地下工程监控量测技术

1、地下工程监控量测技术1地下工程主要特点与施工方法1.1地下工程主要特点随着社会的发展，人类面临日益突出的居住、交通、环境等与有限土地资源之间的矛盾，为解决上述矛盾，国际上提出“二十一世纪是人类开发利用地下空间时代”。特别是城市地区，随着人口急剧膨胀，居住困难、交通阻塞、环境恶化，开发利用地下空间，发展地下交通系统是城市面临的主要课题之一。随着我国经济实力的不断增强，城市现代化程度的不断提高，城市规模不断扩大，城市人口会越来越多，交通会更加拥挤，为提高土地的空间利用率，交通线路由地面转入地下是大势所趋，各大城市纷纷在筹建城市地铁工程。同时为了利用有限土地资源，大力发展城市共同沟、地下停车场、地下

2、商场等地下工程，大力发展地下空间。归纳起来，城市地下工程具有一下几个特点：（1）地质条件差，地层条件复杂多变，具有复杂性与不确定性，因此地下工程设计合理性进行理论分析比较困难，受工程地质和水文地质等条件影响较大，通常施工难度比较大； （2）周边环境复杂。 （3）结构埋深浅、与临近结构相互影响（4）围岩稳定性难于判断特别是城市地下工程施工引发的环境影响问题，如地表下沉、建筑物倾斜、道路交通乃至地中管线能否正常运作等源于兴建地下工程而产生的不良影响，因此环境影响是选择施工重要考虑因素之一。1.2主要施工方法随着技术的进步和科技的不断发展，地下工程的施工方法越来越丰富，根据地质条件、周边环境条件、机

3、械设备配备情况，地下工程施工方法一般可分为三大类，即明挖法、暗挖法和沉管法，具体分类见图1-1-1。2隧道开挖引起的变形破坏特征及安全风险2.1隧道开挖引起的变形破坏特征由于隧道的开挖，使先前支撑隧道洞身围岩被移走，洞壁临空；造成围岩应力进行重新调整，围岩与洞壁均向隧道净空方向变形。这种变形由三部分组成：一是，隧道正前方掌子面的水平位移，表现为掌子面的水平鼓出;二是，掌子面前方围岩下沉，浅埋隧道表现为地表下沉，形成沉降槽;图 掌子面鼓出/地表沉降槽三是，刚开挖的隧道洞壁出现收敛变形，表现为拱顶下沉和边墙内移;图 拱顶下沉和边墙内移若这种变形不进行控制，则可能发生隧道坍方。常见的隧道坍方类型可以

4、归纳为两类： 一是掌子面水平变形过大，发生掌子面挤出坍方； 另一类是支护下沉过大，出现整体失稳坍方。图 掌子面挤出坍方 图 整体失稳坍方当隧道上部覆土较浅时，隧道内的变形可能发展到地表，引起地表变形开裂，甚至出现坍塌冒顶的情况。这种坍方对隧道工程的建设和环境的危害性极大。整体失稳坍方工程实例2.2软弱围岩隧道施工的主要安全风险针对软弱围岩隧道的支护变形、塌方等风险，从地质和变形角度进行分析总结，其潜在安全风险源主要有6种情况：（1）软弱围岩浅埋、偏压 软弱围岩浅埋地段，隧道施工时拱部一般难于成拱，在未采取足够措施前，软弱围岩浅埋隧道易发生局部塌方；软弱围岩偏压地段，隧道支护结构将承受显著的不对

5、称荷载，施工期间易造成初期支护纵向开裂或错台，变形过大甚至塌方。（2）土质隧道 土质隧道强度低、自稳性差，与岩石隧道相比要承受更大的荷载，若初期支护强度不足，将导致变形大、严重时会出现局部坍塌等安全风险。（3）大埋深软岩隧道 在大埋深软岩地段，一般存在较高的地应力，由于软岩抗压强度低，开挖过程中洞壁岩体剥离，位移极为显著，变形持续时间长，隧底常出现隆起现象。 通过该段时，若支护不足，可能造成支护变形过度、侵限，甚至塌方等安全风险。（4）断层破碎带 由于断层上下两盘的相对运动，常使断层面附近岩石破碎成碎石和粉末状，形成断层破碎带，其岩体一般自稳性极差，且常伴有地下水，隧道通过断层破碎带时易发生塌

6、方、掌子面突泥、突水等安全风险。（5）结构面发育的块状岩体地段 块状围岩的力学特性是岩石单体强度较高、承载力较高，但因结构面发育，受其切割制约，特别是在有地下水组合作用的条件下，岩体整体稳定性差，这类围岩隧道坍塌的特点是个别岩块失稳，造成较大范围岩块突然坍塌。（6）不同岩层接触带地段 由于不同岩层，岩性差异大，加之常伴有地下水，在接触面附近常发育有风化剥蚀面，岩体较为软弱、破碎，隧道通过时，在掌子面上方或前方，易发生塌方、涌泥等安全风险。3监控量测的必要性和监测的目的3.1监测的必要性地下工程的复杂性的要求地下工程具有隐蔽性、复杂性和不可预见性的特征。一方面隧道周围及掌子面前方的工程地质和水文

