研究生系列培训之一-地铁车站监测数据分析

1、地铁车站监测数据分析,2005年3月10 日,监测数据的重要性,基坑工程发生重大事故前都有预兆，这些预兆首先反映在监测数据中，因此要紧跟施工进展情况进行跟踪测量。对关键部位的测点在施工过程中应适当增加监测频率，并及时分析监测数据，了解监测数据所表示的车站基坑工程的当前程度、变化规律和发展趋势，若发现变形量、变形速率大于报警值等异常现象，应及时在设计和施工上采取相应的防止措施来控制险情。,监测的关键点,什么是关键点 如何确定关键点 关键点是随施工的进展而动态变化的 随时关注关键点的量值变化,警戒值的确定,在工程监测中，每一个测试项目都应根据实际情况的客观环境和设计计算，事先确定好相应的警戒值，以

2、判断位移或受力状况是否会超过允许的范围，判断工程施工是否安全可靠，是否需调整施工步序或优化原设计方案。因此，测试项目的警戒值的正确确定至关重要。在保证安全的前提下，综合考虑工程的质量和经济等因素，减少不必要的资金投入。一般情况下，每个警戒值应由两部分控制，即总允许变化量和单位时间内允许变化量。,警戒值的确定,设计院确定警戒值 分阶段控制 变形量和变形速率控制 预警值与警戒值,监测数据的配套 监测的管理，要求监测提供什么资料 监理如何发挥作用,测 斜,变形警戒值的确定,第一步：设计单位根据房屋管理部门、管线单位的规定，并针对周围建构（筑）物和管线的结构特点、地质条件、新旧情况等，通过分析计算提出

3、整个开挖期间的最大变形允许值 。 第二步：结合支护结构设计计算，制定各施工阶段的最大变形警戒值 和变形速率警戒值 ： (mm/d,或每班次) 式中 本道工序下的最大变形警戒值； 上一道工序下的最大变形警戒值； 本道工序下的变形速率警戒值； 本道工序所需的天数或班次数。,正常的变形曲线,向下逐步增大 已加支撑处的变形小 墙顶可能会向基坑内位移 开挖时变形速率增加 有支撑时，变形小值稳定增加或不变 应根据工况条件综合判断，以及和其它测值相互印证,墙体变形示意图,正常的测斜曲线,墙顶位移的问题,严禁拖延第一道支撑的安装，这是一个很重要但又容易被忽视的问题。第一层开挖尚未支撑前，地下墙上部处于悬臂受力

4、状态，此时最大水平位移发生于墙顶处，并随无支撑暴露时间的延长而增大。若不及时支撑将导致墙顶位移过大，坑外地表数十米范围将会开裂，从而影响周围环境的安全。若裂缝进水后，还将进一步降低基坑的安全度。,异常情况及说明的问题,已有支撑处的变形继续增加，支撑轴力会增加、拱起、失稳，支撑与墙体接触点压损 墙顶位移持续增加，悬臂、折断、整体失稳，如徐家汇 踢脚，踢脚位移大于最大位移的三分之一以上，基坑易整体失稳,墙体局部大变形，墙体折断、破坏，如徐家汇 墙体的变形速率加速增长 墙体变形大于0.5%H 车站基坑的不对称变形,有支撑处墙体位移持续增加,有支撑处墙体位移持续增加,地下墙水平位移最大值变化速率,地下

5、墙水平位移最大值变化速率,墙顶位移持续增加,墙体变形、墙后地面沉降和抗隆起稳定系数的关系 基坑保护等级表,地铁车站基坑的等级标准,注：H为基坑开挖深度，Ks为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式计算。,建筑物的沉降,多层建筑物的沉降,建筑物的允许沉降值，0.1%建筑裂缝，0.2%结构裂缝 建筑物的差异沉降（倾斜） 裂缝的发展 建筑物的易开裂部位、敏感的部位：围墙、门、窗角部、地面，应力集中处，砖石房屋,总沉降量与差异沉降量的关系 总沉降量过大，建筑物与公共管线的连接处破坏,建筑物的容许变形值,建筑物的倾斜,高层建筑物桩基沉降,较小的沉降值也可能很危险，如大于5mm 以整体下沉为主，倾斜沉降相当危险

