地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理.docx
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地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理
北京建筑工程学院
本科毕业论文
地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理
学院测绘与城市空间信息学院
专业测绘工程
年级测07-1
学号
姓名范亮
指导教师杜明义教授
成绩
2011年6月
北京建筑工程学院
测绘与城市空间信息学院
毕业设计手册
班级:
测071
姓名:
范亮
指导教师:
杜明义
2011年3月
一、毕业设计任务书
测绘与城市空间信息学院专业测绘工程
学生姓名
范亮
班级
测071
指导教师姓名
杜明义
职称
教授
课题总题目
地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理
课程子题目
课题类别
工程设计A科学研究B技术开发C其他D
课题类型
真题A假题B真题假作C
新旧课题
新题A旧题B
目的要求：
目的：
了解沉降监测的技术流程和手段方法及有关标准。
要求：
实际监测不少于1千米，包括地面和地下监测部分，并完成数据处理和成果计算。
主要内容：
论文内容主要包括如下内容，具体细节可根据毕业设计的最终结果和开发的进度进行适当调整。
第一章绪论
1.1地铁沉降监测的意义
1.2国内外沉降监测现状
1.3地铁工程变形监测的主要内容
第二章变形监测基准网设计
2.1工程概况
2.2变形监测基准网设计
2.2.1变形监测基准网布设的基本要求
2.2.2变形监测基准网布设方案
2.2.3变形监测基准网测绘方法
2.3变形监测基准网精度概算
第三章变形监测方案设计
3.1沉降监测点布设
3.1.1地表沉降监测点布设要求及布点方案
3.1.2地下变形监测点的布设要求及布点方案
3.2地铁变形监测的精度要求
3.3.地铁变形监测的周期与频率
3.4地表沉降监测方案设计
3.4.1采用的仪器设备
3.4.2地表沉降监测方案设计
3.5地下变形监测方案设计
3.5.1采用的仪器设备
3.5.2地下变形监测方案设计
第四章地铁变形监测的数据处理4.1数字水准仪的文件格式
4.2沉降量计算与报表生成
4.3累计沉降量曲线图的绘制
4.4变形观测资料的插补
4.5变形预报与安全判断
4.6纵横断面沉降量曲线图的绘制
第五章结论与展望
5.1主要工作
5.2存在不足
实施计划与具体安排：
1、调研阶段与资料收集、阅读阶段
时间：
第1-2周，共2周时间
要求：
提交1篇英文翻译，英文单词数不少于2000个。
2、对研究课题的分析阶段
时间：
第3-4周，共2周时间
要求：
提交1篇选题报告，字数不少于3000字。
3、野外数据采集与内业数据处理
时间：
第5-12周，共8周时间
要求：
完成实际监测和成果计算工作。
4、论文撰写阶段
时间：
第13-16周，共4周时间
要求：
按照学院统一的论文书写和装订格式要求进行，在第16周周5前必须提交到评阅教师。
5、论文答辩阶段
时间：
第17周，共1周
要求：
按学院统一布置要求进行。
主要参考资料（应不少于10种）
[1]、李军、李琦等，《北京市地理编码数据库的研究》，计算机工程与应用，2004.2。
[2]、叶瑞明,刁锦通,杨光，《广州城市部件普查技术方法及实施》，现代测绘，Vol.32,No.1，2008.1，27-30。
[3]、张冲，徐飞，夏建磊，《基于万米单元网格管理法的数字城管新模式》，光盘技术，2008年第2期。
[4]、邹积亭，江恒彪，《北京地铁沉降监测方法及数据处理》，工程勘察，2006年第一期。
[5]、邹积亭，《地铁沉降监测数据处理与小波去噪分析》，北京建筑工程学院，2006.
[6]、黄腾;孙景领;陶建岳;黄昱旻，《地铁隧道结构沉降监测及分析》，东南大学学报，2006年02期
[7]、刘旭春，《高精度数字水准仪在沉降监测中的应用》，测绘通报，2006年01期
[8]、秦昌杰，《电子水准仪在地铁隧道长期沉降监测中的应用》，山西建筑，2010年34期
[9]、闫海生，李永刚，李俊伟，《地铁施工期间对周围建筑物的影响》，山西建筑，2010年36期
[10]、黄腾，岳荣花，陈建华，于安柱，黄昱旻，《地铁隧道沉降监测基准网的稳定性分析》，铁道勘察，2006年05期
[11]、张永阔，《量测技术在地铁施工中的应用》，山西建筑，2010年01期
[12]、吴介普，《北京地区浅埋暗挖引起的地表沉降及其控制标准的研究》，北京交通大学，2009年
[13]、骆建军，张顶立，王梦恕，张成平，《地铁施工沉降监测分析与控制》，隧道建筑，2006年01期
[14]、潘宁，《地铁施工变形监测的数据分析及信息管理技术研究》，北京交通大学，2003年.
