地铁盾构监测.doc

目录 第 1 章 绪论 1 1 1盾构施工技术介绍 1 1 1 1盾构施工技术简介 1 1 1 2盾构施工技术的发展 1 1 1 3盾构技术在我国的使用现状 2 1 2盾构法施工监测简述 2 1 2 1盾构施工中变形监测的目的 2 1 2 2施工监测的主要内容 3 第 2 章 工程概况和设计准备 5 2 1工程环境概况 5 2 1 1工程简介 5 2 1 2区间地质 水文条件 6 2 1 3周边控制性建筑物概况 9 2 2本工程监测的必要性 9 2 3监控测量的任务及设备 9 2 3 1监测项目 9 2 3 2本监测所需设备 10 第 3 章 监测方案设计 11 3 1监测方案设计的依据 原则和技术要求 11 3 1 1监测方案设计的依据 11 3 1 2监测方案设计的原则 11 3 1 3监测点布设遵循的原则 12 3 1 4监控观测周期确定的原则 12 3 1 5监测的精度要求 13 3 1 6监测控制标准 13 3 2控制网的布设和检验 14 3 2 1控制点设置应符合的一般要求 14 3 2 2水准基准点布设和检验 14 3 2 3坐标控制点布设与检验 15 3 3地上部分监测 15 3 3 1地层 洞内外及支护情况观察 15 3 3 2地表沉降观测 15 3 3 3邻近相关建筑物沉降及倾斜监测 18 3 3 4邻近地下管线位移监测 20 3 4盾构施工地下部分监测 21 3 4 1隧道拱顶下沉观测 21 3 4 2收敛位移监测 22 3 5深层土体变形监测 选测 23 3 5 1监测目的和项目 23 3 5 2土体分层位移监测 24 3 5 3土体水平位移 24 3 5 4地下水位变化 25 第 4 章 监测成果处理分析 27 4 1监测数据的处理 27 4 1 1数据采集 27 4 1 2数据整理 27 4 1 3数据分析 27 4 2监测数据处理和分析示例 28 4 2 1单日沉降观测处理和分析示例 28 4 2 2沉降观测点的时间位移曲线图 28 第 5 章 监测工作的管理和控制 31 5 1现场监测系统组成 31 5 1 1现场量测子系统 31 5 1 2信息处理子系统 31 5 1 3信息反馈及报警子系统 31 5 1 4项目组织协调子系统 31 5 2监测工作程序 32 5 3监测成果成报表资料及其提交 33 5 4监测实施的保证措施 34 5 4 1监测制度措施 34 5 4 2施工前方案审批 35 5 4 3盾构进出洞时地表沉降监测 35 5 4 4施工过程中监测保证 36 5 4 5施工反馈 预警 36 5 5施工监测人员组织 37 5 6施工应急预案 38 结束语 40 参考文献 41 致谢 42 附录 43 附录 A 外文原文与翻译 43 附录 B 某施工区间变形监测点分布 CAD 图 65 石家庄铁道大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 1 1盾构施工技术介绍 1 1 1 盾构施工技术简介 盾构法 Shield Tunnelling Method 是指利用盾构机在软质地基或破碎岩层中进行 隧道开挖 衬砌等作业的施工方法 盾构机是一种带有护罩的专用设备 利用尾部 已装好的衬砌块作为支点向前推进 用刀盘切割土体 同时排土和拼装后面的预制 混凝土衬砌块 盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式 以水力式居多 水力盾 构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室 澎润土液既用于平衡土压力和地下水 压力 又用作输送排出土体的介质 盾构施工的主要原理是在尽可能不扰动围岩的前提下完成施工 从而最大限度 的减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响 盾构法适合在软土地基段施工 具有 自动化程度高 节省人力 易于管理 施工速度快 洞体质量稳定 不受气候影响 对周围建筑物和交通影响小等特点 由于这些特点 盾构法施工是在闹市区和水底 的软弱地层中修建地下工程较好的施工方法之一 修建地铁等城市地下工程 有明 盖 挖法 暗挖法 盾构法等 各种方法都有 其优缺点和适用条件 而盾构法其优势成为城市地铁隧道采用较多的施工方法 1 目前 世界上在建的地铁区间一般都采用盾构法进行隧道施工 1 1 2 盾构施工技术的发展 盾构施工法于 19 世纪初期发明 首先用于开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道 1887 年 英国人格雷特海德 Greathead 在南伦敦铁路隧道工程中使用盾构和气压 施工法进行施工 奠定了现代盾构施工法的基础 1931 年 前苏联用英制盾构建造 了莫斯科地铁隧道 这是盾构法首次应用于地铁施工中 2 20 世纪 80 年代以后 通过对盾构机制造的关键技术 如盾构机的有效密封 确保开挖面的稳定 控制地表隆起及沉降在规定范围之内 刀具的使用寿命以及在 密封条件下刀具的更换 和在恶劣地质条件下施工技术等方面的探索和研究 盾构 技术获得了巨大进步 成绩显著 现在 盾构施工趋于长距离化 大直径化和小直径化 也越来越趋向于自动化 盾构设备中出现了管片吊装 拼装自动化装置 盾构的掘进方向 姿态自动化控制 石家庄铁道大学毕业设计 2 系统 