地铁工程施工监测方案.docx
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地铁工程施工监测方案
地铁工程施工监测方案
1工程概况
XX地铁四号线18标段，包括成府路站及中关村站～成府路站区间。
成府路站为双层岛式车站，站两端为明挖双层、双跨框架结构，中段（XX大学东门）以单层双跨双拱结构暗挖通过。
车站起讫里程K22+157.946～K22+412.446，站中心里程K22+277.746，站长254.5m（南段明挖106.0m，中间暗挖23.2m，北段明挖125.3m）。
明挖一般段宽19.55m（南）、19.4m（北），中间暗挖段宽19.10m。
明挖段采用钻孔桩支护，暗挖段采用浅埋暗挖法施工。
车站顶板覆土厚度，两端明挖双层段为3.46m～4.76m，暗挖段为7.23m。
区间隧道
（1）（K21+463.098～K21+815.000）全长351.902m（含59.8m长的预埋段），左线为单线，右线为双线，洞身为马蹄形结构；区间隧道
（2）（K21+815.000～K22+157.946右线）全长342.946m，为单线双洞马蹄形结构，采用浅埋暗挖法施工。
区间线间距13～17m，隧道顶板最大埋深12m。
2监测设计
2.1车站施工监测
车站基坑开挖过程中，地层应力状态的改变将直接导致基坑围护结构产生位移和变形，主要包括基坑结构及周围土体的侧向位移和竖向沉降，这些位移超出一定范围，必然对基坑围护结构产生破坏，并影响临近建筑的安全使用。
同时，这些位移情况也是判断基坑围护结构稳定状况的重要依据。
同时，中段（XX大学东门）以单层双跨双拱结构暗挖通过，车站暗挖段跨度大、覆盖层薄，施工过程重易引起了较大的地面沉降，相应地也会对周边建筑和地下管线产生一定影响。
因此，为保证本区段施工及结构安全，需要建立一套严密、科学的监控量测体系，全面监控施工过程中车站结构及周边环境的变形情况。
分析、判断、预测施工中可能出现的情况，消除各种隐患，并将施工对周围环境的影响降到最小程度。
（1）监测目的
1）了解围护结构、暗挖隧道支护结构和周围地层的变形情况，为施工日常管理提供信息，保证施工安全。
2）保证施工影响范围内建筑物、地下管线的正常使用，为合理制定保护措施提供依据。
3）验证支护结构设计，为支护结构设计和施工方案的修订提供反馈信息。
（2）监测项目和监测频率
监控量测的项目主要根据工程的重要性及难易程度、工程地质和水文地质、基坑深度、围护结构形式、施工方法、工程周边环境等综合而定。
根据设计图纸及施工监测要求，本明挖工程的监测项目和监测工程量见表1。
车站监测测点布置图见附图1，监测项目可根据工程实施的实际情况进行增减。
表1车站监测项目表
序号
监测项目
单位
数量
监测仪器
监测频率
1
地表沉降
个
107
NA2002全自动电子水准仪，铟钢尺等
基坑开挖时1次/天；主体结构施工时1次/2天；基坑回填2次/周
2
地表建筑物沉降
个
25
3
管线沉降
个
20
4
暗挖车站拱顶沉降
个
15
钢挂尺，水准仪
5
暗挖车站隧道收敛
个
30
收敛计
6
桩顶水平、垂直位移
个
28
全站仪、NA2002电子水准仪、铟钢尺等
7
桩体水平位移
孔
6
SINCO测斜仪，测斜管
8
钢支撑轴力
个
18
轴力计，频率接收仪
2.2区间隧道施工监测
区间隧道主要工程特点是：
隧道跨度大、覆土薄、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）。
同时在隧道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。
（1）监测目的
1）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。
2）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（构）筑物的正常使用；
3）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。
4）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。
5）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。
（2）监测的项目与监测频率
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。
根据设计文件及施工监测要求，区间隧道施工监测主要以位移监测为主。
确保监测结果的可靠性，为合理确定盾构施工参数提供依据，达到反馈指导施工目的。
监测项目及工程数量分别见表2，监测点布置见附图2～4。
表2监测项目表
序号
监测项目
单位
数量
监测仪器
监测频率
1
地表沉降
个
128
NA2002全自动电子水准仪，铟钢尺等
开挖面距量测断面前后<2B：
1～2次/天；开挖面距量测断面前后<5B：
1次/2天；开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周
2
地表建筑物沉降
个
45
3
管线沉降
个
10
4
拱顶沉降
个
62
钢挂尺，水准仪
5
区间隧道收敛
个
62
收敛计
6
格栅主筋内力测点
个
48
钢筋计、频率接收仪
7
围岩压力测点
个
24
土压力计、频率接收仪
3监测实施办法
3.1地表下沉及房屋下沉
3.1.1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。
3.1.2监测仪器
精密水准仪，铟钢尺。
3.1.3监测实施方法
（1）测点埋设
地表沉降测点布设原则为沿车站中线每30m布设一个地表沉降断面，对于管线，可根据现场实际情况进行测点布设。
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，结合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2～3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200～300mm半圆头钢筋（或用螺栓代替）制成。
测点四周用水泥砂浆填实，测点与路面间设置隔离层，确保测点与下部土体固结与上部路面分离。
待测点完全稳定后，即可开始测量。
（2）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。
（3）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。
3.2拱顶下沉
3.2.1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。
3.2.2监测仪器
苏光DSZ-2型精密水准仪及钢挂尺。
3.2.3监测实施方法
（1）测点埋设
根据设计图纸要求，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：
一般地段间距30m，临近竖井则及重要量测地段间距为10m布设一组测点，特殊情况测点可适当加密。
（2）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。
（3）数据分析与处理
监测数据的填写、处理与地表沉降相同。
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。