系审定意见：
系主任签字
年月日
院学术委员会意见：
院学术委员会主任签字
年月日
此表装订在学生毕业设计前面，答辩委员会评语之后。
二、毕业设计指导书
测绘与城市空间信息学院测绘工程专业
课题名称地铁六号线某段沉降监测方案设计与数据处理
学生姓名范亮班级测071
指导教师杜明义职称教授
（一）完成设计任务的步骤与方法
1、调研阶段与资料收集、阅读阶段
时间：
第1-2周，共2周时间
方法：
收集地图数据，阅读指导老师指定的文献、资料，自己到学校图书馆、院资料室及网上收集有关资料；
要求：
提交1篇英文翻译，英文单词数不少于2000个。
2、对研究课题的分析阶段
时间：
第3-4周，共2周时间
方法：
在阅读有关资料基础上，进行综合分析与整理，结合自己所研究的课题，提出初步想法与思路；
要求：
提交1篇选题报告，字数不少于3000字。
3、野外数据采集与内业数据处理
时间：
第5-12周，共8周时间
方法：
由所在单位导师协助，参加一个组的内外业作业，掌握变形数据监测、数据处理、成果计算的全过程。
要求：
完成1千米以上的变形实际监测和成果计算工作。
4、论文撰写阶段
时间：
第13-16周，共4周时间
方法：
由学生自己提出设计（论文）大纲，由指导教师修改并指导后撰写；
要求：
按照学院统一的论文书写和装订格式要求进行，在第16周周5前必须提交到评阅教师。
6、论文答辩阶段
时间：
第17周，共1周
要求：
按学院统一布置要求进行。
（二）设计基本要求
1、毕业设计应符合中华人民共和国有关技术规范和行业标准。
2、在毕业设计中应与高新技术的紧密结合。
注：
参照《北京建筑工程学院毕业设计（论文）教学工作规范》要求和《北京建筑工程学院毕业设计（论文）成果基本规范》要求。
（三）工作进度安排
时间
主要工作内容
第一周
与指导教师交流课题主要内容，领取有关文献并阅读
第二周
自己查阅有关文献、资料，到老师指定的有关网站浏览，找一篇适当的英文资料进行翻译
第三周
根据与导师的交流及查阅有关资料，进行综合分析
第四周
在对相关资料进行分析的基础上，撰写选题报告
第五周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第六周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第七周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第八周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第九周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第十周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第十一周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第十二周
在校外导师指导下进行野外数据采集与计算
第十三周
论文撰写
第十四周
论文撰写
第十五周
论文撰写
第十六周
论文撰写
注：
各时间段及需完成的工作，以周为单位。
由指导教师安排。
（四）、指导、答疑的时间、地点安排
地点：
教3-315、东平房-5
时间：
每周三下午18：
00-20：
00
注：
要求毕业设计期间，指导教师的集中业务指导和检查每周不少于3次，每次不少于2小时，对每个学生的指导每周不少于3次，每次不少于半小时。
写明具体时间、地点便于系、院教务部门抽查。
每次指导、答疑内容记录在附表一中。
三、调研、文献检索及资料综述
要求：
上交调研报告或读书报告一份，3000字以上。
调研报告或读书报告的内容要求有目的、任务以及结论。
要求内容充实有自己的观点。
有教师批改痕迹、评语和评分。
四、外文资料阅读翻译
对本科生要求阅读2000词以上的原文资料一篇，上交原文及译文，内容与毕业设计内容相关。
要求有教师批改痕迹、评语和评分。
五、中期考核
第十周周末，学生上交中期小结，指导教师通过考查毕业设计进度，对中期小结进行评价，并给出百分制评分结果，院学术委员会将根据中期小结的结果，抽查10%进行中期答辩，对存在严重问题的学生，将在全院对学生和指导教师进行通报，并在毕业答辩中单独组织答辩。
六、考勤、答疑检查
毕业设计期间，要求学生在规定毕业设计教室或机房开展工作。
作息时间同上课时间。
如有外出调研查阅资料须经指导教师同意，提前通知考勤员。
在外单位进行毕业设计学生由指导教师或委托指导人进行考勤。
缺勤一天按旷课6学时计。
七、论文评阅
每份论文需有指导教师评语、论文评阅人评语。
