地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理.doc

北京建筑工程学院 本 科 毕 业 论 文 地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理 学 院 测绘与城市空间信息学院 专 业 测绘工程 年 级 测 07 1 学 号 姓 名 范 亮 指导教师 杜明义 教授 成 绩 2011 年 6 月 北京建筑工程学院 测绘与城市空间信息学院 毕业设计手册 班 级 测 071 姓 名 范 亮 指导教师 杜明义 2011 年 3 月 一 毕业设计任务书 测绘与城市空间信息学院 专业 测绘工程 学生姓名 范 亮 班级 测 071 指导教师姓名 杜明义 职称 教授 课题总题目 地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理 课程子题目 课题类别 工程设计 A 科学研究 B 技术开发 C 其他 D 课题类型 真题 A 假题 B 真题假作 C 新旧课题 新题 A 旧题 B 目的要求 目的 了解沉降监测的技术流程和手段方法及有关标准 要求 实际监测不少于 1 千米 包括地面和地下监测部分 并完成数据处 理和成果计算 主要内容 论文内容主要包括如下内容 具体细节可根据毕业设计的最终结果和开发 的进度进行适当调整 第一章 绪论 1 1 地铁沉降监测的意义 1 2 国内外沉降监测现状 1 3 地铁工程变形监测的主要内容 第二章 变形监测基准网设计 2 1 工程概况 2 2 变形监测基准网设计 2 2 1 变形监测基准网布设的基本要求 2 2 2 变形监测基准网布设方案 2 2 3 变形监测基准网测绘方法 2 3 变形监测基准网精度概算 第三章 变形监测方案设计 3 1 沉降监测点布设 3 1 1 地表沉降监测点布设要求及布点方案 3 1 2 地下变形监测点的布设要求及布点方案 3 2 地铁变形监测的精度要求 3 3 地铁变形监测的周期与频率 3 4 地表沉降监测方案设计 3 4 1 采用的仪器设备 3 4 2 地表沉降监测方案设计 3 5 地下变形监测方案设计 3 5 1 采用的仪器设备 3 5 2 地下变形监测方案设计 第四章 地铁变形监测的数据处理 4 1 数字水准仪的文件格式 4 2 沉降量计算与报表生成 4 3 累计沉降量曲线图的绘制 4 4 变形观测资料的插补 4 5 变形预报与安全判断 4 6 纵横断面沉降量曲线图的绘制 第五章 结论与展望 5 1 主要工作 5 2 存在不足 实施计划与具体安排 1 调研阶段与资料收集 阅读阶段 时间 第 1 2 周 共 2 周时间 要求 提交 1 篇英文翻译 英文单词数不少于 2000 个 2 对研究课题的分析阶段 时间 第 3 4 周 共 2 周时间 要求 提交 1 篇选题报告 字数不少于 3000 字 3 野外数据采集与内业数据处理 时间 第 5 12 周 共 8 周时间 要求 完成实际监测和成果计算工作 4 论文撰写阶段 时间 第 13 16 周 共 4 周时间 要求 按照学院统一的论文书写和装订格式要求进行 在第 16 周周 5 前必 须提交到评阅教师 5 论文答辩阶段 时间 第 17 周 共 1 周 要求 按学院统一布置要求进行 主要参考资料 应不少于 10 种 1 李军 李琦等 北京市地理编码数据库的研究 计算机工程与应用 2004 2 2 叶瑞明 刁锦通 杨光 广州城市部件普查技术方法及实施 现代测绘 Vol 32 No 1 2008 1 27 30 3 张冲 徐飞 夏建磊 基于万米单元网格管理法的数字城管新模式 光盘技术 2008 年第 2 期 4 邹积亭 江恒彪 北京地铁沉降监测方法及数据处理 工程勘察 2006 年第一期 5 邹积亭 地铁沉降监测数据处理与小波去噪分析 北京建筑工程学院 2006 6 黄腾 孙景领 陶建岳 黄昱旻 地铁隧道结构沉降监测及分析 东南大学学报 2006 年 02 期 7 刘旭春 高精度数字水准仪在沉降监测中的应用 测绘通报 2006 年 01 期 8 秦昌杰 电子水准仪在地铁隧道长期沉降监测中的应用 山西建筑 2010 年 34 期 9 闫海生 李永刚 李俊伟 地铁施工期间对周围建筑物的影响 山西建筑 2010 年 36 期 10 黄腾 岳荣花 陈建华 于安柱 黄昱旻 地铁隧道沉降监测基准网的稳定性分析 铁道勘察 2006 年 05 期 11 张永阔 量测技术在地铁施工中的应用 山西建筑 2010 年 01 期 12 吴介普 北京地区浅埋暗挖引起的地表沉降及其控制标准的研究 北京交通大学 2009 年 13 骆建军 张顶立 王梦恕 张成平 地铁施工沉降监测分析与控制 隧道建筑 2006 年 01 期 14 潘宁 地铁施工变形监测的数据分析及信息管理技术研究 北京交通大学 2003 年 系审定意见 系主任签字 年 月 日 院学术委员会意见 院学术委员会主任签字 年 月 日 此表装订在学生毕业设计前面 答辩委员会评语之后 二 毕业设计指导书 测绘与城市空间信息学院 测绘工程 专业 课题名称 地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理 学生姓名 范 亮 班级 测 071 指导教师 杜明义 职称 教 授 一 完成设计任务的步骤与方法 1 调研阶段与资料收集 阅读阶段 时间 第 1 2 周 共 2 周时间 方法 收集地图数据 阅读指导老师指定的文献 资料 自己到学校图书馆 院 资料室及网上收集有关资料 要求 提交 1 篇英文翻译 英文单词数不少于 2000 个 2 对研究课题的分析阶段 时间 第 3 4 周 共 2 周时间 方法 在阅读有关资料基础上 进行综合分析与整理 结合自己所研究的课题 提出初步想法与思路 要求 提交 1 篇选题报告 字数不少于 3000 字 3 野外数据采集与内业数据处理 时间 第 5 12 周 共 8 周时间 方法 由所在单位导师协助 参加一个组的内外业作业 掌握变形数据监测 数 据处理 成果计算的全过程 要求 完成 