盾构施工信息化管理系统以及盾构施工故障自动诊断系统 1 1 3 盾构技术在我国的使用现状 1956 年 我国在阜新海州露天矿中采用了 2 66m 的盾构 在沙土层里成功 地开凿了一条疏水巷道 这是我国第一条采用盾构施工的隧道 1963 年 上海市 打浦路过江隧道采用上海隧道工程研究院设计的我国第一台 10 22m 大型网格 挤压盾构施工 辅以气压稳定开挖面 在黄浦江底顺利掘进隧道 掘进总长 1322m 取得了成功 同时 这也是我国在交通建设首次采用盾构施工技术 3 20 世纪 90 年代以来 我国各地纷纷立项开建地铁 2001 年起广州地铁二号 线 南京地铁二号线 深圳地铁一号线 沈阳地铁一号线先后从德国和日本引进 14 台 6 14 6 34 的土压平衡盾构和复合盾构 掘进地铁隧道 50km 如今 深圳 上海 广州 南京 天津等地地铁的建设 以及部分高速铁路 隧道 如广深港高速铁路隧道等 都已经或者即将采用更大直径的盾构 TBM 施 工 盾构工法施工隧道已经成为我国城市地铁隧道和部分铁路隧道的主要施工方 法 4 1 2盾构法施工监测简述 1 2 1 盾构施工中变形监测的目的 由于地铁隧道工程位于地层包围之中 周围地层的水文 工程地质情况复杂 多变 土层力学性质又各不相同 施工中可能遇到很多预想不到的问题 带来安 全隐患 而采用盾构法施工时 隧道衬砌管片和周边土体之间的间隙 也容易造 成泥水流失 从而引起地面沉降及周围建筑物 管线明显位移 另外 由于盾构 掘进的速度受盾构设备进 出土速度的限制 若进出土速度不协调 极易出现正 面土体失稳和地表沉降等不良现象 针对这些实际情况 现代盾构工程普遍采用信息化设计 施工和管理 以便 于随时掌握施工进展情况 针对出现的问题采取相应的应对措施 施工中进行监 控测量 是信息化施工管理的一个积极有效的手段 5 信息化施工通过现场监控 测量可以达到以下目的 1 检验工程勘察资料的可靠性 验证设计理论和设计参数 2 通过监控测量 将监测数据和预测值相比较 判断前一步施工工艺和参数 是否符合预期要求 了解所采用的施工方法和施工手段的科学性和合理性 3 各种观测数据相结合 为合理确定盾构施工参数提供依据 调整下一步施 石家庄铁道大学毕业设计 3 工方法 保证施工安全 4 根据监测结果 判断工程的安全性 及时发现危险的先兆 以便提前采取 必要的工程措施 避免发生工程事故和环境事故 保证工程顺利进行 5 及时反馈现场量测数据 信息 以修改和完善设计方案 使设计达到安全 优质 经济合理的标准 并且丰富工作经验 以更科学地指导以后的工程建设 6 1 2 2 施工监测的主要内容 盾构施工过程中导致变形的因素主要包括以下几点 1 开挖面周围的土体扰动 2 盾尾后压浆不及时 不充分 3 盾构在曲线推进或纠偏推进中造成超挖 4 盾壳对周围土体的摩擦和剪切造成隧道周围土层的扰动 5 盾构挤压推进对土体的扰动 针对盾构施工的这些变形特点 施工中一般进行如下项目的监测 地表沉降 观测 地面建筑物沉降及倾斜监测 拱顶收敛观测 衬砌管片收敛观测 在特殊 的地段设置量测主断面 进行土体分层位移 土体水平位移观测 地下水位监测 分析地质情况制定监测计划施 工量 测数据处理分析施工状态评估稳定性判别结构施工是否完成结 束修改支护参数 否否是是 图 1 1 信息化施工中开展变形监测的作用 石家庄铁道大学毕业设计 4 等 这些观测数据成果 相互印证 确保监测结果的可靠性 合理确定盾构参数 反馈指导施工 7 石家庄铁道大学毕业设计 5 第 2 章 工程概况和设计准备 某市地铁 3 号线某区间采用盾构法施工 本文结合施工区间实际情况 参考 相关规范 编写本施工监测方案 2 1工程环境概况 2 1 1 工程简介 某市地铁 3 号线 4 标段 即五四广场站至二十五中站区间 简称五 二标段 从五四广场地铁站东端开始 沿香港东路 经过市政府门口 穿过市南区政府大 楼 新浦路 转入南京路 地面为商业 商务办公和密集居民区 地貌类型为剥 蚀斜坡和山前侵蚀堆积坡地 所处地形变化不大 高程约 6 09 12 35m 本段设计起点里程 K7 053 5 设计终点里程 K8 406 7 区间全长 图 2 1 施工区间示意图 石家庄铁道大学毕业设计 6 1353 2m 穿过部分为风化岩 采用复合盾构法施工 隧道位于地下 9 5 20m 盾构开挖直径 10 64m 采用预制衬砌管片拼装 衬砌厚度 0 30m 衬砌环宽度 1 2 m 分块数为 6 块 错缝拼装 本区间有临时施工竖井一座 竖井横通道 兼联 络通道 中心里程 K7 412 606 2 1 2 区间地质 水文条件 2 1 2 1地质条件 施工区间范围分划了 9 个标准层 划分了 17 个亚层 其中区间隧道穿越的地 层为强风化层 中风化层 微风化层 上部土层为人工填土 层 冲洪积土 11 层 含砂粘性土第 12 层 未见软土 分布 下伏基岩为燕山期花岗岩 强风化带厚度不均 中 微风化岩面埋藏深度 1 00 13 50m 基岩部分主要是燕山晚期侵入花岗岩 部分燕山晚期侵入脉岩 岩性为煌斑 岩 花岗斑岩呈脉状穿插其间 于不同岩性 常见糜棱岩 碎常岩 描述如下 燕山晚期花岗岩分布 燕山晚期花岗岩分布 1 花岗岩全风化带 原岩组织结构已风化破坏 长石矿物大部分风化呈粘土 状 岩芯呈坚硬土状 遇水易软化 崩解 2 强风化花岗岩上亚带 岩体成散体状或碎块状 大部分风化为粘土 遇水 易软化 崩解 3 强风化上亚带 