自动化监测系统在盾构掘进施工中的运用

1、自动化监测系统在盾构掘进施工中的运用摘要：近些年来，大城市逐步形成了以地铁交通为主体的交通格局，盾构法因 其具有对周围环境影响较小的优点己成为修建地铁的主要施工手段，然而盾构区 间隧道多分布于主城区，沿线必将穿过繁华的商业闹市区，建筑物及地下管道密 集。因此在地质条件复杂、周边环境要求严格的条件下研究隧道施工对邻近建筑 物的影响具有十分重要的意义。施工过程中的监控量测与反馈控制是盾构施工的 重要手段，由监控量测和动态反馈控制构成。随着盾构施工规模的不断扩大，一 个大型施工企业往往面临多个工地同时进行施工，且工地分布分散；由于管理人 员数量有限，如何对诸多工程进行有效的管理和全面的技术支持，是当

2、下盾构施 工管理的亟待解决的问题。盾构施工信息化管理，可以实现对施工信息全面、及 时和准确的掌握，同时利用先进的技术分析手段对施工进行指导，已成为盾构施 工现场管理领域研究的热点。关键词:盾构法静力水准仪监测系统沉降1工程概况1.1区间线路情况南宁地铁1号线某盾构区间左线起止里程为，起点里程Y（Z）SK14+375.974，终点里程Y（Z）CK15+556.926，左线长链 28.538m。左线长度为 1209.490m，右线长度为 1180.952m。、 联络通道的中心里程为YCK14+964.652（ZCK15+000.000）。区间隧道采用盾构法施工，联络 通道采用矿山法施工。区间线路最

3、大坡度为24%。（坡长220m）。本区间线路纵向为V型坡。1.2工程地质、水文地质情况区间线路所穿越地层经钻探揭示为填土层、粘性土层、粉土层、砂土层、砾卵石层，以 及古近系岩层。水文情况：主要有两层地下水，第一层地下水主要赋存于素填土2中，属上层滞水， 该层地下水水量贫乏，主要由大气降雨及生活废水补给，水位埋深与填土层的厚度有关，无 统一水位。第二层地下水主要赋存于圆砾、卵石及砂土层中，属孔隙松散岩类水，水量丰富， 具承压性。稳定水位埋深6.7011.00m，标高66.1169.35m。区间抗浮设防水位76.30m。2、自动化静力水准监测2.1静力水准仪的组成静力水准仪（连通液位沉降计）是由液

4、缸、浮筒、精密液位计、保护罩、支撑架等部件 组成（。2.2静力水准仪的工作原理静力水准仪利用连通液的原理，多支通用连通管连接在一起的储液罐的液面总是在同一 水平面，通过测量不同储液罐的液面高度与静力水准仪的基点（不动点）进行比对，通过公 式计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降量。2.3.静力水准仪技术参数精度：0.02mm量程：50-400mm工作温度：-40C+80C信号输出：R485输出防护等级：IP67连接方式：采用串联方式一根主线2.4监测系统的组成设计的自动监控系统包括：硬件系统、软件系统和运营管理等三个部分，整体框图如图 1所示。2.5安装方法及注意事项（1）准备工作：测量出各

5、沉降测试点标高。通过标高数据，确定沉降观测点安装孔 （4400mm）开挖深度，确保沉降观测点与基准点标高一致（即在同一水平面上），基准点也可略低于沉降观测点（一般为全量程30%左右），以充分利用其量程范围。将各沉降测试 点之间挖一条沟槽，用以埋设连通管。准备好安装时要用到的扳手，生料带，注水工具，液、 气管（41418铝塑管），防冻液（冰点-25C），硅油，气管接头（41418、1/2搭接、一头 带内丝、铜质），纯净水，PVC钢丝软管，读数仪，水平尺。将防冻液跟纯净水按3： 1的比 例调配好。（2）根据各测试点的距离，剪切好适当长度的液、气管（根据设计要求，静力水准仪一 般布置在桥台、隧道与路

6、基结构物分界处两侧的线路中心线上，每侧各一个，相距2m）。 将其套上钢丝软管，并将液、气口裹好生料带。用液管和接头将所有液位沉降计液口连接通（接头带内丝端接液口，另一端接水管）。用堵头封闭液位沉降计的气口和末端液口。（3）在输入防冻液时，把首、尾两端沉降计的气口打开，将其形成高低差，往高端沉降 计（首端）输液口进行灌注已调配好的防冻液，另一端则排气（注意只能一直从选定的一端 灌注防冻液，否则连通管内的空气无法排尽），灌注适量防冻液后，把液位沉降计、液管同 时一起放入安装孔内、底座上，用地脚螺栓将液位沉降计固定好，并用水平尺确定其水平， 打开其它液位沉降计气口。在液位表面倒上适量硅油，防止液体水