经答辩委员会同意，方可参加毕业答辩。
八、毕业答辩
毕业答辩在第十七周进行，答辩委员会最少由3人组成，1名答辩委员会主席，2名以上答辩委员会委员，并设1名专职秘书。
答辩成绩取答辩委员给定的平均成绩。
秘书负责答辩记录和成绩汇总。
九、评分表
毕业设计成绩由三部分组成，即指导教师成绩、评阅成绩和答辩成绩，三部分成绩都以百分制评定，权重系数分别是20%、30%和50%。
最终成绩按优秀、良好、中等、合格、不合格评定，院学位委员认定方为有效。
摘要
地铁作为一种较新型的交通方式在缓解城市中心交通拥挤、堵塞等情况时起了极大作用。
地铁一定程度的沉降，可以视为正常现象，但是沉降量超过一定的限度，尤其是不均匀沉降，将会引起地铁隧道结构的变形，给地铁的正常运行带来隐患，甚至引发难以想象的安全事故。
本文通过对地铁基准网和监测方案的设计以及对不同开挖方法中不同的监测项目的监测方法、仪器、精度要求、数据处理、安全警报等的研究为地铁变形监测做了一个粗略的介绍。
1.Abstract
Metroasamodeoftransportationthanthenewurbancenterinalleviatingtrafficcongestion,congestion,etc.playasignificantroleinthetime.Metrocertaindegreeofsettlement,canberegardedasnormal,butthesettlementbeyondacertainlimit,especiallydifferentialsettlement,willcausedeformationofsubwaytunnel,tobringthenormaloperationofsubwayproblems,andevenleadtounimaginablesecurityaccident.Basedonthesubwaynetworkandthebaselinemonitoringprogramdesignandexcavationofdifferentmethodsofmonitoringprojectsofdifferentmonitoringmethods,instruments,precision,dataprocessing,securityalerts,etc.Deformationofthesubwaymadearoughintroduction.
第一章绪论
1.1地铁变形监测的意义
地铁作为一种较新型的交通方式在缓解城市中心交通拥挤、堵塞等情况时起了极大作用，给广大市民提供了安全、便捷、舒适、清洁的交通工具，对城市基础设施建设也起着极为重要的作用，而且对保持城市风貌，提高环境质量，拉动地方经济，实施可持续发展战略有难以估量的积极意义。
地铁的建设促进了城市经济的发展和地下空间的利用，但是和其他的城市地下公共设施一样，地铁隧道多建在积土层中，且地质复杂、隧道狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心，又由于地铁沿线地区的城市建设等原因必将引起地铁隧道结构纵向沉降,一定程度的沉降，可以视为正常现象，但是沉降量超过一定的限度，尤其是不均匀沉降，将会引起地铁隧道结构的变形，给地铁的正常运行带来隐患，对周边环境（公路地表、附近建筑物、地下市政管线等）产生沉降、位移，甚至引发难以想象的安全事故，造成不可估量的经济损失和恶劣的社会影响。
因此为了确保地铁隧道主体结构和周边环境安全，必须对地铁隧道结构进行沉降监测，对监测数据进行及时分析与反馈，以及对以后的沉降情况作出预测。
在车站基坑开挖的施工过程中，车站基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动上压力状态转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载并导致围护结构和土体的变形。
围护结构的内力（围护桩和墙的内力、支撑轴力或土锚拉力等）和变形（车站基坑坑内士体的隆起、车站基坑支护结构及其周围土体的沉降和侧向位移等）中的任一量值超过容许的范围，将造成车站基坑的失稳破坏或对周围环境造成不利影响。
深基坑开挖工程施工场地四周有建筑物和地下管线，车站基坑开挖所引起的土体变形将在一定程度上改变这些建筑物和地下管线的正常状态，当士体变形过大时，会造成邻近结构和设施的失效或破坏。
同时，车站基坑相邻的建筑物又相当于较重的集中荷载，车站基坑周围的管线常引起地表水的渗漏，这些因素又是导致土体变形加剧的原因。