岩芯呈半岩半土状 岩体完整程度为极破碎 岩体基本质 量等级为 级 4 强风化花岗岩中亚带 坚硬程度为极软岩 岩体完整程度为极破碎 岩体 基本质量为 级 5 强风化花岗岩下亚带 坚硬程度为极软岩 岩体完整程度为极破碎 岩体 基本质量等级 级 6 花岗岩中风化带 该层岩石坚硬程度为极软岩 岩体完整程度为较破碎 岩体基本质量等级为 级 7 花岗岩微风化带 该层岩石坚硬程度为坚硬岩 岩体完整程度为较完整 岩体基本质量等级为 级 石家庄铁道大学毕业设计 7 石家庄铁道大学毕业设计 8 燕山晚期侵入岩脉分布燕山晚期侵入岩脉分布 1 全风化带煌斑岩 岩体完整程度为较完整 岩体基本质量等级 级 2 强风化带煌斑岩 岩体坚硬程度为极软岩 完整程度为极破碎 岩体基本 质量等级 级 3 中风化带花岗斑岩 岩体坚硬程度为软岩 岩体基本质量等级 级 4 微风化带煌斑岩 该层岩石坚硬程度为较硬岩 岩体完整程度为较完整 岩体基本质量等级为 级 5 微风化带花岗斑岩 该层岩石坚硬程度为坚硬岩 岩体完整程度为较完整 岩体基本质量等级为 级 2 1 2 2水文特征 区间范围内的地下水类型按照赋存方式分为第四系松散岩类孔隙水和块状基 岩裂隙水两类 1 第四系松散岩类孔隙水 第四系松散岩类孔隙水呈片状 条带状 分布于山前冲击积坡地和山前冲洪 积坡地内 其在垂向上分布及埋藏条件受松散层分布 厚度 坡度制约 一般赋 存于地下 10m 深 局部可达 13 5m 与下部的基岩裂隙水有一定水力关系 第 层中粗砂层为主要含水层 局部度第 层填土分布区也为透水性较 好的含水层 根据钻探和抽水实验结果 松散岩类孔隙水含水岩组由第四系冲击 洪冲积层不同粒径的砂和粉质粘土组成 含水砂一般厚度 1 2m 局部 4 1m 为 中等透水性含水层 粉质粘性土为弱透水性含水层 由于含水层砂岩厚度较薄 水量较少 单井出水 50 200m d 水位埋深一般 0 7 7 5m 水力性质属于潜水 2 块状基岩裂隙水 主要赋存于基岩中 包括风化裂隙水和构造裂隙水 风化裂隙水主要赋存于基岩花岗岩强风化 中等风化带中 岩石呈砂土状 砂状 角砾状 风化裂隙发育 呈似层状分布于地形相对低洼地带 由于裂隙发 育不均匀 其富水性亦不均匀 局部有一定的承压性 构造裂隙水主要赋存于断裂带两侧的构造影响带 细晶岩 细粒花岗岩 煌 斑等后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带中 呈脉状 带状产出 风化和构造裂隙水在本标段内均有分布 位于剥蚀斜坡地貌单元内的区段为 单层结构 水力性质为潜水 部分地段为上部孔隙水下部基岩裂隙水二层结构 根据抽水试验资料 基岩裂隙水单井涌水量一般 20m3 d 渗透系数 k 0 0031 0 079m d 为微透水 弱透水 受风化带厚度的影响 风化裂隙水主要 分布于 20m 深度范围内 水位埋深受地形高低影响显著 勘察期间水位埋深 0 2 11 4m 石家庄铁道大学毕业设计 9 基岩裂隙水含水层的分布及其透水性受岩石风化裂隙 构造裂隙发育控制 在平面和垂向上都表现出较明显的不均匀性 2 1 3 周边控制性建筑物概况 监测区间 五四广场站 二十五中站 位于市中心闹市区 线路下穿并近离 多栋房屋 需要做相应的保护设计 下穿 3 个 22 层的高层建筑底部 地表上邻近 4 座 20 层左右的高层 这些建筑均为筏板基础和抗浮锚杆结构 基础埋深较深 此外还有一个不明结构和年代的 6 层老式居民楼 建筑多而分布复杂 人口密度 大 需要对区间内已有建筑的监测引起重视 方案中 针对周边每个建筑观测点 的布设都做出了要求和计划 2 2本工程监测的必要性 五 二区间位于商业和政治中心区 工程环境复杂 施工过程中进行全面系统 的监测十分必要 其必要性体现在下面几个方面 1 工程区间地处市中心区域 市政管线 交通干线以及既有建筑分布密集 施工环境复杂 施工过程中需要进行对周边环境的监控测量 及时掌握并预测周 边环境的安全状况 对存在安全隐患之处及时采取必要的措施 确保环境稳定 2 本区间所采用的施工方法为盾构法 且五 二区间内的地下水分布复杂而 脆弱 施工过程对地层可能会产生扰动 有可能引起地表附近重要或高大建筑物 变形或沉陷 危及附近建筑物的安全 3 通过监控测量可以全面系统地掌握施工中的各类信息 通过这些信息反馈 指导施工 并且不断积累经验 进行技术创新 为安全高质量地完成工程提供保 障 4 通过信息反馈对施工进行安全检测和风险预测 并且有助于在保证安全和 施工质量的同时减少投资 从而更大程度上加强工程的风险控制和投资控制 5 施工进行中 盾构推进面及附近范围需要特别关注 进行高频度观测 及 时掌握数据 以助于提前发现问题 避免事故 2 3监控测量的任务及设备 2 3 1 监测项目 对于一项工程来说 做到如下两点是最基本也是最重要的 一是保证工程本 石家庄铁道大学毕业设计 10 身安全 二是保证工程相邻环境的稳定与安全 根据本工程的实际情况 施工监 测的主要项目可以分为地上部分 盾构区间部分 其中地上部分体现了隧道施工 对周围环境的影响 监测内容包括 地表沉降监测 地面建筑物的沉降监测 地 下管线的变形监测 地下推进部分的监测内容包括隧道拱顶沉降监测 衬砌结构 收敛监测 土体分层及水平位移监测 地下水位监测等 2 3 2 本监测所需设备 根据本工程监测的内容和精度要求 初步确定了本监测工程所需仪器和周边 设备 列表如下 设备名称规格型号数量仪器用途 