热力管线（地铁远程自动化）监测方案.doc

*西延热力外线*南路*4点分支土建工程上穿地铁*号线地铁远程自动化监测方案*大学勘察设计研究院年 月 日1 工程概况*西延热力外线*南路*4点分支土建工程从位于*路南侧的1/4点沿*西路向北延伸至2/4点。该分支大致呈南北走向，上穿地铁*号线*站*站区间结构。本工程包括1/4点2/4点隧道结构及2/4点施工竖井结构部分。其中1/4点2/4点隧道隧道长79.389m，宽3.8 m，高2.75m。初衬厚200mm，二衬厚400mm。隧道顶埋深0.8-1.4m，采用矿山法施工，施工方向由北向南。2/4点施工竖井深约4.9m，采用倒挂井壁方法施工，仅作钢格栅+喷射混凝土的初衬结构，施工完毕后可对竖井进行回填处理。图1 热力管线与既有线位置关系2 监测的目的及主要内容2.1 监测的目的（1）由于本工程上穿地铁*号线*站*站区间结构。在施工过程中会引起地铁结构及轨道变形，为保证地铁结构及轨道的安全和地铁的正常运营，在热力管线施工期间，必须对地铁进行监控量测。传统监测技术在高密度的行车区间内无法实施，且不能满足对大量数据采集、分析以及及时准确的反馈，因此必须采用远程自动化监测系统对既有线的结构和轨道变形进行24小时监控量测。（2）监测数据经分析处理与计算后，进行预测与反馈，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然，确保地铁的安全和不间断运营。（3）积累资料，为以后类似的设计和施工提供参考。 2.2 监测的主要内容根据甲方及设计方的技术要求，监测范围定在热力管线穿越位置前后各20m范围内地铁结构与轨道的变形，即里程k3+770 k3+810，总长度为40m。表1 监测项目汇总表序号监测项目监测仪器监测目的1既有线结构上浮监测精密水准仪掌握施工期间既有线结构变形情况2走行轨结构前后高低变形监测静力水准系统掌握施工期间既有线轨道结构前后高低变形情况3走行轨结构左右水平变形监测专用轨道尺掌握施工期间既有线轨道结构左右水平变形情况4走行轨轨距变化监测专用轨道尺掌握施工期间既有线轨距变形情况3 监测的主要技术标准及监测等级3.1监测的主要技术标准（1）地下铁道、轻轨交通工程测量规范（gb50308-1999） （2）国家一、二等水准测量规范（gb 1289791）（3）建筑变形测量规程（jgj/t 8-97）（4）北京地铁施工监控量测技术要求（试行稿）3.2 监测等级表2 变形监测的等级变形测量等级变形点的高程中误差相邻变形点高差中误差适用范围二级0.50.3线路沿高层、高大建筑物；地铁施工中的支护、结构、管线，隧道拱下沉、结构收敛和运营中结构线路变形4 监测方案设计监测范围为下方40m，根据理论计算及实际情况，本着突出重点，兼顾全局，正确指导施工的原则进行方案设计。（1）结构变形缝为重要监测对象，该区域需重点监测，在变形缝两侧布置监测点，同时在相邻变形缝的中间位置布点。（2）轨道结构变形为重要监测项目，该项加密测点布设。为保证运营安全，同时考虑高密度的行车区间，采用静力水准测量的方法对地铁轨道进行全天24小时的远程自动化实时监测。4.1既有线结构上浮监测4.1.1监测仪器既有线结构监测采用水准测量的方法，精密水准仪配合铟瓦水准尺进行。4.1.2监测点设置4.1.2.1 基准点的布设根据地下铁道、轻轨交通工程测量规范（gb50308-1999）及国家一、二等水准测量规范（gb 1289791）的规定，除考虑到基准点的稳定性、长期性、使用方便的特点之外，还必须选择在变形区以外，根据本工程的具体情况，可考虑在施工影响区域以外稳定的构、建筑物上布设4个基准点，监测区域两端每端个布设2个，形成附合水准网。用精密水准仪、铟瓦水准尺进行往返观测，观测高差取平均。对合格的观测值进行严密平差计算，求得各基准点的高程，作为沉降观测的依据。以后，在每次沉降观测前对基准点进行复测、检核，发现问题及时处理。