地铁基坑监测方案方案设计.docx
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地铁基坑监测方案方案设计
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湖南有色金属职业技术学院
2015 届毕业设计（论文/设计）
题 目：
地铁基坑监测方案设计
系（部）：
建工管理系
专业班级：
测量1302班
姓名：
*********************
指导老师：
*********************
年 月 日
第一章工程概况
1.1、工程概述
车站主体设计起点分界里程为CK16+440.100，终点分界里程为YCK16+607.700，结构全长167.6m。
车站为地下三层岛式钢筋混凝土整体框架结构，标准段宽30.3m，开挖深度25.34m,采用明挖施工,顶板覆土为2.478m。
车站附属结构包括4个出入口、1个换乘通道以及1个冷却塔。
车站主体基坑采用围护墙（桩）+内支撑的支护形式，在车站南侧局部设置预应力锚索；其中主基坑围护结构为1000mm（负三层）和800mm（负一层、负二层）厚连续墙；基坑围护结构采用1000厚地下连续墙（近陈家祠堂侧）和直径1000mm钻孔灌注桩（远离陈家祠堂侧）；基坑支护共设置四道支撑和五道锚索（车站南端基坑西侧）；第一、二、三道支撑分别采用800X800、800X1000、1000X1200混凝土支撑，第四道砼支撑截面尺寸为800X1000，第四道钢支撑采用600,t=16钢支撑，锚索采用6X7φ15.2预应力锚索，水平间距1500mm，打设角度20°；车站基坑西侧C、D编号连续墙负二层及以下部分为实墙，负一层以上部分为空墙；车站基坑东侧钻孔灌注桩在负三层及以下部分为实桩，桩间做挂φ8@150X150钢筋网喷射混凝土处理，喷射混凝土强度C20，负三层以上部分为空桩；空墙（桩）进行灌砂填实处理；基坑中部设置组合式型钢中立柱，中立柱基础采用∅1200mm的钻孔灌注桩；在车站底板柱下设置∅1600mm扩底人工挖孔抗拔桩。
1.2工程水文情况
本标勘察范围内所有钻孔均遇见地下水。
勘察时测得钻孔中初见水位埋深为2.0m～3.0m，混合稳定水位埋深为2.9～4.1m。
勘察区内，地下水位变化主要受气候的控制，每年4～9月份为雨季，大气降水丰沛，是地下水的补给期，其水位会明显上升，而10月～次年3月为地下水消耗期，地下水位随之下降，年变化幅度2.00～3.00m，同时在地表水到附近地下水亦会随珠江潮汐水位涨落而起伏变化。
1.3地面环境及周边建（构）筑物情况
某地铁基坑站位发生改变，由原来招标设计的南站位变更为北站位，车站周边建筑物也相应改变。
车站范围内影响的主要建筑物有某祠（国家级文物）、某地下商业城、某大厦、某老旧民房及运营一号线。
某地铁基坑与主要建筑物关系如下表所示：
表1-1：
某地铁基坑影响范围内主要建（构）筑物情况表
序号
名称
使用性质
层数
基础形式
使用年代
与车站的制约关系
1
某大厦
银行、广湾宾馆、住宅
地上九层，地下一层
筏板基础
90年代
距离车站最近距离为3.7m
2
某祠
国家级文物
地上一层
/
1890
与车站围护结构最近距离为10m
3
某地下商业城
商业
地下二层
桩基础
90年代
部分连续墙已经侵入商业城，部分连续墙与结构距离0.43m
4
某老旧民房
住宅
地上二～三层
天然基础
80年代
与基坑最近距离为5.83m
5
运营一号线
商业
地下二层
桩基础
90年代
换乘大厅与一号线相连
1.5周边管线
某地铁基坑施工影响范围内的主要包括中山西路北侧的一条水管和六条电信管道（一条空管），均沿东西向铺设。
陈家祠站影响范围内的主要管线如下表所示：
某地铁基坑周边管线统计表
序号
名称及规格
数量
埋深
处理方式
1
电信光纤300×200一条
38m
0.92
暂不改迁
2
电信光纤300×200十条
380m
0.86
暂不改迁
3
电信光纤400×600三条
114m
0.85
暂不改迁
4
电信光纤800×200一条
38m
0.72
暂不改迁
5
电信光纤400×600三条
114m
0.46
暂不改迁
6
φ300水管
38m
0.9
暂不改迁
第二章监测目的及原则
2.1监测目的
为保证车站对地表环境的影响，在施工过程中积极改进施工方法、施工工艺和施工参数，最大限度减小地层变形，保护周围环境，需要对施工全过程进行监测。
施工监测的主要目的是：
1、认识各种因素对地表和土体变形的影响，以便有针对性地改进施工工艺和施工参数，减小地表和土体变形，保证工程安全；