TPS12011 全站仪 Trimble 36021 布设 检验水平控制网 建筑物倾斜 观测 收敛位移观测 电子水准仪Leica DNA031 条码尺3m2 地表沉降观测 建筑物沉降观测 管 线变形监测 隧道拱顶下沉观测 SINCO 水平测斜仪CX 03E2土体水平位移监测 分层沉降仪CJY080 302深层土体竖直位移监测 电测水位计2地下水位监测 对讲机建伍4工作联系 便携电脑Thinkpad T452数据处理和分析 打印机2打印成果和报告 表 2 1 本监测工程所需仪器一览表 石家庄铁道大学毕业设计 11 第 3 章 监测方案设计 3 1监测方案设计的依据 原则和技术要求 3 1 1 监测方案设计的依据 本变形监测方案根据相应的施工 测量规范 依照本施工项目实际情况和业 主要求进行设计和编写 将各级相关规范列表如下 1 某市地铁一期工程 三号线 初步设计技术要求 2 地铁隧道设计平面图 推进区间周边建筑 地下管线图 3 工程测量规范 GB50026 93 4 国家一 二等水准测量规范 12897 91 5 精密工程测量规范 GB T15314 94 6 城市测量规范 CJJ8 85 7 地下铁道 轻轨交通岩土工程勘察规范 GB50307 1999 8 铁路隧道现场监控量测技术条件 TB2035 88 9 市政工程施工及验收技术规程 10 地下铁道 轻轨交通测量规范 GB50308 1999 11 建筑变形测量规范 JBJ T8 97 3 1 2 监测方案设计的原则 施工监测是一项系统工程 监测工作的成败与监测方法的选取及测点的布置 直接相关 查阅资料并归纳以下 5 条 作为本监测方案设计的原则 1 可靠性原则 可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则 为了 确保其可靠性 必须采用可靠的仪器 并且应在监测期间保护好测点 2 多层次监测原则 具体含义有四点 对监测对象以位移和沉降观测为主 兼顾其它监测项目 在监测方法 以仪器监测为主 并辅以巡检的方法 在监测仪器选择上以手动仪器为主 辅以自动监测仪器 在布设水平和高程控制网后 分别在地表 及临近建筑物与地下管线上布 点 以形成具有一定测点覆盖率的第二层监测网 石家庄铁道大学毕业设计 12 3 关键部位优先 兼顾全局的原则 对敏感结构区域增加测点数量和项目 进行重点监测 在盾构推进面附近的监测点需要格外重视 加强监测频率 及时分析 密 切注意发展趋势 对岩土工程勘察报告中描述的岩土层变化起伏较大的位置和施工中发现异 常的部位进行重点监测 对关键部位以外的区域在系统性的基础上均匀布设监测点 4 方便实用原则 为减少监测与施工之间的干扰 监测系统的安装和测量应 尽量做到方便实用 结合施工工况调整监测点的布设方法和位置 观测方法 以 及测量时间和频率 5 经济合理原则 设计时考虑实用的仪器 不必过分追求仪器的先进性 以 降低监测费用 坚持 因地制宜 技术可靠 经济合理 的原则 8 3 1 3 监测点布设遵循的原则 1 观测点类型和数量的确定结合工程性质 地质条件 设计要求 施工特点 等因素综合考虑 2 为验证设计数据而设的测点 布置在设计中最不利位置和断面上 为结合 施工而设的测点布置在最先施工部位 以及时有效地反馈信息 3 监测点的位置既要考虑能反映监测对象的变形特征 又要便于架设仪器进 行观察 还要有利于测点的保护 4 埋设测点不影响和妨碍结构的正常受力 不削弱结构的变形刚度和强度 5 在实施多项内容测试时 各类测点的布置在时间和空间上有机结合 力求 监测部位能同时反映不同的物理变化量 找出内在的联系和变化规律 6 根据监测方案在施工推进前提前设置测点以便监测工作开始时 监测元件 进入稳定的工作状态 个别洞内观测项目在推进后马上布置好各监测点 以便及 时监测反映施工情况 7 测点在施工过程中遭到破坏时 应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补 设测点 保证该点观测数据的连续性 3 1 4 监控观测周期确定的原则 变形观测周期以能系统地反映所测项目的变化过程且不遗漏其变化时刻为原 则 根据单位时间内变形量的大小及外界因素影响确定 当观测中发现变形异常 时 应及时增加观测次数 石家庄铁道大学毕业设计 13 本监测工程的控制网 高程 坐标 复测周期根据测量目的和点位的稳定情 况而定 无特殊情况每半年复测一次 当复测成果或检测成果出现异常 或测区 受到如地震 洪水 爆破等外界因素影响时 应及时进行复测 每个监测对象在其相关结构施工前 10 天 或立即 开始此项目的首次 即零 周期 观测 至监测对象变化速率趋近于零 且此变化趋势维持一定时间 结构 基本稳定时结束 首次观测应适当增加观测频率和观测测回 以提高初始值的可 靠性 在施工过程中应按要求缩短观测时间间隔 点位稳定后延长观测时间间隔 具体每个项目的监测周期和频率在后述监测方案中均有详细说明 3 1 5 监测的精度要求 变形测量的一般精度要求如表 3 1 所示 表中观测站高差中误差系指水准测量 测站高差中误差 观测点坐标中误差系指观测点相对测站的坐标中误差 坐标差 中误差以及观测点相对基准线的偏差值中误差 建筑物 或构件 相对于底部定点的 水平位移坐标分量中误差 沉降观测位移观测 变形测 量等级 观测点测站高差 中误差 mm 观测点坐标中 误差 mm 适用范围 特级 0 05 0 