7、地质情况对隧道施工的质量和安全关系重大。不良的地质条件极易引起隧道坍方、突泥涌水，不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、设备损失、工期延误，从而造成巨大的经济损失；另一方面，由于普通工程地质勘察手段的局限性，无法完全准确的查明洞身围岩状况，导致围岩划分的不准确或偏保守，施工中如果完全照搬就有可能导致巨大浪费或安全事故。同时城市地下工程周围环境一般比较复杂，因此有必要通过信息化施工，通过对围岩、支护的时空变形、应力、压力的量测数据分析，对隧道支护状态进行评价，预报险情、评定设计的合理性，反馈信息，及时变更设计。从而确保地下工程施工和周围建（构）筑物安全。规范的要求：

8、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，必要时可辅以理论检算；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。 监控量测是隧道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。3.2监控量测的目的城市地下工程监控量测的主要目的有：（1）指导施工：通过监测了解地层在施工过程中的动态变化，明

9、确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节，了解施工方法的实际效果，了解施工对周边环境的影响等等，以便采取相应的工程措施来。（2）安全评价：通过监测了解支护结构及周边建（构）筑物的变形及受力状况，掌握施工过程中工程自身结构所处的安全状态，并对其安全稳定性进行评价。（3）修正设计：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，调整相应的设计支护参数；（4）积累资料：通过监控量测，收集数据，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。施工过程中进行的监控量测是信息化施工的基础，具有重要作用，在地下工程施工过程中进行现场监控量测，及时获取围岩变位与地下工程支护结

10、构的动态信息，并反馈于修正支护参数与施工措施，以期达到安全与经济合理的目的，这是信息化施工的实质。4主要监测项目及其确定原则4.1确定监测项目的原则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：（1）、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）。（2）、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

11、的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。施工监测是一项系统工程，监测工作的成败与选用监测方法的选取及测点的布置直接相关。根据监测工作的经验，归纳以下5条原则。、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，必须做到：第一，系统需要采用可靠的仪器。第二，应在监测期间保护好测点。、多层次监测原则：多层次监测原则的具体含义有四点：a、在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目。b、在监测方法上以仪器监测为主，并辅以巡检的方法。c、在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器。d、考虑分别在地表、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监测网。、重点监测关键

12、区的原则：在具有不同地质条件和水文地质条件、周围建筑物及地下管线段，其稳定的标准是不同的。稳定性差的地段应重点进行监测，以保证建筑物及地下管线的安全。、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。、经济合理原则：系统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。4.2地下工程的主要监测项目根据以上原则，考虑地下工程结构稳定及施工对环境影响急待解决的问题，地下开挖施工引起的地面及土体沉降及变形；地面建（构）筑物沉降标准与保护等级的划分；支护（围护）结构变形。从总体来讲，监测项目可以分成三类：一、结构变形和应力、应变监测，二、结构与周围地层（

13、围岩与结构）相互作用，三、与结构相邻的周边环境安全监测。目前，城市地下工程施工多数采用新奥法、明挖法、盾构法这三类方法，采用不同的施工方法修建对需要反馈的内容有不同的要求。监测项目应根据具体工程的特点来确定，主要取决于工程的规模、重要性程度；地下工程的形状、尺、寸、工程结构和支护特点；地应力大小和方向；工程地质条件；施工工序和方法；在尽量减少施工干扰的情况下，要能监控整个工程的主要部位的位移，包括各种不同地质单元和地下工程结构复杂部位。位移监测是最直接易行，因而应作为监控量测的重要项目。但在完整坚硬的岩体中位移值往往较小，故要配合应力和压力测量，对于浅埋地下工程，地表沉降和拱顶沉降监测是极其重

14、要的。我国城市地铁施工与验收规范中将新奥法隧道的监测项目分为应测项目和选测项目（表2），其中应测项目是必须进行的监测项目，选测项目是根据情况选用的监测项目。新奥法监测项目 表2类别监测项目监测仪器测点布置监测精度监测频率应测项目围岩与结构与支护状态地质素描及拱架支护状态观察每一开挖环开挖面距监测断面前后2B时12次/d开挖面距监测断面前后25B时1次/23d开挖面距监测断面前后5B时1次/周地表、地面建筑、地下管线及结构物水准仪和水准尺每1050m一个断面，每断面711测点0.1mm拱顶下沉水准仪和水准尺计每530m一个断面，每断面13测点0.1mm周边净空收敛收敛计每5100m一个断面，每断

15、面23测点0.1mm选测项目围岩与结构内部位移多点位移计、测斜仪等取代表性地段设一断面，每断面23个测孔0.1mm开挖面距监测断面前后2B时12次/d开挖面距监测断面前后25B时1次/23d开挖面距监测断面前后5B时1次/周围岩与结构压力及支护间应力压力传感器每取代表性地段设一断面，每断面1020个测点0.5%F.S钢筋格栅拱架内力支柱压力或其他测力计每1030榀钢拱架设一对测力计拉伸,0. 5% F. S.压缩,1.0%F.S.初期支护、二次衬砌内力及表面应力混凝土内的应变计或应力计每取代表性地段设一断面，每断面11个测点±0. 1 % F. S.锚杆内力、抗拔力锚杆测力计及拉拔器

