国际机场线工程监测大纲.doc

北京地铁国际机场线六标五元桥西北皋村施工安全监测实施方案中铁隧道集团六标项目部监测组2005年8月一、概述1.工程概况崇五元桥西北皋村区间，里程K7+874.48K10+400，长2525.52m。矿山法隧道主要为下穿机场高速公路和京包铁路部分，里程K8+945K9+351(长406m)，其余采用明挖法施工。2.工程地质及水文状况崇五元桥西北皋村区间主要穿越粉土填土1层、粉土31层、粘土层、粘土1层、细中砂2层；车站顶部位于粉土层及中粗砂3层，中部位于卵石圆砾层、粉细砂2层，底部位于粘土层、粘土1层和细中砂2层。车站顶部在上层滞水、中部存在潜水、底部位于承压水中。二、监测设计1、 监测的必要性(一般规定)1、工程本身的要求5标段主要工程特点是：车站跨度大、地质条件差（隧道穿越地层粘结力弱、地层自稳力差，承载力低、开挖后变形快，稍有不慎极易产生坍塌或出现大的下沉）。同时在车站施工影响范围内有多座重要建筑物和地下管线，增加了施工难度，为确保地面建筑物，地下管线及施工本身安全，及时掌握隧道施工过程中隧道支护结构的稳定状态，和施工对周围环境的影响，需对施工全过程进行全面的监控。2、设计的要求由于地下工程的复杂性，特别是地质条件的多变及施工方法的多样化，因而在设计计算时难以模拟“围岩支护”体系的相互作用，导致了目前的隧道工程在结构设计时仍以半概率定值设计法、工程经验类比法和监控量测设计法为主，对此，国内相关的地下工程设计规范都有明确的规定。铁路隧道新奥法指南第3.1.1条规定：新奥法的设计应以工程类比法为主，并通过现场监控量测确认和修正；锚杆喷射混凝土支护技术规则（GBJ86-85）第 3.1.7条规定：锚喷支护的设计，应采用工程类比法，必要时，还应辅以监控量测法及理论的检算法。铁路隧道喷锚构筑物技术规则第314条规定：设计应分为施工前设计和施工中设计两个阶段，施工前设计中应包括监控量测设计的内容。 监控量测是构成本标段城铁施工过程最重要的环节之一，它起着“安全监控、设计反馈和指导施工”等一系列的重要作用。即监控量测不仅为该工程服务，也为今后类似工程提供有益的借鉴和指导。为使监测工作能有序地进行，特此编制本工程施工安全监测实验大纲。 、监测的目的及意义1、监控量测的目的实施监控量测的目的具体包括： 通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态。通过对监测数据的处理、分析，采取工程措施来控制地表下沉，确保地面交通顺畅和地面建筑物的正常使用；用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计、指导施工。通过监控量测对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。通过监控量测进行隧道日常的施工管理。通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。、监控量测项目的选择及确定监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。而且，在隧道工程中进行量测，绝不是单纯地为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息应能：确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施（如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改开挖和支护的顺序和时机等）。满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供设计、施工所需的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。根据本工程的具体情况，监测项目以位移监测为主，辅以应力监测，计算结构实际受力状况，同时也使各种监测数据能够相互印证，确认监测结果的可靠性。具体监测项目、测点布置原则及要求，仪器设备、监测频率见下表。