3特高精度要求的特种精密工程变形观测 一级 0 15 1 0高精度要求的大型建筑物变形观测 二级 0 50 3 0 中等精度要求的建筑物 重要建筑物主体倾斜 场地滑坡观测 三级 1 50 10 0 低精度要求的建筑物变形观测 一般建筑物主 体倾斜观测 场地滑坡观测 本监测工程定为符合此表的二级要求 即沉降观测高程中误差 0 50mm 位移 观测坐标中误差 3 0mm 3 1 6 监测控制标准 根据设计要求 参考有关规范 规程 计算资料及类似工程方案 制定本工 程的监控量测管理控制标准 对于不同的监测项目有不同的监测控制标准 每个 项目的控制标准分别列出如下 具体每项监测的具体标准详见方案设计部分 1 地表沉陷 拱顶下沉变形控制标准 表 3 1 变形测量的精度要求 9 石家庄铁道大学毕业设计 14 设计容许值须符合 青岛地铁一期工程 三号线 初步设计技术要求 以下 简称设计要求 的要求 累积最大容许值为 30mm 警戒值为 2 3 于最大值 即 20mm 单日沉陷超过 5mm 需提出问题并及时反馈 2 建 构 筑物沉降 倾斜警戒值 根据建筑物的结构类型 基础类型 依据 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 10 确定 在本方案中 因为周围大部分建筑为 20 层左右的高层 所以所有建筑应满足 倾斜允许值 i 0 002 累积沉降允许值 20mm 后文设计方 案中具体说明了区间内每个建筑的变形控制标准 3 洞内收敛位移警戒值 此项目警戒值一般采用的数据是 1 隧道洞径 本工程取累积最大容许值 10mm 警戒值为 8mm 单日位移不得超过 2mm 4 土体垂直变形量控制 土体侧向变形累积最大值取 20mm 警戒值取 15mm 单日发展不得超过 3mm 5 地下水位变化警戒值 盾构推进后引起水位下降不得超过 2000mm 每天发展不得超过 500mm 3 2控制网的布设和检验 本项目监测控制网分平面控制网和水准控制网两部分 平面控制网控制水平 位移监测 水准控制网用于垂直位移 沉降 隆起 监测 3 2 1 控制点设置应符合的一般要求 1 测量前及时埋设 经观测确定其稳定后 方可投入使用 2 按要求在施工场地影响范围外设置 并保证通视和可用性 3 监测期间 定期联测 检验其稳定性 3 2 2 水准基准点布设和检验 以盾构区间两端车站 五四广场站和二十五中站 的高级水准基点为依据 考虑施工工期及隧道施工影响范围 沿隧道走向每隔 200m 布设一组基准点 共 7 组 每组由 2 个基准点组成 隧道施工轴线两端各安排 1 个基准点 一共 16 个 点 基准点布设按规定执行 这些点从西端到东端分别依次编号 从 BM1 到 BM16 进场后根据现场条件 石家庄铁道大学毕业设计 15 选择控制点位置 按照国标 工程测量规范 GB50026 93 浅埋点要求埋设 标 石埋设后 必要时上加盖板 并设置醒目的保护指示牌 做好标记 以便于长期 观测 为保证工作基准点稳定性 根据施工进度情况 每二周检测一次 检测时按 国家二等水准规范观测的技术要求进行往返观测 3 2 3 坐标控制点布设与检验 坐标控制基点是直接用于对变形观测点进行平面坐标观测的控制点 隧道施 工轴线两端分别安排 1 个点 沿着盾构推进方向 每 200m 在隧道轴线两侧分别 设置一个基点 基点需要埋设在视野良好 便于观测 安全稳定的位置 在地面埋设控制点 部分重要控制点采用固定观测墩 基点顶上刻划 字 这些点编号为 P1 P16 构成施工用平面控制网 控制整个监测区 控制点组成的坐标控制网每二周检核 一次 3 3地上部分监测 3 3 1 地层 洞内外及支护情况观察 施工过程中 定时对工程区间内竖井 隧道的结构和衬砌情况 地面沉降情 况和隧道洞口内外情况进行观察 及时发现工程结构出现的肉眼可见的变化 反 馈并采取安全措施 确保施工正常进行 在工程施工至较危险地段以及盾构推进 面附近加强观察 现场观察工作应安排熟悉工程情况 了解工程进度的人员负责 3 3 2 地表沉降观测 图3 1 工作基点布设示意图 石家庄铁道大学毕业设计 16 施工区间盾构推进过程中 为了及时发现施工产生的地面沉降变化 必须对 工程地上部分已有地物进行及时准确的沉降变形监测 果断采取控制措施 这是 确保地面道路正常畅通和临近建筑物安全的有力保障 3 3 2 1地表沉降观测点埋设方法 监测点布置 本工程中采用盾构施工技术 根据地铁控制点 将整个盾构的 图3 2 地表观测点埋设方法示意图 图3 3 地表观测点分布示意图 石家庄铁道大学毕业设计 17 推进轴线放于实地 在轴线走向上 每 8m 布置 1 个沉降监测点 每 32m 布置 1 条监测断面 如图 3 3 在监测断面 隧道轴线左右两侧各设置 4 个监测点 点 间距为 3m 3m 5m 5m 如图 3 4 整个工程总计需布设轴线地表监测点及断 面监测点约 600 个 地表沉降观测点大多需要布设在交通繁忙的主路上 在测点位置钻 60cm 深的 孔 穿透路面层和二灰层 达到原状土 灌入混凝土 然后安置 80cm 长的 20 钢筋 如图 3 2 监测点编号 格式为 CXXXY 自最西端监测点向东 轴线上的观测点 XXX 从 1 编号 Y 为 0 断面上的点 XXX 依然是轴线沉降点顺序号 此断面上自南 向北 9 个点 Y 分别从 1 到 9 编号 在条件许可的情况下 尽可能的布设高程观测网 以便进行平差处理 