2、预测施工引起地表和土体变形，根据地表变形发展趋势和周围建（构）筑物、地下管线的位移及沉降情况，决定是否采取保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据；
3、检查施工引起的地表沉降和建（构）筑是否超过允许范围，并在发生环境事故时提供仲裁依据；
4、为研究地层、地下水、施工参数和地表和土体变形的关系积累数据，为研究地表沉降与土体变形的分析预测方法等积累资料，并为改进设计提供依据。
2.2监测原则
施工监测的成败与监测方法的选取以及测点布置情况直接相关。
归纳为以下五条原则。
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，必须做到：
第一、系统采用可靠的仪器；第二、应在监测期间保护好测点；第三、监测数据应采用多级复核制。
2、多层次监测原则：
多层次监测原则的具体含义有五点：
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、分别考虑在地表、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。
e、为确保提供可靠、连续的监测资料，各监测项目之间应相互印证、补充、校验，以利于数值计算、故障分析和状态研究。
3、重点监测关键区的原则：
对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；对各个开挖阶段应该根据工程经验对不同区域、重点部位进行监测，以保证建筑物及地下管线的安全。
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。
5、经济合理原则：
系统设计时考虑实用的仪器，不过分追求仪器的先进性，以降低监测费用。
第三章监测内容
车站基坑根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）、《建筑基坑工程监测技术规程》（GB50497-2009）及《地铁设计规范》（GB50157-2003）规定，基坑安全等级为一级。
在整个施工过程中，需要对地下水位变化、临近道路地面沉降、管线沉降、围护结构顶面水平位移、墙体变形、支撑轴力等进行全方位监测，如发现异常应立即停止下一道工序施工，连续监测并立即采取相应措施，确保施工安全。
监控量测设计情况见下表
车站监控量测设计情况表
序号
量测项目
位置和监测对象
测试元件
仪器监测精度
测点布置
报警值
1
墙顶水平位移
围护结构上端部
全站仪
±1.5mm
沿车站纵向10～20m一个点
绝对值25mm或变化速率3mm/d
2
墙顶竖向位移监测
围护结构上端部
水准仪
±0.3mm
沿车站纵10～20m一个点
绝对值20mm或变化速率3mm/d
3
连续墙变形
围护结构内
测斜管；测斜仪
±1mm
沿车站纵向10～15m一个测点。
测点间距0.5米
绝对值30mm或变化速率3mm/d
4
支撑轴力
支撑总长的三分之一处
轴力计
≤1/100（Fs）
单层不少于3根
0.7f，详见轴力设计表
5
立柱沉降监测
临时立柱
水准仪；
全站仪
±1mm
不少于总数的5%且不少于5根
绝对值30mm或变化速率3mm/d
6
地下水位
基坑周边
水位管；
水位计
±5mm
孔隙间距15～25米一个
绝对值1000mm或变化速率3mm/d
7
地面沉降
基坑周围地面
水准仪
±1mm
孔隙间距15～20米一个
绝对值30mm或变化速率3mm/d
8
地下管线沉降与位移
管线接头
全站仪；
水准仪
±1.5mm
间距15～20米
详见周边环境监测报警值
9
临近建筑物沉降倾斜
基坑周边需要保护的建筑物
水准仪；
全站仪
±1mm
建筑物角点，每个建筑物不少于3个点
10
锚索拉力
锚索位置或锚头
钢筋计、荷载计
≤1/100（Fs）
不少于锚杆总数的3%且不少于3根
0.3mm
支撑轴力设计值表
支撑截面
轴力设计值（KN）
第一道支撑斜撑
1544
第一道支撑斜撑（9米）
1903
第一道支撑对撑（3米）
635
第二道支撑斜撑
5818
第二道支撑对撑（9米）
9988
第二道支撑对撑（3米）
3330
第三道支撑对撑
9178
第三道支撑对撑（9米）
13019
第三道支撑斜撑（3米）
4340
第四道支撑砼斜撑
6469
第四道支撑砼对撑
2525
第四道支撑钢管撑
3500
基坑监测频率
施工进程
基坑设计开挖深度
>15m
开挖深度（m）
≤5
1次/2d
5～10
1次/1d
>10
2次/1d
底板浇筑后时间（d）
≤7
2次/1d
7～14
1次/1d
14～28
1次/1d
28
1次/3d
周边环境监测报警值
累计值
变化速率/mm·d–¹
备注
绝对值/mm
倾斜