1 千米以上的变形实际监测和成果计算工作 4 论文撰写阶段 时间 第 13 16 周 共 4 周时间 方法 由学生自己提出设计 论文 大纲 由指导教师修改并指导后撰写 要求 按照学院统一的论文书写和装订格式要求进行 在第 16 周周 5 前必须提交 到评阅教师 6 论文答辩阶段 时间 第 17 周 共 1 周 要求 按学院统一布置要求进行 二 设计基本要求 1 毕业设计应符合中华人民共和国有关技术规范和行业标准 2 在毕业设计中应与高新技术的紧密结合 注 参照 北京建筑工程学院毕业设计 论文 教学工作规范 要求和 北京建筑工程学 院毕业设计 论文 成果基本规范 要求 三 工作进度安排 时间 主要工作内容 第一周 与指导教师交流课题主要内容 领取有关文献并阅读 第二周 自己查阅有关文献 资料 到老师指定的有关网站浏览 找一篇适当的英文资料进行翻译 第三周 根据与导师的交流及查阅有关资料 进行综合分析 第四周 在对相关资料进行分析的基础上 撰写选题报告 第五周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第六周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第七周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第八周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第九周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第十周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第十一周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第十二周 在校外导师指导下进行野外数据采集与计算 第十三周 论文撰写 第十四周 论文撰写 第十五周 论文撰写 第十六周 论文撰写 注 各时间段及需完成的工作 以周为单位 由指导教师安排 四 指导 答疑的时间 地点安排 地点 教 3 315 东平房 5 时间 每周三下午 18 00 20 00 注 要求毕业设计期间 指导教师的集中业务指导和检查每周不少于 3 次 每次不少于 2 小时 对每个学生的指导每周不少于 3 次 每次不少于半小时 写明具体时间 地点便于系 院教务部门抽查 每次指导 答疑内容记录在附表一中 三 调研 文献检索及资料综述 要求 上交调研报告或读书报告一份 3000 字以上 调研报告或读书 报告的内容要求有目的 任务以及结论 要求内容充实有自己的观点 有 教师批改痕迹 评语和评分 四 外文资料阅读翻译 对本科生要求阅读 2000 词以上的原文资料一篇 上交原文及译文 内 容与毕业设计内容相关 要求有教师批改痕迹 评语和评分 五 中期考核 第十周周末 学生上交中期小结 指导教师通过考查毕业设计进度 对中期小结进行评价 并给出百分制评分结果 院学术委员会将根据中期 小结的结果 抽查 10 进行中期答辩 对存在严重问题的学生 将在全院 对学生和指导教师进行通报 并在毕业答辩中单独组织答辩 六 考勤 答疑检查 毕业设计期间 要求学生在规定毕业设计教室或机房开展工作 作息 时间同上课时间 如有外出调研查阅资料须经指导教师同意 提前通知考 勤员 在外单位进行毕业设计学生由指导教师或委托指导人进行考勤 缺 勤一天按旷课 6 学时计 七 论文评阅 每份论文需有指导教师评语 论文评阅人评语 经答辩委员会同意 方可参加毕业答辩 八 毕业答辩 毕业答辩在第十七周进行 答辩委员会最少由 3 人组成 1 名答辩委 员会主席 2 名以上答辩委员会委员 并设 1 名专职秘书 答辩成绩取答 辩委员给定的平均成绩 秘书负责答辩记录和成绩汇总 九 评分表 毕业设计成绩由三部分组成 即指导教师成绩 评阅成绩和答辩成绩 三部分成绩都以百分制评定 权重系数分别是 20 30 和 50 最终成 绩按优秀 良好 中等 合格 不合格评定 院学位委员认定方为有效 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 1 第一章 绪 论 2 1 1 地铁变形监测的意义 2 1 2 国内外变形监测现状 3 1 3 地铁工程变形监测的主要内容 3 1 3 1 明挖法 3 1 3 2 暗挖法 4 1 3 3 盾构法 4 1 3 4 监测对象及内容 4 第二章 工程概况及监测基准网设计 6 2 1 工程概况 6 2 2 变形监测基准网设计 8 第三章 变形监测方案设计 9 3 1 监测方案的编制依据 9 3 2 监测方案的编制原则 9 3 3 测点布置原则 9 3 4 监测内容 10 3 5 监测方法和监测点布置 10 3 5 1 桩体变形 10 3 5 2 支撑轴力 11 3 5 3 桩体内力 12 3 5 4 土压力 12 3 5 5 桩顶位移 13 3 5 6 基坑周边地表沉降 13 3 5 7 基坑周边重要管线沉降 13 3 5 8 隧道净空收敛 13 3 5 9 拱顶下沉 14 3 6 监测工序和测点保护 15 3 6 1 监测工序 15 3 6 2 测点保护 15 3 7 监测频率 精度及报警值 15 3 7 1 观测频率 15 3 7 2 测试精度 报警值 15 第四章 地铁变形监测的数据处理 18 4 1 使用水准仪的相关监测数据处理 18 4 1 1 数字水准仪文件格式 18 4 1 2 数据提取与报表生成 20 4 1 3 变形预报和安全判断 22 4 2 使用测斜仪的相关监测数据处理 23 4 2 1 测斜仪的文件格式 23 4 2 2 数据的提取及报表生成 24 4 2 3 变形预报和安全判断 25 4 3 使用轴力计的相关监测数据处理 25 第五章 结论和展望 26 5 1 主要工作 26 5 2 存在不足 26 参考文献 27 中英文翻译 28 英文原文 28 中文译文 34 调研报告 39 致 谢 40 