7、气蒸发。（4）用读数仪读出各液位沉降计的读数，来判断各液位沉降计是否处于要求的合适位置 （基准点和各沉降观测点的液位沉降计液位浮至全量程的中间值即可，若基准点是略低于各沉降观测点全量程30%左右，就只使各沉降观测点的液位沉降计液位浮至全量程中间值偏下 15%左右，基准点高于中间值偏上15%左右），若不够，则填加至要求液位为至。（5）加液完备后，用气管和接头将各液位沉降计气口连接通（接头带内丝端接气口，另 一端接气管）。将首端液位沉降计的气口、输液口及尾端液位沉降计的气口用堵头封闭，检 查液、气管各连接头密封情况是否完好，必须保证其完全密封。（6）连接好各液位沉降计数据线。并用PVC钢丝软管护套

8、好。（7）装好液位沉降计的保护罩。记录好各液位沉降计位置、编号、天气、人员。（8）制作标示牌，插在液位沉降计安装位置及其连通管布管位置，以作标示。并派专人 负责看管。以防液位沉降计及总线因施工或自然因素而破坏。（9）校零、取初值进行校零，并存档。做好静力水准仪安装台帐。（10）根据测试要求进行测试若连通液位沉降计用自动采集系统进行数据采集，校零后，将电源、数据总线对接于总 线接口数据采集模块接线端子，设定自动采集。常见问题漏水现象：在短期时间不易发现，等数据采集一段时间后可以很明显。气泡现象：当大气泡存在水管里面，可能会很缓慢的挤出，这时候位移会产生一个较大 的波动。蒸发现象：液体在恒温下蒸发

9、的比较慢。数据现象：采集的数据产生异常的时，现场人员不能分析时可以由我们来找出问题的根 源。3、现场实施根据本工程的特点选取区间居民楼为实验依据对自动化监测数据与传统监测人监测进行 了对比监测。3.1居民楼简况居民楼（59-1号、159-2号、159-3号楼）建于2012年，层高分别为8、9、9层，均为框 架结构，条形基础，埋深1.5-4m，共有88户，部分为出租房，约有200人居住，房屋鉴定 等级分别为Bsu、Asu、Asu级；由于此三栋建筑物为民用私建楼，无设计图纸，基础薄弱，楼层太高且相互间影响大， 盾构处于转弯段，且底部存在不稳定地层，存在重大风险。（1）居民楼与隧道的关系：隧道在左线

10、转弯段284-291环侧穿159-3号楼，隧道顶为 1-1圆砾层，隧道埋深约18.1m，房屋基础到隧道顶距离为14.5m；（2）隧道穿越地质：主要为圆砾层，底部为圆砾与泥岩层交界处；（3） 3栋楼间的关系：159-1号楼与159-3号楼共墙，159-2号楼与159-3号楼间距仅约50cm, 159-3号楼与其它两栋楼联系紧密，相互间影响较大。3.2测点布置根据过往监测经验，当采用静力水准仪进行测量时，建筑物底部和顶楼测试数据相近， 考虑到设备防盗等方面原因，因而静力水准仪沉降监测点布置在建筑物一层高的圈梁上。3.3 .自动化监控实施效果区间盾构隧道在左线转弯段284-291环侧穿居民小组159

11、-3号楼，2015年1月底自动化 静力水准仪完成安装调试工作，3月1日开始下穿居民小组，期间自动化监测仪器运行正常， 监测数据能够实时反馈，3月3日下穿完毕，根据人工监测反馈的结果来看，自动化监测数 据与人工监测数据一致，很好的完成了施工监测的任务，沉降控制在3mm以内，顺利穿越 居民小组。总结以上，可以发现：（1）同一角点自动化监测结果与人工监测结果的变化趋势是一致 的。（2）一般情况下自动化监测结果时程曲线总是位于人工监测结果时程曲线下方。（3） 自动化监测可以更剧现场需要时时调整监测频率，更快更准的获取监测结果。4、自动化监测的优点信息化施工，即在盾构施工过程中，以质量控制为目标，通过对

12、大量施工及监测信息的 采集、分解、分类以及处理，提取施工参数中影响施工质量的控制变量及其对应的信息因子， 通过渐进逼近的方法将控制变量进行全过程调整和优化，指导整个盾构施工过程。同时依据 前步施工监测信息及施工参数的变化，判断下步施工工况及其对策，施工影响和控制贯穿于 整个施工过程，这是一个动态跟踪的过程。不仅反映快，能及时处理监测信息，真正做到信 息化指导施工。信息化管理平台的搭建以远程自动化监控等硬件为基础，以施工参数优化为内核，借助 车站地表监控中心为载体集成，实现盾构掘进参数和施工监测数据的远程自动化获取、实现 盾构掘进参数实时优化、正常掘进信息反馈、预警信息及时上报、重大险情现场指挥及处理 等功能，使得“地下”与“地上”真正联动，及时反馈数据。构建区间穿越建构筑物监测信息反馈群，使得监理单位、监测单位、施工单位、业主单 位、设计单位等实时了解监测信息，发布各种指令，协调各方关系，确保盾构下穿建构筑物 沉降可知、险情可控、统一联动、协调促进。6结束语通过本案例，总结以下体会：1、自动化监测的运用能更快、更好的反应监测数据沉降情况；2、为下穿建筑物个地层盾构掘进数据优化、更进提供更好的掘进参数；3、注