3.3结构净空收敛
3.3.1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。
3.3.2监测仪器
JSS30A型数显式收敛计
3.3.3监测实施方法
（1）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。
（2）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0～25mm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
（3）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。
3.4钢筋应力及初支、二衬压力
3.4.1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。
3.4.2监测仪器
钢弦式钢筋计、压力盒及VW-1型频率接收仪。
3.4.3监测实施
（1）测点埋设
原则上和围岩压力布设在同一个量测断面上，每个断面布设多个测点，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。
压力盒埋设于初支背后及二衬背后。
（2）数据计算
每次所测得的频率可根据频率-轴（压）力标定曲线直接换算出相应的轴（压）力值。
（3）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。
同样绘制出初支及二衬各个部位所受压力值。
3.5桩体水平位移
3.5.1监测目的
了解施工过程中地层不同深度处的两个水平分量变位情况。
3.5.2监测仪器
水平测斜仪，测读仪，测斜管
3.5.3监测实施
（1）测点埋设
围护桩施工过程中埋设，将测斜管用专用接头联接好，并对接缝处进行密封处理，然后将测斜管固定在围护桩钢筋笼中，与钢筋笼同时吊装埋设。
测斜管管口一般高出地面20cm左右，周围砌设保护井，竖立告示牌，以免遭受损坏。
（2）数据计算
图1测斜原理图
使用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（如图1），每个测段的长度li（li=500mm）,在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角θi，通过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：
③数据分析与处理
根据位移值绘制桩体水平位移-随时间的变化曲线，以及桩体水平位移随开挖深度的变化曲线图。
在基坑横断面图上，以一定的比例把水平位移值点画在测点位置上，并以连线的形式将各点连接起来，形成土体水平位移分布状态图。
3.6桩顶水平位移及垂直位移
3.6.1监测目的
了解施工过程中桩顶水平、垂直位置随着基坑深度加深的变化情况。
桩顶水平、垂直位移变化情况是桩体支护结构、周围土体最直接、最明显的反映。
3.6.2监测仪器
全站仪、NA2002电子水准仪、铟钢尺等。
3.6.3监测实施
（1）测点埋设
监测点设在围护结构冠梁顶上，每隔15m设一点。
浇冠梁砼时预埋15cm长的Φ20钢筋，钢筋头露出地面5-10mm，钢筋头磨成球状并刻“十”字，作为水平和垂直位移的观测点。
埋设测点时用全站仪控制，使同一条边测点应尽量埋设在同一条直线上。
（2）量测方法
考虑到基坑开挖时，施工现场狭窄，测点常被阻挡，且基坑有较长和较短直线边并存的情况，围护结构顶部水平位移宜用视准线和小角度法来监测，监测仪器为精密经纬仪和全站仪。
围护结构顶部垂直位移（沉降）监测用几何水准法，仪器为精密水准仪。
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。
首次观测时，应按同一水准线路同时观测两次。
为确保测量精度，在远离基坑（大于5倍基坑开挖深度）的地方至少设置三个稳定可靠的基准点，并定期检查稳定性。
（3）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。
3.7钢支撑轴力
3.7.1监测目的
了解施工过程中钢支撑轴力变化情况。
3.7.2监测仪器
轴力计、VW-1型频率接收仪。
3.7.3监测实施
（1）测点埋设
原则上和围岩压力布设在同一个量测断面上，监测断面内每根支撑布设1个轴力计。
钢支撑吊装前，将轴力计托加焊于支撑轴心部位，要尽量保证轴力计于钢支撑轴心位于同一直线上。
（2）数据计算
每次所测得的频率可根据频率-轴力标定曲线直接换算出相应的轴力值。
（3）数据分析与处理
根据轴力值绘制钢支撑轴力-随时间的变化曲线，以及轴力随开挖距离的变化曲线图。
4控制标准及安全等级判断
4.1控制标准
序
号
量测项目及范围
建议极限值U0（mm/d）
位移平均速度控制值（mm/d）
位移最大速度控制值（mm/d）
1
地表沉降
暗挖区间
30
2
5
2
拱顶沉降
暗挖区间
30
2
5
3
水平收敛
暗挖区间
20
1
3
4
桩顶沉降
明挖车站
10
1
1
5
地表沉降
明挖车站
≤0.1%H或≤20，两者取小值
2
2
6
桩体水平位移
明挖车站
≤0.1%H或≤30，两者取小值
2
3
7
竖井基坑水平收敛
明挖车站
50
2
5
4.2安全等级判定
F＜0.6—安全（正常施工）;0.6≤F＜0.8—预警（加强监测并及时报告）;
F＞0.8报警（加强监测、发出警报并及时反馈）
5监测程序流程
图2监控程序流程图
6监测反馈程序及管理体系
6.1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。
安全
不安全
否
否
否
是
是
是
图3监测反馈程序框图
6.2监测管理体系
针对本工程监测项目的特点，必须建立专业的监测组织。
由我单位派驻现场3～5人组成监测组，由具有丰富施工经验、监测经验及有结构受力计算、分析能力的技术人员担任组长，监测组内部按地面监测及地下监测分为两个监测小组，各设一名专项负责人，在组长指导下负责地面、地下的日常监测工作及资料整理工作，其余人员在专项负责人指导下工作，监测组成员组成及职责见图3。
图4监测组成员组成及职责图
6.3监测管理体系保证措施
为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项措施：
（1）监测组与业主密切配合工作，及时向业主报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。
（2）制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中。
（3）量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。
（4）量测仪器的管理采用专人使用、专人保养、专人检校的原则。
（5）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则。
（6）量测数据均要经现场检查，室内复核两级后方可上报。
（7）量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。
（8）各量测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。
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