1
管线位移
刚性管道
压力
30
-
3
非压力
40
-
5
柔性管线
40
-
5
-
2
临近建（构）筑物
最大沉降
60
-
-
-
差异沉降
-
2/1000
0.1H/1000
-
注：
1.H---为建（构）筑物承重结构高度。
2.第2项累计值取最大沉降和差异沉降两者的小值
布设点位时出现的问题：
某地铁基坑站南侧某宾馆在布设地面沉降点，地下水位点，建筑物沉降点时，发现字监测设计图纸中布设点位，有四个断面监测点不能布设，由于基坑到某宾馆之间的距离最大距离为15m，四个断面之间为某宾馆地下室和银行地下设施，并且路面设有营业性的自行车寄存和路面堆放的杂物，地面沉降及地下水位布设长度和深度达不到要求，地面沉降点只能用15cm长的钢钉进行地面布设，地下水位点不能布设。
第四章监测方法
4.1基坑工作状态观察
肉眼观察是监控量测首选项目，采用仪器仪表不可能在基坑任何位置进行，因此对基坑工作状态的观察必不可少。
肉眼观察可宏观全方位地对基坑安全状态进行观察，但同时肉眼观察仅仅是宏观定性的观察，当基坑工作状态发展到一定程度时才能发现，对基坑微观变化不能看出，必须配合仪器、仪表等多种精密的监测设备才能全面提供可靠的安全信息。
此项包括基坑周围地面荷载状况、基坑周围地面裂缝状况和基坑渗漏水情况。
4.2地面及立柱沉降监测
1、监测目的
该项目监测目的是监控基坑围护结构周围土体的位移和立柱的位移，了解土体和立柱稳定性，同时也可对围护结构的安全状况间接判断。
2、测点埋设
地表沉降测点须直接接触地层，应设置在基坑外2倍基坑深度的范围内，每隔15m一组测点，每组测点在基坑同一横断面内；立柱监测点位置布设在每根临时立柱正中心。
基准点应布设在沉降影响范围以外的稳定区域，所有基点应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基准点至少3个，基准点要牢固可靠；工作基点数量根据测量观测点需要埋设。
图5.1地表沉降测点埋设示意图
3、测试方法
在埋设好的沉降监控点上支立铟钢尺，使用精密水准仪采用往、返路线进行量测。
该路线必须符合或者闭合在沉降监控量测基点上，测设精度满足二等水准测量要求。
成果合格后，计算各测点与水准原点的高差。
统计并比较各次的高差值，得出该次各监测点的变化值。
4、计算方法
地表监测基准点为已知高程点，利用测得的各监测点与基准点的高差ΔH，可得到各监测点的高程H，其与上次测得高程的差值Δh即为该监测点的沉降值，即
Δh（1，2）=H
（2）-H
（1）
5、数据分析与处理
首先绘制时间--位移散点图和距离---位移散点图，根据沉降规律判断基坑稳定状态和施工措施的有效性。
如下图；
图5.2时间-位移曲线图
4.3周边建筑物监测
1、监测目的
基坑工程施工会引起周围建筑物产生沉降，为全面了解施工引起的对周围建筑物的影响情况，在施工期间内，在建筑物周围设置测点，观测基坑施工过程中地表建筑物下沉及倾斜，据以判定建筑物的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。
2、测点埋设
测点的布设应能全面反映建筑及地基切实变形特征，并顾及地质情况及建筑结构特点。
在建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上；高低层建筑、新旧建筑、纵横墙等交接处的两侧；建筑裂缝、后浇带和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处；对于宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点；邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟）处；框架结构建筑的每个或每部分柱基上或沿纵横轴线上。
图5.3建筑物测点埋设示意图
测试、计算及数据分析方法同地表沉降监测。
4.4地下管线监测
1、监测目的
观测基坑开挖时地下管线沉降情况，据以判定地下管线的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。
2、测点埋设
地下管线沉降测点埋设，用冲击钻在地下管线轴线上方的地表钻孔，然后放入直径20～30mm的半圆头钢筋，其深度应与管线底一致，四周用水泥砂浆填实。
新迁移的管线在施工时埋入直接测点，将直径20～30mm的半圆头钢筋固定在管顶并伸出地面，外加PVC套管保护。
基坑开挖深度约1～2倍的距离范围，重要管线竖井处、管线接头处应布置监测测点，沿管线延伸方向布设沉降测点。
其它悬吊管线根据现场悬吊保护措施情况再做出相应的布置。