摘 要 地铁作为一种较新型的交通方式在缓解城市中心交通拥挤 堵塞等情况时起了极大作用 地铁 一定程度的沉降 可以视为正常现象 但是沉降量超过一定的限度 尤其是不均匀沉降 将会引起 地铁隧道结构的变形 给地铁的正常运行带来隐患 甚至引发难以想象的安全事故 本文通过对地 铁基准网和监测方案的设计以及对不同开挖方法中不同的监测项目的监测方法 仪器 精度要求 数据处理 安全警报等的研究为地铁变形监测做了一个粗略的介绍 Abstract Metro as a mode of transportation than the new urban center in alleviating traffic congestion congestion etc play a significant role in the time Metro certain degree of settlement can be regarded as normal but the settlement beyond a certain limit especially differential settlement will cause deformation of subway tunnel to bring the normal operation of subway problems and even lead to unimaginable security accident Based on the subway network and the baseline monitoring program design and excavation of different methods of monitoring projects of different monitoring methods instruments precision data processing security alerts etc Deformation of the subway made a rough introduction 第一章 绪 论 1 1 地铁变形监测的意义 地铁作为一种较新型的交通方式在缓解城市中心交通拥挤 堵塞等情况时起了极大作用 给广 大市民提供了安全 便捷 舒适 清洁的交通工具 对城市基础设施建设也起着极为重要的作用 而且对保持城市风貌 提高环境质量 拉动地方经济 实施可持续发展战略有难以估量的积极意义 地铁的建设促进了城市经济的发展和地下空间的利用 但是和其他的城市地下公共设施一样 地铁隧道多建在积土层中 且地质复杂 隧道狭窄 地下管线密集 交通繁忙的闹市中心 又由于 地铁沿线地区的城市建设等原因必将引起地铁隧道结构纵向沉降 一定程度的沉降 可以视为正常 现象 但是沉降量超过一定的限度 尤其是不均匀沉降 将会引起地铁隧道结构的变形 给地铁的 正常运行带来隐患 对周边环境 公路地表 附近建筑物 地下市政管线等 产生沉降 位移 甚至 引发难以想象的安全事故 造成不可估量的经济损失和恶劣的社会影响 因此为了确保地铁隧道主 体结构和周边环境安全 必须对地铁隧道结构进行沉降监测 对监测数据进行及时分析与反馈 以 及对以后的沉降情况作出预测 在车站基坑开挖的施工过程中 车站基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动 上压力状态转变 应力状态的改变引起围护结构承受荷载并导致围护结构和土体的变形 围护结构的内力 围护桩和墙的内力 支撑轴力或土锚拉力等 和变形 车站基坑坑内士体的 隆起 车站基坑支护结构及其周围土体的沉降和侧向位移等 中的任一量值超过容许的范围 将造 成车站基坑的失稳破坏或对周围环境造成不利影响 深基坑开挖工程施工场地四周有建筑物和地下管线 车站基坑开挖所引起的土体变形将在一定 程度上改变这些建筑物和地下管线的正常状态 当士体变形过大时 会造成邻近结构和设施的失效 或破坏 同时 车站基坑相邻的建筑物又相当于较重的集中荷载 车站基坑周围的管线常引起地表 水的渗漏 这些因素又是导致土体变形加剧的原因 车站基坑工程设置于力学性质相当复杂的地层中 在车站基坑围护结构设计和变形预估时 一 方面 车站基坑围护体系所承受的土压力等荷载存在着较大的不确定性 另一方面 对地层和围护 结构一般都作了较多的简化和假定 与工程实际有一定的差异 加之 车站基坑开挖与围护结构施 工过程中 存在着时间和空间上的延迟过程 以及阵雨 地面堆载和挖机撞击等偶然因素的作用 使得现阶段在基坑工程设计时 对结构内力计算以及结构和土体变形的预估与工程实际情况有较大 的差异 并在相当程度上仍依靠经验 因此 在车站基坑施工过程中 只有对基坑支护结构 基坑周围的士体和相邻的构筑物进行全 面 系统的监测 才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解 以确保工程的 顺利进行 在出现异常情况时及时反馈 并采取必要的工程应急措施 甚至调整施工工艺或修改设 计参数 提前采取措施 防止事故的发生 地表沉降监测的主要目的是通过针对不同施工方法的沉 降观测 了解其必要性 确定建 构 筑物的状态 保证其工作的安全进行 通过对建 构 筑物和地表 的监测数据分析 找寻工程建设在施工期间的变形规律 范围 如果沉降超过了一定的限度 就会 对建 构 筑物的正常使用产生影响 严重的还可能危及它们的安全 造成人员的伤亡和财产的损 失 且对公共的交通安全带来隐患 一个不好的例子就是最近地铁大兴线天宫院站 C 口出现了 20 平米左右的大坑 虽然目前原因还在查询中 但是监测不到位相比也是其中的原因之一 由此可见 地铁沉降监测有很迫切的现实意义 1 2 国内外变形监测现状 近年来 我国相继颁布实施的有关地下工程设计和施工的规程 规范都对监测做了具体规定 并针对不同地区所下达的监测方案应当地情况而定 大大提高了施工 营运过程的安全指数 监测 已成为地下工程中比不可少的部分 经过长期的实践发现 地下工程周边位移和浅埋地下工程的地表沉降是围岩与结构 