提高 观测精度 水准线路闭合差应小于 0 3 mm N 为测站数 然后按照测站N 进行平差 求得各点高程 由于盾构施工的特点 地面沉降规律一般是盾构机头前的地面先微弱上升 然后再下沉 直至逐渐稳定 11 3 3 2 2沉降点观测频率 在本项目中 初推段 试验段 前后 30m 不小于 2 倍隧道直径 为监测重 点 推进面前后 70m 范围内为监测次重点 图3 4 监测断面观测点分布示意图 石家庄铁道大学毕业设计 18 开挖面距离量测断面前后 30m 时 1 次 d 开挖面距离量测断面前后70m 时 1 次 1 周 3 3 3 邻近相关建筑物沉降及倾斜监测 3 3 3 1建筑物的沉降观测点的布设 由于盾构施工过程对周边建筑物影响较大 有可能导致裂缝甚至倾斜 为了 及时反映隧道推进区上方建筑物变形情况 需对周边影响范围内的建筑进行沉降 倾斜监测 以确保建筑物安全 邻近建筑物的沉降点的布设必须考虑到监测对象的特定情况 诸如重要性 距离远近 结构和基础形式等 此区间的地上部分已有建筑很多 而且都是 20 层 左右的高层建筑 容积率很大 人口密度很高 根据建筑物情况及重要程度 在 隧道轴线两侧 20m 范围内地上部分的建筑物上设立沉降监测点 在每幢建筑物上 面至少设置 2 个观测点 每个建筑的测点数量根和分布据下表而定 约需设 80 个 测点编号由两部分组成 建筑代号前缀和每个建筑上的观测点编号 前缀第 一位字母为均 F 代表房屋 每个沉降观测点命名的前缀按表 3 2 所示 测点标志采用墙面标志 布设时 用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔 然 后放入半圆头弯曲钢筋 四周用水泥砂浆填实 测点的埋设高度应方便观测 对 测点采取保护措施 避免在施工过程中受到破坏 如果建筑物墙面本身自带沉降 观测点 则可直接纳入编号并使用 石家庄铁道大学毕业设计 19 序 号 建 构 筑物名 称 结构型式 层数及建 筑年代 基础型 式及埋 深 与隧道结构的 水平 垂直距 离 m 前 缀 设点个数 南北 东 西 分别 单次沉降 最大允许 值 累积变 形最大 值 1 信息大 厦 25 层 2002 年 筏板基 础 抗 浮锚杆 水平 10 4 垂直 2 8 FXX2 10 5mm2mm 2 市南区 政府 筒形框架 16 层 1996 年 筏板基 础 抗 浮锚杆 水平 5 9 垂直约 18 FNQ3 10 4mm2mm 3 府都宾 馆 23 层 筏基 抗浮锚 杆 水平 4 6 垂直约 18 FFD4 10 5mm2mm 4 未知建 筑 砖混 6 层 未知未知 FUK2 10 2mm1mm 5 伟东尚 城 1 号 楼 框剪 22 层 2004 年 筏板基 础 抗 浮锚杆 下穿 FW14 20 5mm2mm 6 伟东尚 城 2 号 楼 框剪 22 层 2004 年 筏板基 础 抗 浮锚杆 下穿 垂直 13 5 FW24 20 5mm2mm 7 伟东尚 城 3 号 楼 框剪 23 层 2004 年 筏板基 础 抗 浮锚杆 下穿 垂直 16 9 FW34 20 5mm2mm 8伟东尚 城 4 号 楼 框剪 23 层 2004 年 筏板基 础 抗 浮锚杆 水平 8 3 垂直 16 7 FW43 10 5mm2mm 5cm 沉降测点 20cm 水泥砂浆 墙体 图3 5 建筑物沉降观测点埋设方法示意图 表3 2 邻近监测建筑物情况 设点和观测要求 石家庄铁道大学毕业设计 20 3 3 3 2建筑物沉降观测频率 施工前 10 天 由基点通过水准测量测出建筑物观测点的初始高程 H0 在施 工过程中每次测得的高程为 Hn 高差 H H0 Hn即为建筑物沉降值 盾构开挖面 30m 内建筑物的点每天进行 1 次观测 70m 内的每 2 天一次 对 所有盾构已经下穿过的建筑每周进行 1 次后期观测直到沉降稳定 当测量值变化 超过预警值应增加观测频率 3 3 3 3建筑物沉降观测应急处理方案 1 施工过程中若发现建筑物变形有肉眼可见的异常现象 包括且不限于裂缝 错位 明显沉降 倾斜 时 应立即报告并采取有效的防治措施 2 为防止沉降产生的不利影响 可以有针对性的对建筑物进行地基改良 基 础加固 隔断防护等保护措施 3 除非房屋发生严重损坏需立即抢险 每栋建筑物的防护和加固方法 必须 经过施工方和房主批准后方可执行 3 3 4 邻近地下管线变形监测 3 3 4 1地下管线监测点布设和编号 工程区间内地下管线众多 为防止在施工期间地下管线因地面沉降或盾构施 工而产生破损 需对埋藏较深且在施工影响范围内的市政管线 用管顶沉降的观 测值来分析对其的影响 采取相应的保护措施 在隧道推进区域上方 原则上尽量利用现有管道设备点 阀门与窖井 对重 要管道 在条件允许的情况下 开挖布设直接监测点 测点布设数量根据实际情 况而定 对无法利用现有设备点的管道监测 则使用道钉在其旁边布设测点 根据本工程实际情况 每条管线每 30m 设置一个监测点 布设监测点时 挖 图3 6 管线监测点布设方法示意图 石家庄铁道大学毕业设计 21 开地下管线上方覆盖土 直至露出管面 在管面上标注记号作为监测点 监测点 布置在管道接头处 埋设 200mm 的钢管 钢管上方略低于地表面 用盖板将观 测孔盖好 测点编号前缀 给水 GS 污水 WS 燃气 RQ 雨水 YS 电力 DL 例如 GS1 001 即为给水 1 号线的第一个观测点 