3、测试方法与数据分析同地表降监测。
图5.4管线测点埋设示意图
4、计算方法
施工前，由基点通过水准测量测出管线沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。
则高差△Ｈ＝Hn－H0即为管线沉降值。
通过地表的变位来反应管线的变位。
在管线的检查井位置布设沉降观测点，测量过程中，对于每次的监测结果根据水平位移与沉降换算出管线的曲率。
沉降监测的等级划分、精度要求、技术要求和适用范围见表5.1。
表5.1沉降监测的技术要求和测量方法
监测等级
观测点的高程中误差（mm）
相邻观测点高差中误差（mm）
往返较差、附和或环线闭合差（mm）
适用范围
使用仪器、监测方法及主要技术要求
Ⅱ级
±0.5
±0.3
0.3
线路沿线变形比较敏感的高层建筑物、桥梁、管线;地铁施工中的支护结构、隧道拱顶下沉等
采用DS05水准仪，按国家一等水准测量技术要求作业
表5.2水准测量观测限差
基辅分划读数之差（㎜）
基辅分划所测高差之差（㎜）
环线闭合差（㎜）
检测高差之差（㎜）
0.5
0.7
±1.0
±1.5
注：
n为测站数
4.5墙顶水平及竖向位移监测
（1）监测目的
在基坑开挖过程中，随着基坑内部土体大量移走，围护结构墙体在外侧土压力的作用下，必然要向内侧移动，围护结构顶部水平位移和沉降是围护结构变形直观的体现，是深基坑监测中一个重要的项目。
（2）测点埋设
对于基坑周边水平位移观测，按一个层次布网，由控制点组成控制网，由观测点与所联测的控制点组成扩展网，扩展网和单一层次布网采用前、后方交会法或附合导线等形式。
对于观测精度要求较高的截段，控制点宜采用有强制对中装置的观测墩，其对中误差不应超过0.1㎜。
控制点要便于长期保存、加密、扩展和寻找，相邻点之间应通视良好，不受旁折光的影响。
基准点、工作基点以及联系点、检核点和定向点，根据不同布网方式和图形，根据《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）的要求进行布设，每个测区基准点不少于2个。
根据现场施工需要，按照每个截段的现场实际情况，按上述方法适当加密导线点，加密导线点的建立和测量按规范要求进行。
对于工作的基准点每周定时复核。
（3）测试方法
利用全站仪配合反光镜（或膜片），采用极坐标法，用全站仪建立水平位移监测基准网（标称精度：
测角1＂，测距2mm+2ppm）按二等三角（或二等精密导线）方法完成。
表5.3观测的技术要求
观测等级
观测点的高程中误差（mm）
相邻沉降点高差中误差（mm）
观测点的点位中误差（mm）
测角中误差（＂）
往返测较差、附合环或环线闭合差（mm）
二等
±0.5
±0.3
±3.0
1.8
0.30
注：
n为测站数
（4）计算方法
回归分析是目前量测数据数学处理的主要方法，通过对量测数据回归分析可以预测最终位移值和各阶段的位移速率。
目前常采用以下函数作为回归函数：
式中：
U—变形值（mm）；A、B—回归系数；t—量测天数（d）；
t0—测点初读数时距开挖时的天数（d）；T—量测时距开挖时的天数（d）。
量测数据的管理尽量采用微机管理，可用办公软件进行管理，用于各种量测数据管理和回归分析。
（5）数据分析与处理
1）根据位移量测值或预计最终位移值来判断
当监测值大于2/3的基准值时，表示结构已经受力比较大，有向不稳定发展的趋势，应及时报警，采取措施；
2）根据位移速率来判断
变形急剧增长阶段：
变形速率大于1mm/d时；
变形缓慢增长阶段：
变形速率1mm/d～0.2mm/d时；
基本稳定阶段：
变形速率小于0.2mm/d时。
3）根据地层位移时态曲线判断
由于地层的流变特性，地层破坏前变形曲线可分为三个阶段。
a.基本稳定区，主要标志为变形速率逐渐下降，即d2U/dt2＜0，该区亦称“一次蠕变区”，表明地层趋于稳定状态。
b.过渡区，变形速率保持不变，d2U/dt2=0。
该区亦称“二次蠕变区”，表明地层向不稳定状态发展，须发出警告，加强支护系统。
c.破坏区，变形速率逐渐增大，即d2U/dt2＞0。
亦称“三次蠕变区”，表明地层进入危险状态，须立即停工，进行加固。
结构稳定性判断是很复杂的也是非常重要的问题，应结合具体工程实践采用上述经验判别准则综合评判。
4.6连续墙变形监测
（1）监测目的
了解基坑开挖和主体结构施工中围护结构在不同深度处的水平位移情况。
在基坑开挖过程中，随着基坑内部土体大量移走，围护桩墙墙体在外侧土压力的作用下，必然要向内侧移动，为此，在基坑开挖过程中有必要对围护桩墙墙体沿纵深方向的水平位移进行监控量测，并及时反馈，以采取针对性措施，确保基坑、周围建（构）筑物以及地下管线等的安全。
（2）测点埋设
