结构在全生命周期的安全具有非常重要的意义。

[0018] 结合图1‑图5，本实施例提供了一种地下矩形截面条状结构全生命周期变形监测方法，包括如下步骤：步骤一、根据不同的地下矩形截面条状结构确定主要监测断面：所述地下矩形截面条状结构包括管廊和地下车站，在管廊每一个仓的同一横截面的四个转角位置分别设置监测点，设有监测点的同一横截面作为一个监测断面，沿管廊的轴向方向每10米设置一个监测断面；在地下车站每层顶板与竖向支撑结构相交的位置设置监测点，设有监测点的同一横截面作为一个监测断面，按照竖向支撑结构的间距设置监测断面。

[0019] 地下综合管廊较多的是一种横向多仓的结构形式，而地下车站多为竖向多层结构形式，这两种结构形式对于研究地下矩形截面条状结构具有典型性。

[0020] 如图1提供了双仓管廊的一个监测断面的监测点布置方式，在每一个仓的截面闭合图形四个转角的位置布置监测点，监测点均布置在管廊内侧，S1、S2、S3、S4监测管廊一个仓的截面变形；S5、S6、S7、S8监测另一个仓的截面变形，布置在矩形的四个角目的是对管廊的整体截面变形进行监测。如图2提供了两层地下车站的一个监测断面的监测点布置方式，在地下一层顶板布置监测点C3、C4、C8，在地下二层顶板布置监测点C2、C7、C5，上述点位即为地下车站每层的顶板与竖向支撑结构相交的位置，竖向支撑结构一般指结构柱，是上下层结构侧向刚度变化较大会产生较大变形的位置。需要了解的是本实例仅提供了管廊的横向两仓和地下站台竖向两层的结构形式监测点的布置，其他地下矩形截面条状结构的监测点布置同样适用。

[0021] 步骤二、增设薄弱区域监测断面或者监测缝：根据该地下矩形截面条状结构的设计图纸，选取结构的薄弱区域设立监测点进而建立监测断面或者监测缝。一般结构的薄弱区域为：相邻管廊的拼接缝、管廊及地下车站的变形缝、地下车站主梁节点和地下车站上下结构不连续位置。基于设计图纸和相关规范，对管廊和地下车站的结构进行全面评估。评估内容包括结构的承载能力、刚度、稳定性以及对外部荷载和地下水压力的抵抗能力等。通过对结构的评估，可以确定潜在的薄弱区域和可能存在的风险。在评估中，根据结构评估的结果和薄弱区域的分析，选择合适的位置布置监测点。监测点的选择应考虑到结构的关键部位和受力情况，并确保能够全面、准确地监测结构的变形、位移、应力等指标。

[0022] 在相邻管廊的拼接缝、管廊及地下车站的变形缝处设置监测缝，在地下车站主梁节点和地下车站上下结构不连续位置设置若干监测断面。

[0023] 步骤三、将确定的监测断面永久化：地下矩形截面条状结构施工过程中，在监测断面各监测点的主体结构上预先埋设预埋螺杆。预埋螺杆主要针对监测断面，所以永久监测点不包括建立监测缝的监测点，监测缝主要监测裂缝的位置和宽度，可以通过测缝计获取。

[0024] 预埋螺杆的安装可以将固定垫安装在预埋螺栓的螺棒上，然后放入预埋孔内，在混凝土凝固和固化后进行固定。在进行施工的过程中，要尽量避免异物和泥沙进入预埋孔中，要保证孔口的清洁与干燥。预埋螺栓一旦安装完毕，需要将其预先设置的规格尺寸进行核对再进行注浆成型，以达到最佳的固定效果。

[0025] 步骤四、安装电子水准仪和测缝计：地下矩形截面条状结构施工完成后，通过所述预埋螺杆安装强制对中盘，将电子水准仪安装至强制对中盘、将测缝计安装到监测缝位置，所述电子水准仪和测缝计分别通过网络通信设备连接到监测系统。