水准基点的埋设可选择原有的铺轨基标，或另外选点埋设，两点之间的间距不小于50m。4.1.2.2 监测点的布设如下图2所示，从影响区域中心里程开始，沿结构走向各20米范围内每个伸缩缝两侧各布设一个监测断面，每个监测断面共有2个监测点，并于相邻伸缩缝中间每10m设置监测断面，在此监测断面（非变形缝处）各布有2个监测点。埋入沉降观测标志作为监测点，隧道结构沉降监测点的数量共计16个。图2 既有线结构监测点布置图测点编号及里程见下表3：表3 结构沉降测点布设位置表左线左侧左线右侧测点编号测点里程两点间距（m）测点编号测点里程两点间距（m）zjg1k3+770yjg1k3+770伸缩缝两侧伸缩缝两侧zjg2k3+770.2yjg2k3+770.29.89.8zjg3k3+780yjg3k3+7801010zjg4k3+790yjg4k3+790伸缩缝两侧伸缩缝两侧zjg5k3+790.2yjg5k3+790.29.89.8zjg6k3+800yjg6k3+8001010zjg7k3+810yjg7k3+810伸缩缝两侧伸缩缝两侧zjg8k3+810.2yjg8k3+810.24.1.3 沉降观测（1）监测控制网观测沉降观测的精度指标：按控制点变形测量二级的技术要求，以附合水准路线进行观测，附合差0.3mm，每站高差中误差0.13mm，相邻基准点高差中误差0.5mm。观测周期：监测控制网作为沉降观测的起始依据，所以其准确性就显得尤为重要。水准基点埋设完毕，待其稳定后即进行首次观测，首次观测应连续进行两次，取其平均值作为沉降观测控制点的高程数据。在每次进行沉降观测点的观测前都要对水准基点控制网进行一次复查观测。表4 垂直位移监测控制网主要技术指标等级相邻基准点高差中误差（mm）每站高差中误差（mm）往返较差、附合或环线闭合差（mm）检测已测高差之较差（mm）使用仪器、观测方法及主要技术要求采用ds05水准仪、按国家一等水准测量技术要求作业表5 垂直位移观测点的精度要求和主要观测方法等级相邻基准点高差中误差（mm）每站高差中误差（mm）往返较差、附合或环线闭合差（mm）检测已测高差之较差（mm）使用仪器、观测方法及主要技术要求采用ds05或 ds1水准仪、按国家二等水准测量技术要求作业（2）沉降观测点的观测沉降观测的精度指标：按观测点变形测量三级精度要求进行观测，环线闭合差0.6mm，每站高差中误差0.3mm，视线高不得低于0.3m。观测时按国家二等水准测量的技术要求施测，对于整体工程作为独立的变形体构成闭合水准路线进行观测。在与地面连测时必须按附合水准路线至少联测两个水准基点，以保证具有测量施工时所必须的检核条件，减少测量误差的发生。与地面连测时也应进行往返观测。4.2走行轨结构前后高低变形监测4.2.1监测仪器走行轨结构前后高低变形监测采用静力水准仪与传统精密水准测量相结合的方法。4.2.2监测点设置测点的布设应做到密度适中，既能反映出走行轨的具体变化情况，又要尽量减少工作量。走行轨结构前后高低变形监测的监测点数量为18个（如图3所示）。沿隧道方向每10米设置一监测断面，伸缩缝处设置监测断面，共计8个监测断面， 每个监测断面设2个监测点。共有16个监测点。其中，靠近施工隧道中心线的伸缩缝两侧的监测断面，以及两边相距10m的监测断面布设静力水准监测点，共计8个。同时左右线各布设1个静力水准基点。左右线共需布设10个静力水准监测点。其余断面布设普通精密水准监测点，共计8个。图3 走行轨结构前后高低变形监测点布置图测点编号及里程见下表6：表6 走行轨结构前后高低变形监测点布置左线左侧左线右侧测点编号测点里程两点间距（m）测点编号测点里程两点间距（m）zx1k3+770yx1k3+770伸缩缝两侧伸缩缝两侧zx2k3+770.2yx2k3+770.29.89.8zx3k3+780yx3k3+7751010zx4k3+790yx4k3+780伸缩缝两侧伸缩缝两侧zx5k3+790.2yx5k3+7859.89.8zx6k3+800yx6k3+7901010zx7k3+810yx7k3+790.2伸缩缝两侧伸缩缝两侧zx8k3+810.2yx8k3+7954.3走行轨左右水平变形监测4.3.1 监测仪器走行轨结构左右水平变形监测采用专用轨道尺进行。