16、必要时进行拉伸,0. 5% F. S.，压缩,1.0%F.S.孔隙水压力水压计每取代表性地段设一断面，每断面57个测点0.5%F.S5 主要监测项目实施方法5.1地表沉降监测地表沉降监测是浅埋暗挖地下工程监测中最主要的监测项目。在地层加固、基坑开挖、新奥法地下工程开挖、盾构掘进等工程的施工过程中都要进行地表沉降监测。分析隧道施工引起的纵横沉降槽曲线及最大沉降坡度、最小曲率半径和沉降速率等，以评估隧道施工对周围环境的影响程度，为合理确定和调整施工参数提供反馈信息。布点要求地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点原则上应布置在同一里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距应按表7.3的

17、要求布置。表7.3 地表沉降测点纵向间距隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距(m)2B<Ho < 2. 5B2050B< Ho 2B1020HoB510 注:H。为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。 根据地层条件，一般间隔3050m布设一组地表横向沉陷槽测点，地表沉降测点横向间距为25m。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于H0 + B，地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应适当加宽。根据有关资料，地表沉降槽呈正态曲线分布，其隧道上方沉降量大，向两侧逐渐减小，因此测点布置为中间间距小，向两侧逐渐增大间距，以便比较准确测出沉降槽曲线，其测点布置如图7.2所示。图7.2

18、 南京某隧道地表沉降横向测点布置示意图测点埋设水准点图3-3-1 基点埋设方法示意图设置：地表沉降监测是根据监测对象周围的水准点高程进行的。可以利用城市中的永久水准点或工程施工时使用的临时水准点，作为基准点或工作基点。如果附近没有这样的水准点，则应根据现场的具体条件和沉降监测的时间要求埋设专用水准点。水准点的型式和埋设可参照三、四等水准点的要求进行（如图331），其数目应尽量不少于三个，以便组成水准控制网，对水准点定期进行校核，防止其本身发生变化，以保证沉降监测结果的正确性。水准点应在沉降监测的初次观测之前一个月埋设好。当工程中出现意外情况，需对突发的急剧沉降的目标进行监测时，若设置上述水准点

19、己来不及，可在已有房屋或构筑物上设置标志作为临时水准点，但这些房屋或构筑物的沉降必须己趋于稳定。埋设水准点应考虑下列因素：（1）水准点应布设在监测对象的沉降影响范围（包括埋深）以外，保证其坚固稳定；（2）尽量远离道路、铁路、空压机房等，以防受到碾压和振动的影响；（3）力求通视良好，与观测点接近，其距离不宜超过l00m，以保证监测精度；（4）避免将水准点埋设在低洼易积水处。同时为防止土层冻胀的影响，水准点的埋设深度至少要在冰冻线以下0.5m。测点埋设方法：地表沉降监测点的埋设首先用钻机钻透硬化路面，然后用洛阳铲进行探挖，以免破坏地下管线，开挖成孔以后放入钢筋，放入钢套筒隔离钢筋与周边土体，上部回

20、填砂土和木屑。测点上部安设保护盖，做好标记。如图3-4所示。 图34 地表沉降测点大样图测试仪器及精度要求测量精度对沉降监测资料的分析质量起着重要的作用，同时也关系到测量效率、工作量以及监测费用。应根据给定的监测对象性质、允许沉降值、沉降速率、仪器设备等因素进行综合分析后确定。一般可分为高精度和中等精度两类。（1）高精度用于要求严格控制不均匀沉降的地下工程。使用的精密水准仪通常带有光学测微器，放大倍率不小于40倍，如苏光DS6、WILDN3和LeicaNA3000等仪器。使用时，i角控制在±15，视线长度不大于50m，闭合差应小于±0.5 mm，测量数据保留至0.1mm。水

21、准尺均需采用线条式铟钢尺。（2）中等精度用于要求一般控制不均匀沉降的地下工程。所使用的水准仪的精度等级应不低于国产S3水平，最好带有倾斜螺旋和符合水准器，放大率在30倍左右，如国产的NS31型、DZ2型带测微器、WiLDN2和LeicaNA3000等。仪器使用时，i角控制在±20，视线长度不大于75m，闭合差应小于±1.0 rnrn，测量数据保留至1.0mm水准尺必须用红、黑双面木尺（带圆水准器。地表沉降的基本要求（1）观测前对所用的水准仪和水准尺按有关规定进行校验，并作好记录，在使用过程中不随意更换；（2）首次进行观测，应适当增加测回数，一般取23次的数据作为初始值；（3

22、）固定观测人员、观测线路和观测方式；（4）定期进行水准点校核、测点检查和仪器的校验，确保监测数据的准确性和连续性；（5）记录每次测量时的气象情况、施工进度和现场工况，以供监测数据分析时参考。数据分析与处理根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。当位移时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析，预测最大沉降量。绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径、地层体积损失等。沉降监测实例以广州地铁二号线越三盾构区间工程地表沉降为例。图3-3-1 地表沉降历时曲线R35为右线地表沉降测点，处于走马山岗断