测斜管底宜与钢筋笼底部持平或略低于钢筋笼底部，管顶高出基准面150~200mm，在测斜管管口段用混凝土墩子固定，保证管口段转角的稳定性。
测斜管与围护结构的钢筋笼绑扎埋设时，绑扎间距不宜大于1.5m，原则是管子不移动、不松动。
测斜管的上下管间应对接良好，无缝隙，接头处牢固固定、密封。
测斜管绑扎时应调正方向，使管内的一对测槽垂直于测量面（即平行于位移方向）。
封好底部和顶部，保持测斜管干净、通畅和平直。
做好清晰的标示和可靠的保护措施。
图5.5围护结构变形测点埋设示意图
（3）测试方法
采用测斜仪对埋设于围护结构内的测斜管内进行测试。
测点宜选在变形大（或危险）的典型位置。
测试时沿预先埋好的测斜管沿垂直于基坑长边方向（A向）导槽（自下而上每隔一米（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基坑长边方向的位移。
使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，将测斜管分成n个测段，见图3.5，每个测段的长度li（li=1000mm）,在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角θi。
图3.6测斜原理图
（4）计算方法
通过上述，计算可得到这一区段的变位△i，
计算公式为：
某一深度的水平变位值δi可通过区段变位△i的累计得出，即：
设初次测量的变位结果为δi（0）,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：
相对初次测量时总的位移值为：
（5）数据处理与分析
每次量测后应绘制位移—历时曲线，孔深--位移曲线。
当水平位移速率突然过分增大是一种报警信号，收到报警信号后，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中出现了什么问题，并及时采取保证施工安全的对策。
4.7砼/钢支撑轴力监测
（1）监测目的
砼/钢支撑对于基坑稳定起关键作用，砼/钢支撑受力状态直接影响基坑安全稳定，应了解基坑开挖和主体结构施作中，支撑的轴力大小及其变化情况，对围护结构是否安全进行判断。
该项监测是主要的监测项目。
（2）测点埋设
埋设前，先将钢筋应力计焊接或绑扎于砼支撑内的钢筋上，或将轴力计支架焊于钢管横撑一端，横撑架设时，将轴力计放入支架内，支撑预应力施加过程中及时进行测读。
支撑架设过程中，注意保护好引线。
图5.7支撑轴力测点埋设示意图
（3）测试方法
采用频率读数仪直接测读钢筋应力计及轴力计受力期间的读数，根据每次所测得的各测点电信号频率，可依据轴力计轴力--频率标定曲线来直接换算出相应的轴力值。
（4）计算方法
通过公式计算得出测点或元件受力大小，元件受力=元件标定系数*（初始读数-实际测读数），进行判断。
（5）数据处理与分析
绘制支撑轴力随基坑施工工况的变化曲线。
4.8地下水位监测
（1）监测目的
了解施工对周边地下水位影响情况和检验基坑施工中降水效果，监测地下水水位变化，
（2）测点埋设
基坑的四角点以及基坑的长短边中点布置测点，或沿基坑长边每20～40m布置一个测点，测点距基坑围护结构距离为1.5～2m左右。
测点（可利用降水井）用地质钻机钻孔，孔深应根据要求而定（以保证施工期产生的水位降低能够测出）。
测管用Φ100mm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。
（3）测试方法
采用水位计或利用降水井进行监测。
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。
（4）计算方法
测尺读数为ai，则地下水位标高HWi=H-ai。
则两次观测地下水位标高之差△HW=HWi–HWi-1，即水位的下降数值。
（5）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，以及水位随施工工况情况的变化曲线图，以评价施工对周边环境影响的范围及程度。
第五章资料整理和分析反馈信息
5.1监测资料的处理
监控量测资料均由计算机进行处理与管理，当取得各种监测资料后，能及时进行处理，绘制各种类型的表格及曲线图，对监测结果进行回归分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，确定工程技术措施。
因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率（mm）/d
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