支护结 构系统力学形态最直接 最明显的反映 是可以监测并控制的 因此普遍认为地下工程周边和浅埋 地下工程的地表沉降监测最有价值 即可全面了解地下工程施工过程中的围岩与结构及地层的动态 又具有容易观测 可控制的特点 目前 在地下工程设计中 都有较完善的监测设计 包括监测管 理 监测方法及监测设备等 但在实施过程中仍然存在很多问题 由于监测与信息反馈技术对技术人员专业水平要求较高 因此国内外在监测管理方面 开始走 专业化的道路 将将监测作为一个独立的工序从工程项目中分离出来 由有资质的专业队伍承包 以保证监测的客观性与公正性 目前 在工程建设中也开始引入第三方 其受业主委托进行监测 对于我们监测公司来讲 所测的数据要经过第三方检验 1 3 地铁工程变形监测的主要内容 地铁变形的监测根据地铁开挖方式的不同也有所不同 地铁开挖的方式有明挖 暗挖和盾构 盾构是当前最先进的地铁开挖方式 但是由于经济因素等的限制许多地铁的开挖大部分还是以明挖 和暗挖为主 而由于地面建筑物 道路等的存在使得明挖也很少用到实际上目前大部分地铁的开挖 仍然是以暗挖为主的 1 3 1 明挖法 明挖法也称基坑法 从地表向下开挖出基坑 在基坑内进行结构施工 然后回填恢复地表 我 们的标段用的是基坑支护开挖法 即挖后用钢支撑支护 并随时根据监测数据施加轴力 此法简单 易行 施工速度快 施工作业面宽 人口少 覆盖层薄 车辆不多的地区宜采用 缺点是对地表破 坏大 中断交通 拆迁量大 同时施工的噪声大 我实习所在的地铁六号线六标黄渠站就是以明挖 的方式施工的 为减小对公民的影响 这一站距居民较远而且是封闭隔离的 虽然如此地铁仍然对 周围造成了不小的影响比如道路一侧道路被迫暂时改线绕行 公路上施工车辆机械多 沙尘多等 明挖法需要监测的内容有 1 地表点沉降监测 2 管线沉降监测 3 基坑围护桩变形监测 4 桩顶水平位移监测 5 支撑轴力变化监测 1 3 2 暗挖法 暗挖法又称矿山法 与盾构法同为一种形式 是地下工程主要施工方法之一 我国第一次应用 此法是在 1987 年北京的复兴门折返线地铁工程中 结构跨度达 14 6m 覆土厚度 6 12m 针对我 国城市地下工程的特点 暗挖法在不断完善 它可避免明挖法对地表的干扰 而又较盾构法具有对 地层较强的适应性和高度灵活性 其中新奥法是矿山法的基本原理与方法之一 其原理是地下结构 的安全首先取决于周围地层的稳定状态 然后对其进行初次衬砌和二次衬砌 用来保证在地下工程 结构周围应力重分布的过程中对地层提供必要的支撑抗力 与地层共同组成受力的整体 以保持地 下结构的稳定 暗挖法的优点有 1 不需要太大的施工场地 拆迁少 不扰民 2 适应复杂多变的地质条件 3 适应复杂多变的结构形式 4 适应复杂的周边环境 其缺点主要有 1 辅助工法施工成本过高 导致工程造价偏高 2 难以采用大型施工机械 施工速度慢 3 工作环境差 不利于工作人员的身 体健康 4 防水施工质量难以保证 隧道防水容易出问题 我的一次实习所在地铁九号线二标段所 用的就是暗挖法和盾构法结合的方式开挖的车站部分用盾构法开挖 隧道部分用暗挖法开挖 1 3 3 盾构法 盾构法的基本原理是基于圆柱形钢铁装置沿隧道轴线向前推进的同时进行开挖 在隧道初期支 护或二次衬砌施工前 圆柱形钢铁装置保证开挖所需的空间 由于盾构法具有高度的机械化 自动 化 不影响地面交通 对周围建 构 筑物影响较小 适应软弱地质条件 施工速度快等优点 在城 市地铁工程中得到广泛应用 目前已经成为国内外城市地铁隧道的主要施工方法 在建的上海 北 京 广州 南京 天津地铁中都大量的采用盾构法 此外盾构法还具有施工人员安全程度高 防水工程施工方便 质量好的优点 缺点是 1 盾构 机设计 制造 安装等准备期长 前期投资大 2 操作要求高 3 施工场地大 只适合较长的隧道 对隧道埋深有一定的要求 4 当地层条件多变时 施工风险大 5 一般只适合圆形断面 缺少变化 1 3 4 监测对象及内容 1 监测对象 主要监测对象有周围环境 包括建构筑物 管线等 市政道路地表等 支护结构 围岩地质 体 包括地下水 围岩土体 2 监测内容 根据工程环境特点 监测内容有 1 地层及支护情况观察 2 地表沉降 3 盾构始发段 地质条件复杂地段洞内侧壁收敛 4 盾构始发段 地质条件复杂地段拱顶下沉 5 周边建筑物及地下管线沉降情况 6 地下水位 第二章 工程概况及监测基准网设计 2 1 工程概况 地铁 6 号线已经通过审查并获得批复 这条自西向东的轨道交通干线长达 52 公里 和目前北 京市各条正在运营的地铁线路以及正在建设的线路相比 6 号线堪称最长 其中 一期线路为海淀区五路站至朝阳区草房站 长 30 69 公里 计划 2012 年底建成 预计 2013 年 9 月 28 日通车 二期线路为朝阳区草房站至通州区东小营站 2011 年 2 月 28 日正式开工建设 6 号线二期可 实施 大站快车 6 号线二期设站 7 座 均为地下线 6 号线列车设计时速可达 100 公里 且增加 了两节车厢 运力比普通地铁增加近四分之一 6 号线给 大站快车 预留空间 快车只停大站 小站则甩站通过 慢车站站都停 目前预留的大站包括一期的常营站 二期的北关 新华大街等站 点 计划开通时间 2014 年 11 月 28 日 三期工程苹果园至五路居全长 9 公里 计划 2015 年建成 地铁六号线六标的工程概况 黄渠站 常营站区间沿现况朝阳北路敷设 线路呈东西走向 西起于朝阳北路与制药三厂西路 相交路口的黄渠站 沿线经过的现状及规划道路主要有常营西路 制药三厂东路 常营路 建材院 中路 屹于双桥东路路口的常营站 全长约 1 5km 线路纵坡为 V 型坡 由于全线位于朝阳北路红 线范围内 距道路两侧的建筑物较远 水平距离大于 2 倍隧道直径 沿线穿越的管线主要有 含 1200 上水管 1200 污水管 1000 上水管 3200X2100 5690X2100 雨水箱涵 2400X1200 雨水 沟 1400 1600 雨水管 其中区间长距离平行下穿 1200 上水管 3200X2100 