23、裂破碎带，地层软弱，且富含地下水。其沉降历时曲线如图331。右线地下工程施工时，采用土压平衡模式，引起的地表沉降在10mm左右；后因受左线隧道施工影响，且由于地下水大量流失，造成右线地表再次沉降，最后左、右线隧道施工引起的沉降叠加达42.4mm。5.2地下管线监测管线监测目的城市浅埋暗挖施工区段一般地下管线众多，主要有上、下水管、煤气管道、电力管道、通讯管道等，由于浅埋暗挖施工不可避免地要对土体产生扰动，因而埋设在土层中的地下管线随土体变形，产生垂直位移和水平位移由，可能会引起地下管线的断裂而直接危及其正常使用，甚至引发灾难性事故，其后果是极其严重的，必须进行严密监测。地下管线变形监测的目的在

24、于：根据观测数据，掌握地下管线的位移量和变化速率，及时调整施工方案，采取有效防范措施，保证地下管线的安全和正常使用，确保基坑的顺利施工。管线资料调查在制定测点布置方案和确定监测方法、频率前，首先应调查与管线监测有关的基础资料，内容包括：（1） 管线的用途、材料和规格，以便选择重要管线进行监测；（2） 管线的平面位置、埋深和埋设年代；（3） 管线的接头型式和对位移的敏感程度，以便确定位移控制值；（4） 管线所在道路的人流和交通的情况，以便确定测点埋设方式；（5） 采用土力学与地基基础有关公式估算的地下管线最大位移值；（6） 城市管理部门对于地下管线的沉降允许值。获取上述资料的途径主要是通过工程建

25、设单位，前往有关管线单位进行调研，购买管线图。在缺乏图纸资料时，可采用管线探测仪进行现场勘查，向附近的管线用户进行询查。管线测点埋设原则管线测点在受施工影响的管线位置上设置，布置的原则为：1）原则上地下管线监测点重点布设在煤气管线、给水管线、污水管线、大型的雨水管线上，测点布置时要考虑地下管线与洞室的相对位置关系；2）测点一般间距1030m，宜布置在管线的接头处和拐角处，或者对位移变化敏感的部位；3）根据设计图纸要求，有特殊要求的管线布置管线管顶点，无特殊要求的布置在管线上方对应地表。管线埋设方式1）基点埋设同地表沉降埋设方法。2）测点埋设地下管线测点主要有以下三种设置方法：直接式有检查井的管

26、线，直接打开检查井直接将监测点布设到管线上或者管线承载体上，如图3-8；管线埋设浅开挖不影响周边交通的，用敞开式开挖和钻孔取土的方法挖至管顶表面，管顶埋设测杆作为测点。如图3-9。直接式测点主要用于沉降监测，其特点是开挖量小，施工便捷，但若管子埋深较大，易受地下水位或地面积水的影响，立尺困难，影响测量精度。直接式测点适用于埋深浅、管径较大的地下管线。抱箍式（如图3-10）管线埋设浅开挖不影响周边交通的，采用直接开挖暴露出管线抱箍形式，由扁铁做成抱箍固定在管线上，抱箍上焊一测杆，测杆顶端不应高出地面，路面处布置阴井，既用于测点保护，又便于道路交通正常通行。抱箍式测点的特点是监测精度高，能如实反映

27、管线的位移情况，但埋设时必须进行开挖，且要挖至管底，对于交通繁忙的路段影响甚大。抱箍式测点主要用于一些次要的干道和十分重要的管道，如高压煤气管、压力水管等。模拟式（如图3-11）对于地下管线排列密集且管底标高相差不大，或因种种原因无法开挖的情况，可采用模拟式测点，方法是选有代表性的管线，在其邻近打一100rnrn的钻孔，如表面有硬质路面应先将其穿透（孔径大于50mrn即可），孔深至管底标高，取出浮土后用砂铺平孔底，先放入不小于如50mm的钢板一片，以增大接触面积，然后放入20mm的钢筋一根作为测杆，周围用净砂填实。模拟式测点的特点是简便易行，避免了道路开挖对交通的影响，但因测得的是管底地层的位

28、移，模拟性强，精度较低。图3-8 有检查井管线测点埋设图图3-9无检查井管线测点埋设图 图3-10抱箍管线测点埋设图 图3-11地表测点模拟管线沉降测点埋设示意图管线沉降监测测点埋设时应注意准确调查核实管线的埋设深度、位置，确保测点能够准确的反应管线变形，采用钻孔埋设方式测点埋设前应探明有无其他管线，确保埋设安全。监测精度及注意事项（1）在管线位移监测中，由于允许位移量比较小，一般在1020mm左右，故应使用精度较高的仪器和测量方法，如采用精密水准仪和锢钢尺测量垂直位移。测量水平位移用的经纬仪应有光学对中装置。（2）计算位移值时应精确至0.1mm，同时应将同一点上的垂直位移值和水平位移值进行矢

29、量和的叠加，求出最大值，与允许值进行比较。（3）当最大位移值超出控制值时应及时报警，并会同有关方面研究对策，同时加密测量频率，防止意外突发事故，直至采取有效措施。数据分析与处理以广州地铁二号线某区间工程管线沉降监测为例。绘制时间位移曲线散点图，位移时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。预测管线的最大沉降量，如图3328；沿管线面沉降槽曲线，如图3329，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径等。根据数据分析结果，检算管线的安全性。图4-3-28 管线沉降测点G7沉降历时曲线图4-3-29 管线沉降槽曲线5.3拱顶下沉和净空收敛监测监测目的拱顶下沉和收敛量测值是反映隧道安全和稳