管线类型管线名称管线材质管线规格管线标高变化速率报警累积沉降允许值 GS1铸铁DN6007 793mm 24hr14mm 给水 GS2铸铁DN3009 372mm 24hr10mm WS1混凝土DN3007 172mm 24hr10mm WS2砼DN25072mm 24hr10mm污水 WS3砼DN8005 53mm 24hr14mm RQ1不详DN4006 383mm 24hr15mm 燃气 RQ2不详DN5007 384mm 24hr20mm 雨水YS1砼DN5006 382mm 24hr10mm 3 3 4 2观测仪器 观测仪器使用 Leica DNA03 精密电子水准仪和 2 把相对应的条码尺 3 3 4 3观测频率 对布设的观测点进行沉降观测 在开挖面距离量测断面前后 30m 内时 每天 观测 1 次 在开挖面距离量测断面前后小于 70m 时 每 2 天观测 1 次 在开挖面 距离量测断面前后大于 70m 时 每周观测 1 次 直至观测数据稳定 3 3 4 4观测成果处理 根据 铁路隧道现场监控量测技术条件 TB2035 88 得到每个管线上观测 点的沉降允许值 如表 3 3 所示 及时分析对比观测数据 绘制管线沉降变化关 系图 准确的判定位移情况 发现问题及时反馈 以保证管线安全 正常使用 3 4盾构施工地下部分监测 3 4 1 隧道拱顶下沉观测 隧道拱顶下沉是判断隧道稳定比较直接和明确的方法 3 4 1 1监测目的 此项监测的进行旨在监测衬砌结构的稳定性 实时掌握施工时隧道和衬砌结 表3 3 周边重要管线 需布设监测点的 及监测报警值 石家庄铁道大学毕业设计 22 构稳定性和存在的问题 为进一步施工提供依据和基础 3 4 1 2监测点布置和编号 每隔 24m 布设一个观测点 与收敛位移监测点在同一个隧道断面 环片拼 装后立即设点 锚固在衬砌环最顶部 编号方法 编号格式为 GDXXXX 施工开始后 第一个需监测点为 GD0001 每掘进 24m 马上设置新的测点 继续编号 3 4 1 3观测方法和数据处理 用自动安平精密水准仪 和悬挂钢尺 此处一定要注意加温度和尺长改正 保证地下的水准点的精度 进行水准观测 开挖面距监测断面 30m 时 每天观 测 2 次 开挖面距监测断面 70m 时 每 2 天观测 1 次 开挖面距监测断面 70m 时 每周观测 1 次 直至此点的观测数据稳定 每次观测结束后 及时整理观测记录 计算当次下沉量和累积下沉量 并绘 制沉降量 时间关系曲线 3 4 2 收敛位移监测 3 4 2 1监测目的 对隧道衬砌部分进行收敛位移观测 通过观测 可有效地观测出施工过程的 管片衬砌的相对变化趋势 及时发现 预报风险 3 4 2 2监测点布设和编号 收敛位移应在每次初衬环形成后立即设点进行观测 同为每 24m 一个区段 在拱顶沉降点所在横截面上设置收敛位移观测点 每个断面共布置 3 个观测点 观测点牢固固定在在衬砌片上 用于后期观测 其中 1 个点位于拱顶上 1 对监 测点布置在起拱线水平的边墙上 初始读数应在环片拼装后 12 小时内取得 最迟 不得超过 24 小时 断面编号为 SLXXXX Y 从 SL0001 1 开始 XXXX 即为此断面编号 也是 此断面拱顶沉降点的编号 Y 为断面上的观测点号 顶部为 1 号 左右分别为 2 3 号 石家庄铁道大学毕业设计 23 3 4 2 3观测方法和数据处理 使用全站仪 以固有稳定点为基点 设置独立坐标系 在需要测量的断面 逐点观测各点坐标 取得每个观测断面上三个收敛观测点 A B C 的坐标 量测频率与隧道顶沉降的监测频率相同 管片拼装完成后立即固定测点进行 观测 开挖面距监测断面 30m 时 每天观测 2 次 开挖面距监测断面 70m 时 每 2 天观测 1 次 开挖面距监测断面 70m 时 每周观测 1 次 直至此点的观测 数据稳定 根据以下公式获得 AB AC BC 三个收敛边的距离 每次观测结束后 及时整理观测记录 计算当次观测每个收敛边的距离 并 绘制收敛距离 时间关系曲线 3 5深层土体变形监测 选测 3 5 1 监测目的和项目 22 22 22 CBCBBC CACAAC BABAAB yyxxS yyxxS yyxxS 图图3 73 7 施工衬砌内部收敛位移测点布置图施工衬砌内部收敛位移测点布置图 3 1 石家庄铁道大学毕业设计 24 盾构推进施工 衬砌结构底部位移 以及因土体质量问题产生的水土流失等 往往都会引起深层土体变形 造成土体沉降 引起地层的垂直及水平变形 而深 层土体变形反映到地表会滞后一段过程和时间 对土体分层位移的测量可以了解 盾构对周围土体的扰动情况 找出变化规律 为施工技术中控制沉降提供可靠的 依据 3 5 2 土体分层位移监测 3 5 2 1监测仪器 监测仪器由两大部分组成 一是地下材料埋入部分 由沉降导管 底盖 沉 降磁环组成 二是地面接收仪器 MC 50 型分层沉降仪 由测头 测量电缆 接收系统和绕线盘等组成 3 5 2 2监测实施 1 测点埋设 布置在有选择性 有代表性的断面上 锚固体为磁式锚环 间距 1 2m 采 用地质钻成孔 遇到土质松软的地层 应置下套管或水泥护壁 成孔后将导管缓 慢地放入孔中 直到最低观测点位置 然后稍拔起套管 在保护管与孔壁之间用 膨胀粘土填充 再用专用工具依次将磁式锚环沿导管外壁埋入设计的位置 锚点 间用膨胀粘土回填 测管口上盖 再用 150 的钢套管保护 套管外用砼堆砌并 标明孔号及孔口标高 2 