5690X2100 雨水 箱涵 最小竖向距离分别为 7 7m 7 6m 区间隧道采用盾构法施工 共设 2 个联络通道 其中 2 联络通道与泵站合设 本工程为北京地铁 6 号线一期起始于褡裢坡站终止于草房站 本标段线路呈东西走向 起止里 程为 K24 544 989 K28 686 200 长约 4 1412km 其中包括两站三区间 分别为褡裢坡站 黄渠站 区间 黄渠站 黄渠站 常营站区间 常营站 常营站 草房站区间 褡裢坡站 黄渠站区间设计 起始里程为 K24 544 989 K25 470 500 全长 925 511m 黄渠站 常营站区间设计起始里程为 K25 726 500 K27 215 102 全长 1488 6m 常营站 草房站区间设计起始里程为 K27 609 902 K28 686 200 全长 1076 298m 本标段包含土建工程 安装工程 装修工程 降排水工程 专项工 作 站前广场 总负责及协调配合等 区间线路图 图号 图名 工程点位图如下 图号 图名 2 2 变形监测基准网设计 监测基准网是隧道沉降监测的参考系 由基准点和工作基点组成 基准点是沉降监测的基本控 制 应保持其坚固与稳定 选择基准点位置的一般原则是 根据工程大小 地形地质条件以及观测 精度的要求 基准点应布设在变形体或变形区之外 且地质情况良好 不易被破坏的地方 就地铁 隧道建成后的实际情况来看 若在地铁区间隧道内设立基岩基准点或倒垂基准点 将会破坏地铁隧 道结构整体防水性能和地铁的钢筋混凝土结构 并且其设置费用也比较高 这是很不适宜的 因此 地铁隧道结构沉降监测的基准点一般是设在远离地铁隧道区域之外 相对比较稳定的地方 地铁隧 道因线路较长 水准基点一般远离测区 若仅依靠水准基点监测隧道 不仅观测量大 还将使观测 成果含有较大的误差 不利于变形分析 因此需要在隧道内相对比较稳定的地方设置工作基点 而 地铁车站所处的地质条件一般较好 遇到不良地质 皆进行地基处理 所以可以将车站看作一个大 的稳定的刚体 发生变形的可能性较小 另外 个别车站发生变形 也可从邻车站的位置关系反映 出来 因此 可以把变形监测的工作基点建立在两隧道之间的车站上 如选择车站的铺轨控制基标 或埋设的特殊点作为变形监测的工作基点 监测基准网宜布设成附合水准路线或沿上 下行线隧道 成结点水准路线形式 根据地质条件和车站结构的稳定状况确定定期观测的周期 采用国家一等水 准技术要求施测 但观测限差则应按严格的变形监测指标控制 否则平差后的工作基点高程中误差 太大 难以检验出工作基点发生的极小沉降位移 使隧道沉降监测时附合水准线路无法测合 为了 尽可能地减小观测误差 观测前要对所使用仪器的各项指标进行检测校正 并且每次观测时所用的 仪器和观测人员都要固定 观测时的环境条件要基本一致 观测的路线 方法和程序要固定 观测 过程中 所有操作人员要相互配合 协调一致 认真仔细 做到步步有校核 第三章 变形监测方案设计 3 1 监测方案的编制依据 1 地铁设计规范 GB50157 2003 2 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 3 建筑地基基础设计规范 GB5007 2002 4 国家一 二等水准测量规范 GB50026 93 5 工程测量规范 GB12897 91 6 北京市地方标准 地铁工程监控量测技术规程 DB11 490 2007 7 北京市地方标准 建筑基坑支护技术规程 DB11 489 2007 8 本工程的地理 地质 水文条件和工程招标 设计等有关资料 9 地下铁道工程施工及验收规范 GB5007 2002 10 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086 2001 11 建筑基坑工程技术规范 YB9258 97 3 2 监测方案的编制原则 根据本工程特点和对监测的技术要求并结合施工现场实际情况 监测工作应按以下要求进行 1 基坑的围护桩体 支撑 地下结构 侧土压力和基坑周围地表沉降为本工程的监测对象 2 设置的监测内容和监测项目必须符合有关规范及设计要求 并能结合现场实际全面反映 工程施工过程中基坑本身和工程环境的变化情况 3 采用的监测方法 仪器 材料和监测频率应符合设计和规范要求 4 监测数据的测试 采集应做到全面 及时 准确 监测数据的整理和提交应满足信息化 施工的要求 3 3 测点布置原则 根据本工程的安全等级以及相关规范 设计的要求 并结合施工现场实际情况 测点布置应按 以下要求进行 1 监控量测测点应布置在预测变形和内力的最大部位 影响工程安全的关键部位 工程结 构变形缝 伸缩缝及设计特殊要求布点的地方 2 围护桩 墙 体内力测点布设原则 一般在支撑的跨中部位 基坑的长短边中点 水土 压力或地面超载较大的部位布设测点 基坑深度变化处以及基坑的拐角处宜增加测点 立面上 宜 选择在支撑处或上下两道支撑的中间部位 3 支撑轴力测点布设原则 支撑轴力采用轴力计进行监测 测点一般布置在支撑的端部或 中部 当支撑长度较大时也可安设在 1 4 点处 受力较大的斜撑和基坑深度变化处宜增设测点 对 监测轴力的重要支撑 宜同时监测其两端和中部的沉降和位移 4 围护桩 墙 体水平位移监测断面及测点布设原则 基坑安全等级为一级时监测断面不 宜大于 30m 测点竖向间距 0 5m 或 1 0m 5 围护桩 墙 体前后侧土压力测点布设原则 根据围护桩 墙 体的长度和钢支撑的位 置进行布设 测点一般布置在基坑长短边中中点 6 桩顶位移测点布设原则 基坑长短边中点 基坑每边测点数不宜小于 3 个 7 基坑周围地表沉降测点布设原则 基坑周边距坑边 10m 范围内沿坑边设 2 排沉降测点 测点布置范围为基坑周围二倍开挖深度 3 4 监测内容 监测内容主要有下列几项 1 桩体变形 2 支撑轴力 3 桩体内力 4 侧土压力 5 桩顶位移 6 基坑周围地表沉降 7 基坑周围管线沉降 3 5 监测方法和监测点布置 3 5 1 桩体变形 1 监测方法 本项监测是深入到围护体内部 