4.3.2 走行轨结构左右水平监测点的布设监测断面与走行轨结构前后高低监测断面相同，在每个监测断面上左、右线轨顶各布设1个监测点，共有32个监测点，用红油漆作标志。图4 走行轨左右水平监测变形监测点布置图4.4 走行轨轨距变化监测4.4.1监测仪器走形轨轨距变化监测采用专用轨道尺进行。4.4.2监测点的布设走形轨轨距变化监测断面与道床及轨道监测断面相同，每个监测断面上左、右线各进行一次轨距测量。5静力水准测量5.1静力水准测量原理液体静力水准测量的基本原理是依据连通管原理的方法，用电容传感器，测量每个测点容器内液面的相对变化，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉降量。图5 液体静力水准测量原理示意图如图5所示，设共布设有n个测点，1号点为相对基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参考高程面h0间的距离则为：y01、y02y0iyon(i为测点代号i=0，1n)；各测点安装高程与液面间的距离则为h01、h02、h0ihon则有：y01h01y02h02y0ih0iyonhon。(1)当发生不均匀沉陷后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面h0的变化量为：hj1、hj2hjihjn （j为测次代号，j=1，2，3 ）；各测点容器内液面相对于安装高程的距离为hj1、hj2、hji、hjn。由图可得：（y01hj1）+hj1（y02hj2）hj2（y0ihji）hji（y0nhjn）hjn。(2)则j次测量i点相对于基准点1的相对沉陷量hi1 hi1hjihj1 。(3)由（2）式可得： hj1hji(y0ihji)(y01hj1)(y0i-y01)(hji-hj1) 。(4)由（1）式可得： (y0iy01)(hoih01) 。(5)将（5）式代入(4)得：hi1(hjihj1)(hoih01) 。 (6)即只要用电容传感器测得任意时刻各测点容器内液面相对于该点安装高程的距离hji（含hj1及首次的h0i），则可求得该时刻各点相对于基准点1的相对高程差。如把任意点g（1，2i，n）做为相对基准点，将f测次做为参考测次，则按（6）式同样可求出任意测点相对g测点（以f测次为基准值）的相对高程差hij：hig(hijhig)(hfjhfg) 。(7)5.2 rj型电容式静力水准仪5.2.1原理及结构由图所示，仪器由主体容器、连通管、电容传感器等部分组成。当仪器主体安装墩发生高程变化时，主体容体相对于位置产生液面变化，引起装有中间极的浮子与固定在容器顶的一组电容极板间的相对位置发生变化，通过测量装置测出电容比的变化即可计算得测点的相对沉陷。5.2.2 主要技术指标（1） 测量范围： 25mm； 50mm（2）最小分辨率： 0.01mm（3）测点误差 ： 0. 5fs（4）使用环境条温度： -2070c5.2.3仪器的安装、调试 仪器的安装尺寸如图6所示，按要求在测点预埋 180三个均布的m840（伸出长度）螺杆。（1）检查各测墩顶面水平及高程是否符合设计要。（2）检查测墩予埋钢板及三根安装仪器螺杆是否符合设计要求。（3）予先用水和蒸馏水冲洗仪器主体容器及塑料连通管。 （4）将仪器主体安装在测墩钢板上，用水准器在主体顶盖表面垂直交替放置，调节螺杆螺丝使仪器表面水平及高程满足要求。（5）将仪器及连通管系统联接好，从未端仪器徐徐注入s g溶液，排除管中所有气泡。连通管需有槽架保护。（6）将浮子放于主体容器内。（7）将装有电容传感器的顶盖板装在主体容器上。