序号监测项目监测仪器监测频率监测目的1地表沉降莱卡 NA 2002电子水准仪，玻璃铟钢尺初期：1-2次/天，后期：1-2次/3天掌握隧道开挖对地表及周边环境的影响程度和范围2建筑物沉降与倾斜3地下管线沉降4拱顶沉降苏光DSZ-1水准仪，钢挂尺初期：1-2次/天，后期：1-2次/3天了解隧道施工过程中支护结构变位情况及规律5结构收敛JSS30型数显式收敛计6底板隆起苏光DSZ-1水准仪FS1型测微器，铟钢尺7二衬拱顶沉降苏光DSZ-1水准仪，钢挂尺初期：1-2次/天，后期：1-2次/3天了解车站结构施工过程中结构变位情况及规律8二衬结构收敛JSS30型数显式收敛计9围岩压力压力盒，频率接收仪初期：1次/3天，后期：1次/7天了解隧道施工过程中围岩压力、接触应力及结构自身应力大小及分布情况10初支与二衬间压力11初支钢筋内力钢筋计、应变计、频率接收仪12二衬钢筋内力13 钢管柱应变、监控量测管理基准值监控量测管理基准值是根据有关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定的。根据设计及以往工程经验，本工程监测管理基准值详见下表所示。 监控量测管理基准值 序号监测项目允许变形值1地表下沉（重要地段）30mm（15mm）2拱顶下沉50mm3管线允许沉降1030mm4建筑物允许倾斜率0.002H5洞内水平收敛0.005B6既有线水平位移增宽6mm,减2mm7既有线沉降两轨高差4mm依据规范、规程、设计文件等注：B为坑道跨度，H为建筑物高。 管线下沉监测根据管线材质、状况等具体确定。位移管理基准值在地下工程安全监控中有广泛应用，但需要补充说明的是对地下工程而言，位移指标本身的物理意义不够明确，主要是位移指标与洞径、埋深、支护、施工等影响因素关系未能很好解决，这方面的研究成果也不多见，因而位移控制指标的制定和应用必须同时考虑以上各种因素，并尽可能同时配合使用位移速率控制指标。与位移相比，位移速率控制指标有明确的物理意义，它反映了地层随时间变化的流变效应，在位移V=0 条件下，洞室围岩趋于稳定，反之，V=C（常数）或不断增大，则说明地层处于等速或加速流变状态，洞室是不稳定的，因此位移速率控制指标是洞室失稳的充分条件，在安全预报中，较位移指标有更直观和明确的控制意义。在信息化施工中，监测后应对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。根据以往在北京、广州等地修建城市地铁时施工监测的成功经验，我们拟采用铁路隧道喷锚构筑法技术规则(TBJ108-92)的级监测管理并配合位移速率作为监测管理基准，即将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，将警告值和允许值之间称为警告范围，实测值落在此范围，应提出警告，说明需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限，警告值和基准值之间称为注意范围，实测值落在基准值以下，说明隧道和围岩是稳定的。监测的级管理见下表。监测管理表管理等级管理位移施工状态U0Un/3可正常施工Un/3U0Un2/3应注意，并加强监测U0Un2/3应采取加强支护等措施表中：U0 实测位移值 Un 允许位移值Un的取值，也就是监测控制标准。三、监测实施办法1.地表、地下管线沉降及房屋沉降（1）监测目的地下工程开挖后，地层中的应力扰动区延伸至地表，围岩力学形态的变化在很大程度上反映于地表沉降，如附近有建筑物，则地表沉降有可能引起房屋的不均匀下沉，对房屋造成破坏。且地表沉降可以反映隧道开挖过程中围岩变形的全过程。本工程属于城市浅埋地下工程，其独特的施工方法面临着对地层的多次扰动，因此必须对地表沉降情况及受影响房屋情况进行严格的监测和控制。（2）监测仪器莱卡 NA 2002电子精密水准仪，玻璃铟钢尺。（3）监测实施方法测点埋设本监测设计隧道中线地表沉降测点布设原则为临近竖井侧及重要量测地段间距为10布设一组地表沉降测点 , 一般地段布点间距为1030m布设一组中线测点，特殊情况测点可适当加密，对于管线，可根据实际情况进行测点布设。根据现场条件布置地表沉降主断面，主断面各测点布点原则为：其距中线距离分别为2.5m、2.5m、3.5m、 3.5m、5m、5m。由于现场条件较为复杂，地表及房屋测点埋设时应依据设计，根据现场实际情况进行布设。 