30、定的重要数据,是围岩和支护系统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。测点布设间距及要求拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。监控量测断面按表7.4的要求布置。表7.4 量测断面间距围岩级别断面间距(m)510 10303050注:级围岩视具体情况确定间距。拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近。当隧道跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点，拱顶下沉和收敛测点参照图7.2布置。 (a) (b)图7.2 拱顶下沉量测和净空变化量测的测线布置示意图（a）拱顶测点和1条水平线示例；（b）拱顶测点和2条水平线、2条斜测线示例；（c）CD或CRD法拱顶测点和测线示例；（d）

31、双侧壁导坑法拱顶测点和测线示例测点埋设在开挖后及时进行，并在开挖后12h 内测得初读数，最迟不得超过24h。测点尽量埋设在岩土体内，埋设时在岩体内钻孔，放入测点，用水泥砂浆锚固结实，在级软岩段测点可焊接在初支钢支撑上，施工过程中要注意保护测点，尽量使量测数据不中断。监测仪器及精度拱顶下沉采用精密水准仪附加钢挂尺进行量测，精度控制在0.1mm。收敛采用数显式收敛计，精度0.1mm。以广州地铁二号线越秀公园站暗挖区间工程拱顶下沉监测为例。根据测量值绘制沉降历时曲线，如图3330所示，由图分析：图3-3-30拱顶下沉历时曲线图5.4建筑物监测在城市地区修建隧道，往往地表周围有建筑物。为了保证建筑物的

32、安全，在施工过程中进行建筑物监测，目的是掌握工程施工期间建筑物的变化情况，以便当建筑物的某一部位或构件变形过大，及时采取有效的保护加固措施，确保建筑物安全与正常使用。建筑物调查在地下工程施工前，应对施工现场周边的建筑物进行调查，根据建筑物的历史年限、使用要求以及受施工影响程度，确定具体的监测对象。然后，根据所确定的拟要监测的对象一一进行详查，以确定监测内容及监测方法。建筑物调查的项目与内容有：（1） 建筑物概况（建筑物名称、所在地、用途、竣工时间、设计者、施工监督、施工者）；（2） 建筑物规模（顶层数、地上层数、地下层数、主体结构、檐高、基础形式、标准层的高度和形式）；（3） 图纸与资料（设计

33、书、设计变夏、土质钻孔柱状图、施工记录、施工图、竣工图、过去的调查资料、有关的法规）（4） 建筑物历史变迁（用途变更、改扩建、有无修补、设计用途与实际用途有无不同、有无受灾）；建筑物内外环境（振动鉴定建筑物的主要动机及经过）；（5） 有关人员的意见（管理人员、使用人员、官方机构）；（6） 使用状况：使用历史（设备更新情况、改扩建、火灾及其他灾害、使用年限、荷载变化）；荷载（静荷载、冲击荷载、振动、重复荷载、热荷载）；环境（药剂、气体、气象条件、冻结、放射能）、大气污染；（7） 基础与地基：基础和桩：（基础不均匀沉降、木桩钢桩的腐蚀、桩的变形、桩的负摩擦）；地基（土质钻孔资料、地基的变形、地基加

34、固、土压力、水压、土壤的腐蚀、振动特性、地下水（地下水的变动及水质）。（8） 材料：混凝土（表面状态、强度、碳化深度、质量、钢筋锈蚀）；钢材（材质、力学性能、钢结构锈蚀、疲劳、耐火防护层）；围护材料（屋面防水、地下防水、外墙装饰层）；木材（表面状态、力学性能、虫蛀腐朽）。（9） 结构尺寸：（构件尺寸、构件断面尺寸、配筋、钢结构尺寸）耐震强度；变形（楼板变位、梁的变位、建筑物整体变形）；结构裂缝（楼板和小梁的裂缝、梁的裂缝、柱和承重墙的裂缝）；构件损伤（混凝土柱、梁、楼板、承重墙及钢结构柱、钢支撑；连接（连接形式、铆钉、螺栓、高强螺栓、焊接；构件的刚度和承载力（楼板、梁）；振动特性（固有周期、固

35、有形式、衰减）；建筑物沉降监测水准点水准点的构造、形式以及埋设方法可参照前述内容。水准点离监测建筑物的最近允许距离见表3313。表3313 根据建筑物性质、层次和用途确定水准点的位置（1）沉降观测点观测点的位置和数量应根据建筑物的体形特征、基础形式、结构种类及地质条件等因素综合考虑。为了反映沉降特征和便于分析，测点应埋设在沉降差异较大的地方，同时考虑施工便利和不易损坏。一般可设置在建筑物的四角（拐角）上，高低悬殊或新旧建筑物连接处，伸缩缝、沉降缝和不同埋深基础的两侧，框架（排架）结构的主要柱基或纵横轴线上。对于烟囱、水塔、油罐等高耸构筑物，应沿周边在其基础轴线上的对称位置布点。（2）建（构）筑