仪器及静力水准管路安装完毕后，用专用的3芯屏蔽电缆与电容传感器焊接，并进行绝缘处理。3芯屏蔽电缆的红芯接测量模块的信号接线端口，白、黄芯接激励（桥压）接线端口。当容器液位上升时，电容比测值应变小，否则将白、黄芯接线位置互换。结构沉降监测测点埋设示意图（结构缝错动监测）图6 地铁壁静力水准安装示意图图7 地铁壁静力水准管路安装示意图图8 地铁基础静力水准管路安装示意图5.3 数据采集单元5.3.1 主要功能和特点（1）实时时钟管理本模块自带实时时钟，可实现定时测量，自动存储，起始测量时间及定时测量周期可自由设置。（2）参数及数据掉电保护所有设置参数及自动定时测量数据都存储于专用的存储器内，可实现掉电后的可靠保存。（3）电源备用系统无论何时发生停电时，本模块自动切换至备用电池供电，一节6v、4ah/4ah可充电的免维护蓄电池可连续工作7天以上。（4）自诊断功能本模块具有自诊断功能，可对数据存储器、程序存储器、中央处理器、实时时钟电路、供电状况、电池电压、测量电路以及电容传感器线路进行自检查，实现故障自诊断。（5）抗电功能本模块电源线、通信线、传感器引线的入口均采取了抗电击的措施。（6）选测功能根据需要通过对传感器测点的选择设置，完成一次测量并可输出这些测点的测量数据。（7）单测功能通过选择某一传感器测点的选择，可实现对此测点的连续多次测量，测量次数可设定。5.3.2 主要技术参数（1）测点容量：8通道（2）测量精度：0.1%fs1个字传感器精度（3）分辨率：0.02%（4）测量时间：每点68秒（5）通信接口：eia-485，屏蔽双绞线，1200bps，大于3km；光纤、无线和公用电话网通信方式备选。（6）数据存储容量：大于300测次（7）电源系统电池6.0vdc7.0vdc，（6v，4ah/3 ah）充电输入7.4vdc7.6vdc，1a功耗掉电：200ma 休眠：10ma 待机：60ma测量：小于250ma（8）工作温度-1050（-25+60可选）储藏温度-2070（9）尺寸2815.53.3cm5.5.3 安装现场安装前对数据采集模块进行拷机及相关试验,对模块进行筛选,确保其达到规定技术指标。数据采集单元dau2000的安装位置按安装图施工，安装位置要考虑仪器接入，dau维护方便，一般在观测站中高度不宜超过1.6米，用4个地脚螺栓连接，安装后机箱平整，仪器进线整齐、标识明确，信号线、通讯线、电源线与dau接线端子的接头均用镀银冷压接头，以保证可靠性。将机箱的接地端子连接到观测站地线上。dau2000安装如图所示。图9 dau2000安装图6 质量保证措施隧道施工监测从测点布设、数据采集、数据整理到信息反馈的整个过程是一个复杂的系统过程，对整个过程的人员、质量进行管理和控制就显得尤为重要。6.1人员构成及施工组织6.1.1 人员管理由单位委派项目负责人及技术审核人、复审人负责本工程的组织实施、工序管理、技术管理、安全生产等。本工程项目负责人、技术审核人为具有沉降观测经验的职称为工程师的技术人员承担，作业人员四至六名，数据分析人员2名。 图10 监测量测组织机构图6.1.2 作业过程管理严格按照规范的各项规定进行操作。6.1.2.1 人员及设备（1）本工程自始至终为一作业组进行，仪器、观测人员固定不变；（2）本工程所用的精密水准仪、水准尺固定不变；（3）作业中经常对水准仪及水准尺的水准器进行检查，确保合格。6.1.2.2观测（1）各观测周期采用相同的观测网形；（2）各观测周期采用相同的观测方法；（3）现场观测每站做到检查合格才能迁站；（4）在同一测站上进行观测时，不得两次调焦。6.1.2.3观测环境（1）每次观测前认真检查各沉降观测点标志是否完好无损；（2）在观测前，清除沉降观测点上的水泥颗粒，避免其影响观测精度；（3）观测前，清除施工堆积物等障碍，保证观测视线；（4）太阳下观测用测伞遮光，避免水泡不稳和光线不均对观测产生的影响；（5）温度较高、风力较大等自然条件差时不能观测。6.1.