用测斜仪自下而上测量预先埋设在围护体内的测斜管的变形情 况 以了解基坑开挖施工过程中 围护体因相应位置土体的挖除对其整体水平位移的影响程度 分 析围护体在各深度上的稳定情况 测斜管的安装 见图 3 测斜管有圆形和方形两种 国内多采用 圆形 直径有 50mm 70mm 等 每节一般为 2m 长 采用钢材 铝合金 塑料等制作 最常用的还是 PVC 塑料管 测斜管在吊放钢筋笼之前 接长到设计长度 绑扎在钢筋上 随钢筋笼一起放入槽内 桩孔内 测斜管的底部与顶部要用盖子封住 防止砂浆 泥浆及杂物入孔内 仪器 CX 01 测斜仪 量程 50 分辨率 0 02mm 系统总精度 每 15 米测管 4mm 测斜仪工作原理 测斜仪按其工作原理有伺服加速度式 电阻应变片式 差动电容式 钢弦式 等多种 比较常用的是伺服加速度式 电阻应变片式两种 伺服加速度式测斜仪精度较高 目前用 得较多 测斜仪的构造如图 4 所示 2 测点布置 测点按照施工图纸布置在盾构井基坑 四 周的桩体中 具体布设点位详见附图 测斜管为外径 70mm 内径 66mm 内 壁 有十字滑槽的 PVC 管 管长与相应桩等 深 固定在钢筋笼上随之一起埋入地下连续墙 或 桩中 安装测斜管时 其一对槽口必须与 基 坑边线垂直 上下管口用盖子密封 安装 完 成后立即灌注清水 防止泥浆渗入管内 测 斜管管口设可靠的保护装置 测试时 联接测头和测斜仪 检查密封装置 电池充电量 仪器是否工作正常 将测头放入测 斜管 测试应从孔底开始 自下而上沿导管全长每一个测段固定位置测读一次 测段长度为 1m 每 个测段测试一次读数后 将测头提转 180 插入同一对导槽重复测试 两次读数应接近 符号相 反 取数字平均值 或是绝对值相加 作为该次监测值 在基坑开挖前 以连续三次测试无明显差 异读数的平均值作为初始值 应在正式测读前 5 天以前安装完毕 并在 3 5 天内重复测量 3 次以 上 当测斜稳定之后 开始正式测量工作 首先测试时沿预先埋好的测斜管沿垂直于隧道轴线方向 A 向 导槽 自下而上每隔一米 或 0 5m 测读一次直至孔口 得各测点位置上读数 Ai Ai 其中 向与 向为探头绕导管轴旋转 180 位置 然后以同样方法测平行隧道轴线 方向的位移 3 5 2 支撑轴力 1 监测方法 钢支撑采用支撑轴力计来监测其支撑轴力的变化 从而了解围护体及支撑体系因相应位置土体 的挖除而承受的侧向土压力 分析围护体及支撑体系的稳定情况 仪器 国产钢弦式支撑轴力计 数字式读数仪 量程 0 3000 kN 精度 0 15 F S 电子轴力计的组成及其工作原理 电子轴力计主要由预拉力施加系统 传感器 信号及数据处理系统 显示和打印系统组成 其 主要由底座 连接框和 7 副专用检具组成 底座侧板和底板均采用厚度为 25mm 的 45 钢板 用扭矩 扳手对被测螺栓施加扭矩时 为保证测力传感器的受力轴线与螺栓的受力轴线在同一条直线上 装 配传感器及螺栓的检具均以底板平面为基准 连接框和底板间的运行采用双轨结构 信号转换系统 主要由传感器和连接件组成 当螺栓受到轴力时 可将力转换成 0 15 mV 电压信号送单片机进行 处理 前置放大器采用高性能运放 为减少温度变化的影响 放大器的输入电阻和反馈电阻均采用 低温漂电阻 同时采用二阶低通滤波器 使输出信号更加平滑 模数部分采用三次积分技术 模块 的时钟频率为 50Hz 的整倍数 可以有效遏制工频干扰对模数转换的影响 传感器供桥电压采用二 级稳压 保证了测量的稳定性和准确度 2 测点布置 轴力计安装在钢支撑管与围护墙体间 有专配的支持器以保证加装了轴力计的钢支撑的正常工 作 起到应有的支撑作用 盾构井轴力测点安装在与桩体水平位移监测断面对应布置支撑轴力监测断面 具体布设点位详 见附图 3 5 3 桩体内力 1 监测方法 桩体采用钢筋应力计来监测其桩体内力的变化 从而了解围护桩体因相应位置土体的挖除而产 生的内力变化 分析围护桩体的稳定情况 仪器 国产钢弦式钢筋应力计 数字式读数仪 量程 40 500 kN 精度 0 15 F S 2 测点布置 钢筋应力计安装在桩体的主筋上 安装完成后 监测应力计读数 保证钢筋应力计的正常应用 具体布设点位详见附图 3 5 4 土压力 1 监测方法 土压力测试采用钢弦式土压力盒来监测侧土压力的变化 仪器 土压力盒 数字式读数仪 量程 0 1 Mpa 精度 0 15 F S 2 测点布置 土压力盒安装在桩体与土体之间 安装完成后 进行读数 保证土压力盒的正常应用 具体布 设点位详见附图 3 5 5 桩顶位移 1 监测方法 桩顶位移测试采用全站仪来监测桩顶位移的变化 仪器 徕卡 TCA1800 全站仪 精度 1 1 2ppm 2 测点布置 测点竖向间距 0 5m 或 1m 具体布设点位详见附图 3 5 6 基坑周边地表沉降 1 监测方法 基坑周围地表沉降测试采用电子水准仪来测量基坑周围地表沉降的变化 仪器 DINI0 3 精度 0 3mm km 2 测点布置 结合场地条件在基坑周围 2 倍开挖深度范围内进行测点的布设 具体布设点位详见附图 3 5 7 基坑周边重要管线沉降 1 监测方法 基坑周围重要管线沉降测试采用电子水准仪来测量基坑周围地表沉降的变化 仪器 DINI0 3 精度 0 3mm km 2 测点布置 结合场地条件对基坑周围 2 倍开挖深度范围内的管线进行监测 测点布设详见附图 3 5 8 隧道净空收敛 周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观的反映 量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性 提供可靠的信息 指导现场设计与施工 布设方法为在拱顶和侧壁钉入膨胀螺栓 或预埋测杆 然后在其上焊接钢筋钩 通过收敛计 读取相对位移 经过计算分析的出隧道的净空收敛 如图 5 图 5 隧道内收敛点埋设示意图 仪器 XB 200 钢尺收敛仪 精度 0 2mm 3 5 9 拱顶下沉 拱顶下沉为隧道监测的应测项目 是判断隧道空间稳定的重要依据 其测点布设在隧道顶部中 间位置 