量测及计算 量测时将探头沿管内壁由下而上缓慢提升测尺 当通过测点磁环位置时 蜂 鸣器发出声响 此时读取孔口标志 基点 处测尺的读数 即为 各测点相对于 孔口标志点 基点 处的位移 本次位移值 本次量测平均值 上次量测平均值 累计位移值 各次量测位移值 各测点绝对位移 相对位移值 孔口标志点 基点 位移 3 5 3 土体水平位移 3 5 3 1监测仪器 SINCO 水平测斜仪 测斜管 3 5 3 2监测实施 1 测点埋设 石家庄铁道大学毕业设计 25 与分层沉降测孔同断面对应埋设 地质钻成孔 孔径应不小于 89mm 测斜管 直径 将预先将连接好的测斜管放入孔中 管底应埋置在预计发生倾斜部位的之 下 一般管底标高低于隧道底部标高 2 3m 测斜管应竖直 管内其中一沟槽位置 与隧道轴线垂直 2 量测与计算 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 m 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 数据计算 第 I 点量测值 ii AA 变量 i 本次测量值 上次测量值 本次 I 点相对 I 1 点的位移 单位以 mm 计 iSi 020 I 点绝对位移为 i S 每次测量后 绘制位移 历时曲线 孔深 位移曲线 3 5 4 地下水位变化 3 5 4 1监测目的 监测盾构施工期间地下水位的变化情况 为确定盾构推力提供参数 3 5 4 2监测仪器 电测水位计 PVC 塑料管 电缆线 3 5 4 3监测实施 1 测点埋设 测点用地质钻钻孔 孔深应根据要求而定 以保证施工期产生的水位降低能 以测出 测管用 100mm 的 PVC 塑料管作测管 水位线以下至隔水层间安装相 同直径的滤管 滤管外裹上滤布 用胶带纸固定在滤管上 孔底布设 0 5 1 0m 深的沉淀管 测管的连接用锚枪施作锚钉固定 测孔的安装应确保测出施工期间水位的降低 i n SnSi 1 3 1 石家庄铁道大学毕业设计 26 2 测量及计算 通过水准测量测出孔口标高 H 将探头沿孔套管缓慢放下 当测头接触水面 时 蜂鸣器响 读取测尺读数 ai 则地下水位标高 两次观测地aiHHWi 下水位标高之差 即水位的升降数值 11 i HWHWHW 3 数据分析与处理 根据水位变化值绘制水位 随时间的变化曲线 以及水位随盾构施工的变化曲 线图 为确定盾构推力提供可靠参数 引起水位下降不得超过 2000mm 每天发 展不得超过 500mm 石家庄铁道大学毕业设计 27 第 4 章 监测成果处理分析 4 1监测数据的处理 监测数据的整理分析反馈的方法和内容通常包括监测资料的采集 整理 分 析 反馈及评判决策等方面 4 1 1 数据采集 数据采集包括通过现场监测取得的数据 搜集 记录与之相关的其它资料等 本监测项目采用的仪器如分层沉降仪等需人工读数 记录 然后将实测数据输入 计算机 其他仪器可以自动采集数据 将量测值自动传输到数据库管理系统 4 1 2 数据整理 每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理 包括原始观测值的检验 理量的计算 制图 异常值的剔除 初步分析和整编等 并将检验过的数据输入 计算机的数据库管理系统 4 1 3 数据分析 采用作图比较法和数学 物理模型 分析各监测量值的大小 变化规律 发 展趋势 以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策 位移 mm 正常曲线 距离 m 反常曲线 b 位移 mm 反常曲线 正常曲线 时间 d a 4 1 时间 位移曲线和距离 位移曲线 石家庄铁道大学毕业设计 28 绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图 如图所示 如果位移的变 化随时间图 4 1 a 或距盾构推进面距离图 b 而渐趋稳定 说明土体处于稳定 状态 此处的施工和衬砌结构是有效 可靠的 如图中的正常曲线 在图中的反 常曲线中 出现了反弯点 这说明位移出现反常的急骤增长现象 表明土体或衬 砌已呈不稳定状态 应立即采取相应的工程措施 在取得足够的数据后 还应根据散点图的数据分布状况 选择合适的函数 对监测结果进行回归分析 以预测该测点可能出现的最大位移值 预测结构和建 筑物的安全状况 12 4 2监测数据处理和分析示例 本部分分别以某时段的地面沉降监测模拟记录 节选 和地面特定点在盾构 推进前后的沉降监测模拟数据为例 简要地说明在盾构施工监测中 成果处理和 分析的方法 4 2 1 单日沉降观测处理和分析示例 1 施工第 36 天 衬砌环注浆完成后 立即组织进行对推进面前后 30m 的地 面沉降观测点的观测 这包括从 C33 点到 C39 点 其中 C36 面从南到北一共有 9 个点 均需要观测 表 4 1 节选的是从 C33 到 C36 6 点的观测数据 2 每个点由前一日观测值 减去当次观测值 取得该点的当次沉降量 该点 的初始高程值减去当日观测值 即为该点的累积沉降量 3 观察各个点的当次沉降量和累计沉降量 是否超出预警值 如表所示 各 点的沉降量均小于报警值 如果有点位的沉降量超出报警值 立即分析原因 向 施工单位报告 4 如表所示 C34 和 C35 点点位变化较大 这是因为这两个点位于当日推进 部分的顶部 土体不稳定 4 2 2 沉降观