6、桩基怕水平位移，特别是有接头的预制桩,工程实例,地铁二号线某车站。挖至最下一层（-15.5m）时，从当天的监测资料中发现一侧地下墙一天中位移了2mm，最大位移达35mm。而此处挡墙外的建筑物基础下的锚杆静压桩，其接头为承插式接头，可能因基坑挡墙位移引起桩身挠曲，导致接头在偏心受压的集中应力作用下破坏。在这种情况下将坑内支撑下移1m，结果有效地控制了墙体位移，保证了建筑物桩基的安全。,地下管线的沉降,预制混凝土管道接头形式,砼及钢筋砼排水管道的各种接头形式,注：水泥砂浆接缝对地基变形很敏感，很易开裂。,上水管道的接头形式,铸铁管承插式上水管道接头形式,煤气管道的接头形式,地下管线的允许沉降,曲率

7、半径，刚性管线和柔性管线 相对沉降、倾斜 允许张开值 总沉降的控制 接头的形式，各种接头的差别 测点的布置要求，布置在接头上和土中,刚性管道保护步骤,按弹性地基梁的方法计算分析，因基坑施工引起管道地基沉陷而发生弯曲应力。如 管材允许抗拉(压)强度，只要施工正常，管道地基沉陷不超过预计的幅度，则管道处可以不必加固。 如沉降超过预计幅度，管道中 允许值，则需预先按设计埋设注浆管，在量测监控条件下以分层注浆法将钢管下沉陷的地基调整到要求的位置。,刚性管道弹性地基梁计算原理,管道视为弹性地基上的梁 管道弹性地基梁计算模型,弹性地基梁的公式,当地层无下沉时: 当地层下沉w时:,推导出的作用在管道上的纵向

8、弯矩,管道纵向变形为 管道纵向应力为,管道的允许曲率半径,刚性管道的允许曲率半径计算,K 为基床系数 为管道位移 为管道的惯性矩 为管道的弹性模量 q 为作用在管道上的压力,w 管道处地层沉降量 管道变形曲率半径 管道的允许应力 管道允许曲率半径,柔性管道的允许曲率半径,(1) 按管节接缝张开值确定管线允许曲率半径,(2) 按管道纵向受弯应力确定允许曲线半径,(3) 按管道横向受压时管壁允许应力确定管线允许曲率半径,管道监护方法,(1) 测点的埋设布置 管线沉降的测点布置要较真实地反映管线沉降曲线的实际情况，所以测点布置得越密，其测量结果越为真实，测点布设是将测点埋入土或管线上中，以管线深度的

9、土层沉降反映管线地基沉降。沉降测点的埋设深度一般为管线图上标明的管线埋深，测点间距为每节管段的长度，这样可以最小的测点数 反映最为真实的管线地基沉降曲线。 管线沉降监测的沉降坡度差控制值： 跟踪抬升 抬升管线要做好注浆跟踪监测，测点沉降量与沉降曲率半径几何关系 使沉降曲线曲率半径或沉降坡度差控制在一定范围以内： 最佳抬高量为时，,工程实例,基坑开挖时，沿横断面方向，地下管线会随地层的变形而变形。一般讲，近基坑的管线变形大。因基坑沿纵向开挖深度不均匀，故管线沿基坑纵向变形有不均匀性、随机性、局部性。,工程实例,预估不均匀沉降曲线的参数主要有沉降范围 l；沉降范围中点的最大沉降量 Smax；沉降曲

10、线曲率半径R。根据上海实际工程的经验，以上三个参数可如上图所示。,基坑开挖阶段管线纵向沉降特性预估,监测的沉降范围的L选定 管线沉降曲线区分为三段， 与 为曲线，曲率半径相等，即 。 段假定为直线。三段的水平长度均等于 。 沉降曲线允许最小曲率半径的选定 (1).按管道允许纵向抗弯能力计算允许的曲率半径 (2).按管道允许横向弯矩，计算允许的曲率半径： 和 求允许最大沉降值 Smax （）根据管线接缝理想均匀张开值，求管线允许的最大沉降值Smax （）根据经验沉降曲线型式， 求管线允许的最大沉降值Smax： ,计算实例,实测中点最大沉降量； 预估允许最大沉降量； 为各实测线段（3-4，4-5.