36、物沉降测点埋设主要分为两种情况，一是混凝土或这砖混结构的建（构）筑物，采用直接在建（构）筑物上直接钻孔，埋入“L”形钢筋，埋入端用混凝土与建（构）筑物浇筑连成一个整体（如图3-5），另一端打磨成半圆形，监测是放置铟钢尺保证测量的准确性。二是钢结构形式的建（构）筑物，无法在上面钻孔埋设，采用焊接的形式，使得测点和结构连成整体。如图3-6。图3-5 建筑物沉降测点大样图图3-6 钢架结构沉降测点大样图（3）监测仪器和方法监测方法同道路及地表沉降。（4）沉降监测注意事项1）观测时仪器应避免安置在空压机、搅拌机、卷扬机等振动影响范围之内，塔吊和露天电梯附近亦不宜设站；2）观测应在水准尺成像清晰时进行，

37、应避免视线穿过玻璃、烟雾和热源上空；3）前后视观测最好使用同一根水准尺，前后视距应尽可能相等，视距一般不应超过50m，前视各点观测完毕后，回测后视点，最后应闭合于水准点上。建筑物水平位移监测当建筑物产生水平位移时，应在其纵横方向上设置观测点及控制点。如在可判断其位移方向的情况下，则可只观测此方向上的位移。每次观测时，仪器必须严格对中，平面观测测点可用红漆画在墙（柱）上，亦可利用沉降观测点，但要凿出中心点或刻出十字线，并对所使用的控制点进行检查，以防止其变化。水平位移的监测主要使用全站仪或经纬仪及觇牌，或是带有读数的觇牌，基座都应有光学对中器，以提高对中精度。测量中配合使用的还有带圆水准器的T型

38、尺和钢卷尺。仪器上的光学对中器、水准器等应定期检查，发现误差，及时校正。所用的觇牌最好与测点对号使用，以消除误差。水平位移观测可根据现场通视条件，采用视准线法或小角度法，建筑物倾斜监测建筑物倾斜是指建筑物或独立构筑物顶部相对底部、或某一段高度范围内上下两点的相对水平位移的投影与高度之比，倾斜监测就是对建筑物的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率进行测量。（1）倾斜监测原理在进行观测前，首先要在被监测的建（构）筑物上设置上、下两标志点M、N，作为观测点。观测时，在离建（构）筑物大于其高度的距离外安置经纬仪、全站仪等，以下部标志为基准点，测出上部标志的高度H以及水平位移的投影值a，则倾斜度i为： （341）

39、如倾斜观测的方向不在其最大倾斜方向时，应采用同样方法在与其垂直的方向测出水平位移b，计算其矢量和c。 （342）则建筑物的倾斜度为： （343）（2）基准点埋设基准点布置在施工影响范围外稳固区域；基准点之间以及与观测点之间要求相互通视状况良好；基线与观测点组成最佳构形交会角在60°120°之间；基准点埋设可选择在地表埋设或埋设在后期沉降已结束的稳固建筑物上，地表基准点埋设应钻深度大于1m的钻孔，孔内灌注C20以上混凝土，插入中嵌铜芯（直径1mm）的钢筋标示（长度大于1m），标示露出混凝土面12cm；上部加装保护盖。（3）测点布设测点采用8cm×8cm的反射膜片，埋

40、设时将基面处理干净，将膜片牢固贴在基面上。测点埋设在建（构）物主体竖轴线的顶部及底部相对应位置。测点与基准点间应通视良好，旁边无遮挡物和反光物。 图3-7 倾斜观测点埋设示意图（4）观测方法倾斜观测采用前方交会法观测，按照工程测量规范GB50026-2007二等水平位移监测网技术要求观测。采用Leica TCA1800全站仪进行观测，水平角观测采用方向法，边长采用全站仪测距，交会边长一般不超过100m，位移测定中误差不超过±1mm。观测时注意以下事项：（1）观测开始前对使用的全站仪、棱镜进行标定或鉴定，达到要求后才能进行工作，醒目进行中也应定期进行检验，尤其对照准部位水准管及电子气泡

41、补偿器的检验与较正；（2）观测应做到三固定，即固定人员、固定仪器、固定测站；（3）仪器、棱镜应安置稳固严格对中整平；（4）在目标成像清晰稳定的条件下进行观测；（5）仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；（6）尽量避免受外界干扰影响观测精度，严格按照精度要求控制各项限差。图3-3-26 建筑物倾斜计算示意图（7）当被测建筑物具有较大的结构刚度和基础刚度时，可选用倾斜仪法和差异沉降测定法。在建筑物沉降值确定后，进行倾斜计算（一般采用差异沉降法），如图3326所示：tg=s/b=SH2/Hf SH2=Hf×s/b SH2为所求建筑物水平位移为所求建筑物水位移产生的倾斜角5.5深层土体水平位

42、移监测在重点工程和软土地层，根据工程的需要和科研的要求，通常在具有代表性的典型地段布置23组监测主断面，在监测主断面内布设一些选测项目。测孔布设水平位移测斜孔在监测主断面上布设，在隧道两侧各布设测孔1个，见“图6 监测主断面测点布置图”。采用测斜仪测试。图6 监测主断面测点布置图测斜管埋设方法测斜管埋设方法如图3318所示。首先在地层中钻孔，孔径略大于所选用的测斜管的外径，孔径应等于或大于89mm。然后将测斜管封好底盖逐节放入孔内，测斜管应竖直，图3-3-18测斜管埋设示意图并同时在测斜管内灌瞒清水，直至放到预定的标高，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。随后在