[0026] 强制对中盘一般是由强制对中盘、保护盖、预埋螺杆、对中连接螺丝、其他螺丝等部分组成，为保证监测点的永久使用，强制对中盘的材质采用不锈钢或铜，防止在长久时间后发生生锈导致监测点的损坏和不能使用。

[0027] 采用电子水准仪可以测量竖向和水平方向位移，安装时，将强制对中盘与预埋螺杆用螺栓连接并固定，必要时可以增加螺丝固定对中盘。电子水准仪可以在全生命周期内随时监测地下结构变形，保证随时掌握结构安全性状。网络通信设备线路集束并保护好，保证不被破坏，并且定期检修，若遇到损坏或者不能工作的情况，要及时更新设备和线路。需要了解的是，可以将管廊内监测系统并入管线的监测系统，使得监测系统统一化。车站监测系统可以并入车站内温度湿度等系统，使得监测系统更完整，体现出系统的集约化。

[0028] 步骤五、建立每个监测断面和监测缝的原始数据信息和图形信息：电子水准仪和测缝计将采集的每个监测点的初始位置上传至监测系统作为原始数据集，监测系统处理原始数据集建立每个监测断面和监测缝的原始数据信息和图形信息。处理监测断面原始数据集的方法为：首先对每一监测断面进行编号；其次，建立直角坐标系，将每一个监测点的水平和竖向位置坐标化，可以将每个监测断面的中心点作为坐标系的原点；最后将各个坐标点顺次连接获得原始监测断面图形，进而通过图形变化得到结构的扭转变形。扭转变形可能导致结构部分区域的应力集中，使得这些区域承受更大的应力，增加了结构的破坏风险，而且可能使得结构的稳定性受到影响，增加了结构的倾覆或者失稳风险，所以建立全面的监测断面图形可以准确的获知发生扭转变形的所在区域，以便及时制定相应的维护和修复方案，保证结构的正常使用和安全性。

[0029] 处理监测缝原始数据集的方法为：首先对每个监测缝进行编号；其次，标注每个监测缝转角处的初始缝宽，最后将各转角缝宽顺次连接起来获得监测缝图形。这样，当结构因外部荷载产生变形时，可以更加直观地把握结构变形位置和规律，更有针对性的保护结构安全，进而保障工程的安全和可持续发展。

[0030] 步骤六、在监测系统内设置预警值：预警值的设置根据控制指标值进行确定。在所述步骤六中，预警的设置方法为：监测值小于控制指标值的60％时，结构安全，外部作业继续进行；监测值在控制指标值的大于60%小于等于80%时，监测系统报警，并且提高监测频率；监测值在控制指标值大于80%小于等于100%时，暂停外部作业，对结构进行安全评估。监测断面的控制指标值按照结构的安全等级选择，最大为20mm；监测缝的控制指标值按照结构的安全等级选择，迎水面最大为0.2mm，背水面最大为0.3mm。

[0031] 步骤七、监测工作系统实时监测各监测断面和监测缝的数据进行预警。当结构临近位置有基坑开挖时，监测点可以记录下基坑开挖带来的地表沉降、土壤位移、结构变形扭转等数据，通过分析数据可以对基坑开挖对周围结构的影响进行评估，为后续工程设计和施工提供参考依据。本发明中的监测点为永久监测点，而且实现了监测位置面和点的结合，可以提供更全面、准确且高效的监测信息所以当附近有临近基坑开挖时，可以直接使用已布设的监测点进行结构变形的监测。

[0032] 车站和管廊的设计使用年限均为100年。记录管廊和车站周围每一次基坑开挖对其产生的变形，在结构百年使用期限里，周边环境发生的变化都会对既有的管廊和车站产生变形影响，永久监测点的建立可以在全生命周期使用期限内持续记录结构变形，把握结构百年使用期限内的变形规律，针对不同使用阶段的要求调整监测系统的预警值，更好的保证结构百年期限内的安全。

[0033] 以上结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。