地表及房屋量测测点埋设时应布设23个基准点，基准点应埋设在沉降影响范围外的稳定区域；具体基点埋设位置根据现场实际情况确定。测点埋设先用冲击钻钻孔，然后放入沉降测点，测点一般采用长200300 mm半圆头钢筋（或用螺栓代替）制成。测点四周用水泥砂浆填实。待测点完全稳定后，即可开始测量。量测方法地表及房屋沉降量测主要采用精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。数据分析与处理根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并 结合施工情况对所测数据进行分析。2.拱顶下沉（1）监测目的拱顶下沉量测值是反映隧道安全和稳定的重要数据,是围岩和车站结构力学形态变化的最直接、最明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。（2）监测仪器苏光DSZ-2型精密水准仪及钢挂尺。（3）监测实施方法测点埋设根据设计图纸要求，初支拱顶测点埋设时，应在掌子面开挖出碴完毕后，拱架架立时，将预埋件焊接至拱顶，待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。拱顶测点布设原则为临近竖井则及重要量测地段间距为10m布设一组测点 , 一般地段点间距为1030m布设一组测点。特殊情况测点可适当加密。量测方法拱顶下沉量测主要采用精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。数据分析与处理监测数据的填写、处理与地表下沉相同。如果拱顶下沉超限,可采取以下方法控制拱顶的下沉：改良拱顶岩体或土体的稳定性；改善开挖方法以减小开挖对拱顶围岩的扰动；加强支护等等，或采取以上几种方法进行综合处理。3.隧道净空收敛及车站结构收敛变形（1）监测目的隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。（2）监测仪器坑道收敛计（3）监测实施方法测点埋设根据设计图纸要求，收敛测线埋设时，应在掌子面开挖出碴完毕后，拱架架立时，将预埋件焊接至拱腰，应尽量使两预埋件位于同一轴线上。待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。测线布设原则同拱顶测点，且同拱顶测点布设在同一断面。收敛量测方法1)初次量测在钢尺上选择一个适当孔位，将钢尺套在尺架的固定螺杆上。孔位的选择应能使得钢尺张紧时支架与百分表（或数显表）顶端接触且读数在025mm的范围内。拧紧钢尺压紧螺帽，并记下钢尺孔位读数。2)再次量测，按前次钢尺孔位，将钢尺固定在支架的螺杆上，按上述相同程序操作，测得观测值Rn。按下式计算净空变化值：Un=Rn-Rn-1 Un第n次量测的净空变形值 Rn第n次量测时的观测值 Rn-1第n-1次量测时的观测值数据的分析与处理：首先作出时间-位移及距离-位移散点图，对各量测断面内的测线进行回归分析，并用收敛量测结果判断隧道的稳定性。如果收敛值过大，应改善周围岩体或土体的稳定性，改变开挖方法，尽量减小开挖对周围岩（土）体的扰动；加强支护等等，以确保收敛值在规范允许的范围内。4底板隆起量测（1） 监测目的隧道开挖后，量测底板隆起变形情况，来判断围岩及初支变形情况。（2）监测仪器苏光DSZ-2型精密水准仪精密水准仪，铟钢尺。（3）监测实施方法测点埋设隧道施工中，底部仰拱架立时，将预埋件垂直焊接在仰拱上。待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。测点布设原则同拱顶测点，且同拱顶测点布设在同一断面。底板隆起量测方法主要采用精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。数据的分析与处理：根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并结合施工情况对所测数据进行分析。4车站二衬结构变形量测（二衬拱顶沉降、二衬结构收敛）（1）监测目的车站为大跨结构，根据对车站施工的数值模拟，隧道初支临时支撑拆除后，二衬结构会承受部分围岩应力，车站二衬结构的变形量测可直接反映工序转换后结构的受力情况况及健康状态，为指导工序的合理安排提供必要数据，并为类似的施工设计积累宝贵资料。