43、测斜管与钻孔之间孔隙内回填细砂或水泥与粘土拌和的材料，以固定测斜管，配合比应与地层的物理力学性质相匹配。埋设过程中应注意避免测斜管纵向旋转，管节连接时必须将上、下管节的滑槽严格对准，以避免导槽不通畅。埋设时检查测斜管内的一对导槽，管内其中一沟槽位置应与隧道轴线垂直及时修正。埋设好测斜管后，需测监测斜管导槽的方向、管口位置及高程，并做好保护工作，在测斜管上部设置金属保护套，在测斜管管口处浇注混凝土窖井，并加盖进行保护。测斜资料的整理（1）测斜原理。通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，再将测斜管分成n个测段，见图3315，每个测段的长度为Li （一般为5001000mm），在某一深度位置上

44、所测得的是两对导轮（500mm）之间的倾角值，通过计算可得到这一区段的变位i，计算公式为： （334）某一深度的水平变位值&可通过区段变位i的累计得出，即：设初次现量的变位计算结果为，则在进行第j次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值xi即为： （335）相对初次测量时的总位移值为： （336）（2）i的计算。部分仪器直接测读到的并非i值，而是其它物理量，如应变。因为每一次测斜，总要进行二次测量（即探头旋转180度后再测一次），所以能得到+和一两个值，取平均值 （337）另外，对同一根测斜管来说，测量时Li总为定值（500mm1000mm）。所以只要将i乘上一个仪器常数，就

45、可得某一区段的变位值i，i可能是正的，也可能是负的，其正负方向视的计算方法而定。，图3-3-16围护结构水平位移实测曲线图（3）的计算。是某一深度上测斜管的累计变位值，其累计时应从测斜管的基准点（不动点）开始。基准点位置的设定分管底和管顶两种情况。对于无支撑的自立式围护结构，一般人土深度较大，若测斜管埋设到底，则可将管底作为基准点，由下而上累计计算某一深度的变位值，直至管顶。对于单支撑或多支撑的围护结构，在进行支撑施做（或未达到设计强度）前的挖土时，支护结构的变形类似于自立式围护，仍可将管底作为基准点。当顶层支撑施做后，情况就发生了变化，此时管顶变位受到了限制，而原先作为基准点的管底随开挖深度

46、的加大，将发生变位，因而应将基准点转至管顶，由上向下累计某一深度的变位值，直至开挖结束。（4）测斜曲线。将同一测斜管的不同深度处所测得的变位值礼，点在坐标纸上连接起来，便可得到原始变位（H）曲线。这一曲线反映了测量时刻地层在隧道施工中的实际状态。其沿深度方向各点的水平位移值、挠曲线的形状能够一目了然，如图3316。5.6深层土体垂直位移监测测孔一般布置在监测主断面内隧道轴线处，孔底一般距拱顶12m。分层沉降标的埋设一般采用磁环式。磁环式标志的埋设方法之一是用钻机在预定孔位上钻孔，孔深由沉降管长度而定，孔径以能恰好放入磁环为佳。然后放入沉降管，沉降管联接时要用内接头或套接式螺纹，使外壳光滑，不影

47、响磁环的上、下移动。在沉降管和孔壁间用膨润土球充填井捣实，至底部第一个磁环的标高，再用专用工具将磁环套在沉降管外送至填充的粘土面上，给予一定压力，使磁环上的三个铁爪插入土中，然后再用膨润土球充填并捣实至第二个磁环的标高，按上述方法安装第二个磁环，直至完成整个钻孔中的磁环埋设；埋设磁环的方法之二是在沉降管下孔前将磁环按设计距离套深层标的埋设在导管上，磁环之间可利用沉降管外接头进行隔离，成孔后将带磁环的沉降管插入孔内，磁环在接头处遇阻后被迫随导管送至设计标高，然后将沉降管向上拔起1m，这样可使磁环在上、下各1m范围内移动时不受阻，然后用细砂在导管和孔壁之间进行填充至管口标高。磁环式分层测量磁环式分

48、层标测量时应先用水准仪测出沉降管的管口高程，然后将分层沉降仪的探头缓缓放入沉降管中，当接收仪发生蜂鸣或指针偏转最大时，就是磁环的位置，自上而下依次逐点测出孔内各磁环至管口的距离，换算出各点的沉降量，见图3321。深层土体垂直位移的初始值应在分层标埋设稳定后进行，一般不少于一周。每次测量应重复进行两次，两次误差值不大于±1.0mrn。对于同一个工程，应固定测量仪器和人员，以保证测量精度。图 3321分层沉降测试5.7地下水位观测水位监测的目的和作用1）检验降水方案的实际效果，如降水速率和降水深度；2）控制地下工程开挖降水对周围地下水位下降的影响范围和程度；3）检查结构的抗渗漏能力，以便