布设方法为将铁三角焊在格栅拱架上 其中一个角露出衬砌 测量时将水准尺悬挂于铁三角上 调平水准仪后读取数据 如图 6 所示 图 6 隧道内拱顶沉降点埋设示意图 仪器 DINI0 3 精度 0 3mm km 3 6 监测工序和测点保护 3 6 1 监测工序 各监测内容所需的监测仪器 监测点的安装 埋设以及测读的时间应随基坑工程施工工序而展 开 1 桩体施工时 同步安装围护墙体内测斜管 2 围护墙顶的圈梁浇筑时 同时做好测斜管口的保护工作 3 基坑开挖之前 应建立测量控制网 将所有已埋设测点测读初始值 并应测读三次 4 在相应钢支撑安装施工时 同步安装轴力计 并在支撑施加预应力前后进行读数 5 相应施工区段及其影响范围内的测点在施工期间按要求进行测读并进行数据整理和及时 完成 提交日报表 6 施工段工程全部完成之后 按照有关要求相应测点停止测读 以此类推直至工程全部完 成 7 写施工监测报告 3 6 2 测点保护 测点安装 埋设好后应作好醒目标记 设置保护设施 平时加强测点保护工作 确保测点成活 率 保证监测数据的连续性 3 7 监测频率 精度及报警值 3 7 1 观测频率 在施工开始前应完成有关各项测点的埋设工作 并取前三次读数的平均值作为初始读数 以保 证测试数据更接近真实 施工开始后 根据有关技术规程的规定和开挖进度进行安排观测频率 1 基坑开挖期间 开挖段内的监测点约每天 2 次 未开挖段每周约 1 2 次 2 基坑底板完成的区段 约每周 1 3 次 但换撑期间应每天 1 次 3 基坑主体结构施工结束后 1 7 天监测频率为 2 次 天 7 15 天监测频率为 1 次 天 4 根据监测数据变化情况 监测频率进行适当调整 5 当监测数据达到报警范围 或遇到特殊情况 如暴雨 台风或大潮汛等恶劣天气以及其 它意外工程事件 应适当加密观测 直至 24 小时不间断的跟踪监测 3 7 2 测试精度 报警值 测试精度 报警值如表 1 所示 表 1 盾构井测试精度 报警值表 序号 监测项目 监测仪器 监测精度 备注 1 桩顶位移 徕卡 TCA1800 全站仪 1mm 极限值 30mm 速率 3mm d 2 桩体变形 测斜管 测斜仪 0 2mm 0 5m 极限值 30mm 速率 3mm d 3 支撑轴力 轴力计 0 15 F s 设计值 4 侧土压力 土压力盒 0 15 F s 设计值 5 基坑周围 地表沉降 DINI0 3 电子水准仪 0 3mm 极限值 30mm 速率 2mm d 6 桩内钢筋 应力应变 应力计 频率接收仪 0 15 F s 表 2 监测管理表 管理等级 管理位移 施工状态 级管理 F 0 70 安全 正常施工 级管理 0 7 F 0 85 报警状态 黄色预警 加强监测 通知相关单位 级管理 0 85 F 1 警戒状态 橙色预警 立即通知相关单位 实施措施 表中 U0 允许位移值 Un 实测位移值 F 实测值 允许值 U0 的取值 也就是监测控制标准 根据以往类似工程经验 有关规范规定设计要求 根据监测管理基准 可选择监测频率 一般在 级管理阶段监测频率可适当放大一些 在 级 管理阶段则应注意加密监测次数 在 级管理阶段则应密切关注 加强监测 监测频率可达到 1 2 次 天或更多 第四章 地铁变形监测的数据处理 地铁的隧道结构体为条形状 呈现一定的柔性 在地质条件不稳固状态下极易产生变形 而地 下车站结构体相对较大 垂直位移要比隧道小得多 在工程管理中 无论从结构安全还是行车安全 上考虑 密切关注的是隧道相对车站的垂直位移 所以 对隧道的沉降分析应重点分析隧道相对于 车站的隆沉 也就是沉降监测点相对于工作基点的变化 隧道沉降监测点数量较多 且相邻测点之 间的结构体呈现一定的刚度 如果仅仅对单一沉降测点的变化进行分析 即不方便 又不能全面地 反映出隧道纵向的整体沉降情况 所以 沉降分析宜采取整体分析 可按隧道的上 下行线逐条或 区间逐段去分析 较直观的方法是将监测的报表绘制成 监测点沉降量曲线图 即将每一期各测 点的累计沉降量曲线绘制在以隧道里程 或测点 为横轴 沉降量为竖轴的坐标系中 同样方法绘制 监测点沉降速率曲线图 这样便能直观地从图上看出整条隧道的沉降情况 规律和趋势 必要 时还可将隧道纵向地质剖面图及隧道纵断面绘制在 监测点沉降量曲线图 下方 更有利于分析隧 道沉降的成因 做出正确推测 4 1 使用水准仪的相关监测数据处理 使用数字水准仪进行的变形监测项目有 地表点沉降监测 上水管线沉降监测 污水管线沉降 监测 桩顶沉降监测以及拱顶沉降监测 根据监测频率要求黄渠段是每天测一次 所以每天都要建 立一个对应于所测项目的水准观测项目 4 1 1 数字水准仪文件格式 水准观测所采用的仪器是 DINI0 3 天宝电子水准仪 测量所生成的文件格式为 dat 格式 数据 上传到电脑所使用的工具是 datatransfer 将水准仪与电脑用数据线连接 打开电脑上的 datatransfer 软件 选择要上传的项目 并将路径修改为想要存放的地址 点击确认即可完成上传 以 7 月 1 日的项目为例 文件以记事本打开效果如下 For M5 Adr 1 TO 0701hq dat For M5 Adr 2 TO Backsight For M5 Adr 3 KD1 BM4 Z 29 04356 m For M5 Adr 4 KD1 BM4 1 R 0 89681 m HD 37 113 m For M5 Adr 5 TO Intermediate sight For M5 Adr 6 KD1 S2 1 Rz 1 69113 m HD 45 366 m Z 28 24924 m For M5 Adr 7 TO End of interm sight For M5 Adr 8 TO Backsight For M5 Adr 9 KD1 S2 Z 28 24924 m For M5 Adr 10 KD1 S2 1 R 1 59964 m HD 23 884 m For M5 Adr 11 TO Intermediate sight For M5 Adr 12 KD1 S1 1 Rz 1 