（2）测点布设车站天梁拆模后，在天梁之间设置收敛测点，将测点固定在位于同一轴线的天梁上。车站拱顶二衬拆模后，在拱顶中线布设沉降测点。测点固定后即可进行初测，根据量测数据及工序转换调整量测频率。具体布置参见详图。（3）量测方法及数据处理参照隧道初支结构量测相关部分。5.围岩径向压力（1）监测目的量测作用于喷层和岩土体之间的径向接触应力及初支与二衬间的径向接触应力。（2）监测仪器钢弦式压力盒及VW-1型频率接收仪（3）监测实施测点埋设应把测点布设在具有代表性的隧道断面的关键部位上（如拱顶、拱腰、拱脚、边墙仰拱等）。每一断面宜布置1014个测点，并对各测点逐一进行编号。压力盒埋设，要使压力盒的受压面向着围岩。根据实际围岩情况，采取适当方法将压力盒固定在岩面。再谨慎施作喷砼层。不要使喷砼与压力盒之间有间隙。保证围岩与压力盒受压面贴紧。量测计算根据每次所测得的各测点电信号频率，可依据压力计的频率-压力标定曲线来直接换算出相应的压力值。数据处理与分析根据压力值绘制压应力-时间曲线图和压应力-随开挖距离的曲线变化图，在隧道横断面图上按不同的施工阶段，以一定的比例把压力值点画在各压力盒分布位置，并以连线的形式将各点连接起来，成为隧道围岩压力分布形态图。6.钢拱架钢筋轴力（1）监测目的了解施工过程中初支及二衬钢拱架的结构内力情况。（2）监测仪器钢弦式钢筋计及VW-1型频率接收仪。（3）监测实施测点埋设原则上和围岩压力布设在同一个量测断面上，每环钢架布设2028个测点，分别沿钢架的外边缘和内边缘成对布设。测点布设时在钢结构应测部位截去一部分钢筋，把钢弦式钢筋计焊接在原部位，代替截去的那部分钢筋。数据计算每次所测得的频率可根据钢筋轴力计的频率-轴力标定曲线直接换算出相应的轴力值。数据分析与处理根据轴力值绘制钢筋应力-随时间的变化曲线，以及钢筋应力随开挖距离的变化曲线图。在钢拱架横断面图上，以一定的比例把应力值点画在各应力计分布位置，并以连线的形式将各点连接起来，形成钢拱架钢筋应力分布状态图。7钢管柱应变量测。（1）监测目的了解施工过程中钢管柱的受力情况。（2）监测仪器表面应变计及VW-1型频率接收仪。（3）监测实施测点埋设表面应变计两个一组固定在钢管柱表面，测点埋设在车站横剖面的管柱两侧，测点高程需保持相同。数据计算每次所测得的频率可根据应变计计的频率-应变标定曲线直接换算出相应的应变值。数据分析与处理根据应变值及钢管柱的弹性模量计算处钢管柱应力值，绘制钢筋应力-随时间的变化曲线，以及钢管柱应力工序转换过程的变化曲线图。在钢管柱横断面图上，以一定的比例把应力值点画在各应力计分布位置，并以连线的形式将各点连接起来，形成钢管柱应力分布状态图。四监测计划测点布置图（附后）五.监测反馈程序及管理体系1、监控量测流程监控量测流程见下图：2、反馈程序在取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移或应力的时态变化曲线图，即时态散点图。为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，每次监测必须有监测结果，及时上报监测报表，并按期向施工监理、设计单位提交监测周、月报，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，对当月的施工情况进行评价并提出施工建议。现场施工监控量测监测设计资料调研量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及分析监测结果的综合评价报送施工、设计、监理单 位量测结果的形象化、具体化经 验 类 比理 论 分 析甲方、规范要求等地层支护结构安全稳定性判断地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议反馈设计施工是否改变设计、施工方法调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施新设计施工方法监控量测流程图监测结果位移(应力)是否超级管理位移(应力)是否超级管理位移(应力)是否超级管理继续施工综合判断暂停施工采取特殊措施