49、一旦发现问题及时采取措施；4）防止地下工程施工中的水土流失。水位孔的布设根据不同的目的布设水位孔，检验降水效果的水位孔布置在降水区内，采用轻型井点管的可布置在总管的两侧，采用深井降水的应布置在几口深井之间，水位孔的深度应在最低设计水位之下。保护周围环境的水位孔应围绕围护结构和被保护对象（如建筑物、地下管线等）或在两者之间进行布置，其深度应在允许最低地下水位之下或根据不透水层的位置而定。验证隧道水土压力的水位孔一般与水平位移相应埋设于主断面上，在隧道两侧影响范围内水文地质条件在施工过程中可能有变化的区域布设测孔各1个，见“图6 监测主断面测点布置图”。测点埋设水位孔一般用小型钻机成孔，孔径应略大

50、于水位管的直径。当水位管采用如60mm时，可取孔径为l00mm。孔径过小会导致下管困难，孔径过大会使观测产生一定的滞后效应。成孔至设计标高后，放入裹有滤网的水位管，管壁与孔壁之间用净砂回填至离地表0.5m处，再用粘土进行封填，以防地表水流人。监测注意事项1）由于地下水位变化除受地下工程施工影响外，还受自然气候等诸多因素的影响，为了排除非工程因素的干扰，可在工程施工影响范围之外再布置12个水位孔，以便进行对比分析、研究；2）在观测了一段时间后，应对水位孔逐个进行抽水或灌水试验，看其恢复至原来水位所需的时间，以判断其工作的可靠性；3）水位孔用于渗透系数大于104cm/s的土层中效果良好，用于渗透系

51、数在104cm/s106cm/s之间的土层中，要考虑滞后效应的作用，用于渗透系数小于106cm/s的土层中，其数据仅能作参考。4）水位管的管口应高出地面，并加盖保护，以防雨水和杂物进人管内。水位管处应有醒目标志，避免施工损坏。以广州地铁二号线越三盾构隧道工程地下水位监测为例进行说明。图3-3-13水位变化曲线图。图3313所示，左线施工时，由于局部地段采用了敞开模式开挖，造成地下水位大幅下降，最大下降达13m之多，是地表发生大面积沉降的主要原因。5.8围岩压力、初支和二衬间接触应力地下水土压力是直接作用在支护体系上的荷载，是支护结构的设计依据。同时地下工程的施工，如基坑、隧道开挖、盾构掘进和打

52、桩等，又会引起周围水土压力变化和地层的变形。目前，计算地下水土压力的方法很多，但各种方法都有其特定的条件，加之施工情况的多变性，因此，要精确地计算作用在支护结构上的水土压力和定量地计算地下工程施工所引起的地层变形是十分困难的。所以，对于重要的地下工程，在较完善的理论计算基础上，把加强对地下环境的监测作为确保地下工程施工安全的有效手段是十分必要的。监测目的1）了解施工过程中施加于初期支护结构上的围岩松动荷载大小或围岩初始地应力作用于隧道结构上分力的大小，分析评估此力作用于初支结构和二衬结构的安全度。2）寻找由于地下工程施工引起的不同距离和位置上地层土压力的变化规律，确保周围环境的安全；3）探索各

53、种条件下的静止、主动、被动土压力规律，验算隧道结构的土压力理论分析值及分布规律，为提高理论分析水平积累资料。断面埋设在具有代表性的隧道监测主断面的关键部位上埋设，压力盒埋设于初支与围岩之间及二衬与初支之间。每断面埋设711个测点，分别在拱顶、拱腰、拱脚、边墙中，仰拱中、仰拱腰等等对称布设。参见图7图8。图7 太行山隧道试验段初支主监测断面元器件布设图图8 太行山隧道试验段二衬主监测断面元器件布设图土压力盒的埋设首先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。先用水泥砂浆将压力盒处的围岩（或喷层）抹平，再用水泥砂浆或石膏、支架等把压力盒固定在岩面（或喷层）上，再谨慎施作喷射混凝

54、土层（或模筑砼）覆盖，保证围岩（或喷层）与压力盒受压面密贴，不要使喷混凝土与压力盒之间有间隙，压力膜应与所测土压力的方向对应。埋设时应注意尽量减少对原有土体的扰动，土压力盒周围回填土的性状要与附近土体一致，否则会引起应力重分布。监测注意事项1）根据土压力变化幅度确定压力盒量程，土压力盒的量程与精度土压力盒的量程应满足下式要求：P=Po+Pg（或Pp）+Ps （330）式中P一一选择的土压力盒量程；Po一一理论静止土压力；Pg一一打（压）入或夯土填实引起的挤压力；Pp一一隧道结构位移引起的被动土压力增量；Ps一一施工工艺引起的附加应力增量。士压力盒精度应小于0.5% F.S。2）土压力盒的选用选用构造合理的土压力盒。即受压板直径D与板中心变形S之比要大，以减小应力集中的影响。根据研究：D/的下限，对土中土压力盒为2000，对接触式土压力盒为1000。测量土中土压力，应采用直径与厚度之比较大的双膜土压力盒；测量接触面土压力，可采用直径与厚度之比较小的单膜土压力盒。数据处理与分析根据压力值绘制压应力时间曲线图，在隧道横断面图上按不同的施工