63756 m HD 40 841 m Z 28 21132 m For M5 Adr 13 KD1 D2604 1 Rz 1 57107 m HD 16 049 m Z 28 27781 m For M5 Adr 14 KD1 D4901 1 Rz 1 56804 m HD 24 443 m Z 28 28084 m For M5 Adr 15 KD1 D2502 1 Rz 1 52597 m HD 8 143 m Z 28 32291 m For M5 Adr 16 KD1 S3 1 Rz 1 61297 m HD 4 245 m Z 28 23591 m For M5 Adr 17 KD1 S252 1 Rz 1 52446 m HD 11 882 m Z 28 32442 m For M5 Adr 18 KD1 D2404 1 Rz 1 50907 m HD 6 924 m Z 28 33981 m For M5 Adr 19 KD1 D2403 1 Rz 1 48401 m HD 10 394 m Z 28 36487 m For M5 Adr 20 KD1 D2302 1 Rz 1 45152 m HD 15 965 m Z 28 39736 m For M5 Adr 21 KD1 S210 1 Rz 1 45452 m HD 18 296 m Z 28 39436 m For M5 Adr 22 KD1 8 1 Rz 0 91242 m HD 14 437 m Z 28 93646 m For M5 Adr 23 KD1 D2204 1 Rz 1 46231 m HD 25 348 m Z 28 38657 m For M5 Adr 24 KD1 D2203 1 Rz 1 43116 m HD 26 39 m Z 28 41772 m For M5 Adr 25 KD1 D2102 1 Rz 1 43782 m HD 34 334 m Z 28 41106 m For M5 Adr 26 TO End of interm sight For M5 Adr 27 TO Backsight For M5 Adr 28 KD1 D2102 Z 28 41106 m For M5 Adr 29 KD1 D2102 1 R 1 60863 m HD 6 272 m For M5 Adr 30 TO Intermediate sight For M5 Adr 31 KD1 7 1 Rz 1 07362 m HD 23 371 m Z 28 94607 m For M5 Adr 32 KD1 D2003 1 Rz 1 50395 m HD 12 009 m Z 28 51574 m For M5 Adr 33 KD1 D1802 1 Rz 1 46869 m HD 27 494 m Z 28 551 m For M5 Adr 34 KD1 D1803 1 Rz 1 49656 m HD 26 257 m Z 28 52313 m For M5 Adr 35 TO End of interm sight For M5 Adr 36 TO Backsight For M5 Adr 37 KD1 D1803 Z 28 52313 m For M5 Adr 38 KD1 D1803 1 R 1 54065 m HD 24 532 m For M5 Adr 39 TO Intermediate sight For M5 Adr 40 KD1 S208 1 Rz 1 52111 m HD 34 855 m Z 28 54267 m For M5 Adr 41 KD1 D1603 1 Rz 1 54463 m HD 15 713 m Z 28 51915 m For M5 Adr 42 TO End of interm sight For M5 Adr 43 TO Backsight For M5 Adr 44 KD1 D1603 Z 28 51915 m For M5 Adr 45 KD1 D1603 1 R 1 54125 m HD 16 186 m For M5 Adr 46 TO Intermediate sight 论文大小所限未能全部粘上 详见附件 4 1 2 数据提取与报表生成 把格式为 dat 的原数据复制并粘贴到 excel 表格中 如下图所示 按点名排列数据 只留下点名和高程两列 然后先即可将点号对应的高程一一填至每日报表 报表格式如图 将报表的上次观测时间和本次观测时间分别替换为正确的时间 把本次观测一项覆盖到上次观 测然后把今天新测得的高程复制到本次观测值一项 后面的沉降值 累计沉降 速率等项由于都是 由公示算得的所以不用一一计算是自动生成的 为了更直观的看出各个点位的变形规律还可以把数据按点号来整理 并且以时间为横轴 沉降 量为纵轴作出该点的沉降时程曲线如下图 4 1 3 变形预报和安全判断 数据检测标准 1 基准网复测时 往返较差及环线闭合差应在 0 3 nmm n 为测站数 以内 每站高差中误 差小于 0 15mm 具体观测要求见 工程测量规范 GB50026 2007 二等垂直位移监测网技术要求 2 后期处理数据时 安全等级判断可以参考 3 72 中的表 2 实际变形值与允许变形值的比值 F 0 7 的为三级管理状态 可以正常施工 0 7 F0 85 的为一级管理状态 属于橙色警报 应该在报表中用橙色标注出来 立即通知相关单位并采取措施 实际效果图如下 4 2 使用测斜仪的相关监测数据处理 使用测斜仪的监测项目只有桩体水平位移 4 2 1 测斜仪的文件格式 桩体水平位移所使用的仪器是 CX 01 测斜仪 测量生成的文件格式是 xls 即 excel 文件 测斜 仪中的数据是以日期和桩号为标识建立起项目 同样将测斜仪和电脑通过专用数据线连接 选好数 据要上传到的地址点确定开始上传 上传后文件格式如下 4 2 2 数据的提取及报表生成 由于测斜仪测得的数据本身就是在 excel 中存在的而且是一深度降序排列的所以不需要进行 特殊的数据提取 和水准的