11、视为直线）的坡度。 为各预估沉降线段（1-2，2-3.视为直线）的坡度。 500煤气管道不均匀沉降曲线沉降量控制示意图,数据分析,倾斜值 张开值的计算 曲率半径 变形速率,地下管线的相对沉降,地下管线的相对沉降,地下管线的监护,通常应沿管线每6m布置一量测点，地下管线变形测量有间接法和直接法两种：直接法就是将测点直接布置在管线上，而间接法则是将测点设在靠近管线底面的土体中。土体沉降常先于管线沉降而造成管线底面和土体脱空，这时应立即采用速凝的双液注浆来填充空隙，以防止管线沉降。因此，为分析管道纵向弯曲受力状况和及时采用跟踪注浆调整管线差异沉降，通常两种测点都要布设。,测点的埋设,跟踪注浆,跟踪注

12、浆应保证受沉降影响的管道每相邻的三个节点均满足以下要求,即可保证管线安全: A、B、C相邻管节节点标高；管接口允许张开值；D管道直径；L管节长度。,纵向沉降数值分析,纵向沉降的变化规律,纵向沉降,纵向放坡对坑外沉降的影响,车站基坑纵向放坡较大处，往往是坑外地表纵向差异沉降较大处，土坡越缓，沉降曲线就越平缓。因此若在土坡附近有需保护的建筑或管线，应减缓该处坡度以减小管线弯曲和建筑物的差异沉降。,i为较陡的土坡坡度，R为土坡坡度为i时，邻近建筑或管道地基沉降曲线曲率半径 i1为较缓的土坡坡度，R1为土坡坡度为i1时，邻近建筑或管道地基沉降曲线曲率半径,工程实例,上海地铁一号线某车站基坑。长232.

13、2m，宽22m，底板埋深15m，平行于车站纵向两侧有众多管线，紧靠基坑的有：东侧有500、700铸铁煤气管各一根，距离端头井地下墙边线分别为1.7m和1.3m，西侧有30孔国际通信电缆，距离基坑仅1.1m。基坑开挖采用分段明挖。在历时一年多的基坑施工中，为保护地下管线的安全，采用了跟踪监测和跟踪注浆方法，最后测得开挖阶段的最大累计沉降和沉降曲线斜率分别为： 西侧700上水管：52.3mm、0.79；西侧30孔通信电缆：51.3mm、1.53；东侧500煤气管：26.4mm、0.141；东侧700煤气管：27.0mm、0.031。,地铁一号线上体馆车站基坑周围管线,可能采取的措施,挖开 吊起 跟

14、踪注浆 其它环境保护技术,边坡位移的监测,测点的位置,位移的判断,位移的大小 位移的速率,破坏的迹象,裂缝 冒水、渗水、冒泡 土体软化 蠕变,预防措施,卸载与修坡 防水等等,支撑轴力,支撑的预加轴力 轴力的松弛与复加 支撑轴力随温度的变化 支撑轴力随工况的变化 测试仪器的区别，表面应变计和柱式轴力计的差异 轴力的分析，多因素影响,水位观测,基坑外水位允许变化值 降水水位观测，降水效果,基坑坑底的回弹和隆起,回弹的规律 正常的回弹 塑性变形，或底板破坏、踢脚破坏 回弹变形的速率、累计变化的情况,孔隙水压力、土压力,孔隙水压力和土压力的测量以科研为主 孔隙水压力的上升、下降与消散 不同部位的孔压变化正常情况，加固时孔压的变化 破坏时的孔压、土压力变化趋势 土压力随时间的变化曲线，规律,土压力与时间的关系,土压力与墙体位移的关系,孔隙水压力随时间变化图,地面沉降与水平位移,地面沉降与水平位移的关系 地面最大沉降发