车站基坑工程设置于力学性质相当复杂的地层中，在车站基坑围护结构设计和变形预估时，一方面，车站基坑围护体系所承受的土压力等荷载存在着较大的不确定性；另一方面，对地层和围护结构一般都作了较多的简化和假定，与工程实际有一定的差异；加之，车站基坑开挖与围护结构施工过程中．存在着时间和空间上的延迟过程，以及阵雨、地面堆载和挖机撞击等偶然因素的作用。
使得现阶段在基坑工程设计时，对结构内力计算以及结构和土体变形的预估与工程实际情况有较大的差异，并在相当程度上仍依靠经验。
因此，在车站基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的士体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程的顺利进行，在出现异常情况时及时反馈，并采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计参数。
提前采取措施，防止事故的发生。
地表沉降监测的主要目的是通过针对不同施工方法的沉降观测,了解其必要性,确定建（构）筑物的状态,保证其工作的安全进行,通过对建（构）筑物和地表的监测数据分析,找寻工程建设在施工期间的变形规律、范围，如果沉降超过了一定的限度，就会对建（构）筑物的正常使用产生影响，严重的还可能危及它们的安全，造成人员的伤亡和财产的损失，且对公共的交通安全带来隐患。
一个不好的例子就是最近地铁大兴线天宫院站C口出现了20平米左右的大坑，虽然目前原因还在查询中，但是监测不到位相比也是其中的原因之一。
由此可见地铁沉降监测有很迫切的现实意义。
1.2国内外变形监测现状
近年来,我国相继颁布实施的有关地下工程设计和施工的规程、规范都对监测做了具体规定，并针对不同地区所下达的监测方案应当地情况而定，大大提高了施工、营运过程的安全指数，监测已成为地下工程中比不可少的部分。
经过长期的实践发现，地下工程周边位移和浅埋地下工程的地表沉降是围岩与结构——支护结构系统力学形态最直接、最明显的反映，是可以监测并控制的，因此普遍认为地下工程周边和浅埋地下工程的地表沉降监测最有价值，即可全面了解地下工程施工过程中的围岩与结构及地层的动态，又具有容易观测，可控制的特点。
目前，在地下工程设计中，都有较完善的监测设计，包括监测管理、监测方法及监测设备等。
但在实施过程中仍然存在很多问题。
由于监测与信息反馈技术对技术人员专业水平要求较高，因此国内外在监测管理方面，开始走专业化的道路，将将监测作为一个独立的工序从工程项目中分离出来，由有资质的专业队伍承包，以保证监测的客观性与公正性。
目前，在工程建设中也开始引入第三方，其受业主委托进行监测，对于我们监测公司来讲，所测的数据要经过第三方检验。
1.3地铁工程变形监测的主要内容
地铁变形的监测根据地铁开挖方式的不同也有所不同。
地铁开挖的方式有明挖、暗挖和盾构，盾构是当前最先进的地铁开挖方式，但是由于经济因素等的限制许多地铁的开挖大部分还是以明挖和暗挖为主。
而由于地面建筑物、道路等的存在使得明挖也很少用到实际上目前大部分地铁的开挖仍然是以暗挖为主的。
1.3.1明挖法
明挖法也称基坑法，从地表向下开挖出基坑，在基坑内进行结构施工，然后回填恢复地表。
我们的标段用的是基坑支护开挖法，即挖后用钢支撑支护，并随时根据监测数据施加轴力。
此法简单易行，施工速度快，施工作业面宽，人口少，覆盖层薄，车辆不多的地区宜采用。
缺点是对地表破坏大，中断交通，拆迁量大，同时施工的噪声大，我实习所在的地铁六号线六标黄渠站就是以明挖的方式施工的。
为减小对公民的影响，这一站距居民较远而且是封闭隔离的。
虽然如此地铁仍然对周围造成了不小的影响比如道路一侧道路被迫暂时改线绕行、公路上施工车辆机械多，沙尘多等。
明挖法需要监测的内容有：
1.地表点沉降监测；2.管线沉降监测；3.基坑围护桩变形监测；4.桩顶水平位移监测；5.支撑轴力变化监测。
1.3.2暗挖法
暗挖法又称矿山法，与盾构法同为一种形式，是地下工程主要施工方法之一，我国第一次应用此法是在1987年北京的复兴门折返线地铁工程中，结构跨度达14.6m，覆土厚度6—12m。
针对我国城市地下工程的特点，暗挖法在不断完善，它可避免明挖法对地表的干扰，而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性。
其中新奥法是矿山法的基本原理与方法之一，其原理是地下结构的安全首先取决于周围地层的稳定状态，然后对其进行初次衬砌和二次衬砌，用来保证在地下工程结构周围应力重分布的过程中对地层提供必要的支撑抗力，与地层共同组成受力的整体，以保持地下结构的稳定。
暗挖法的优点有：
1.不需要太大的施工场地、拆迁少、不扰民；2.适应复杂多变的地质条件；3.适应复杂多变的结构形式；4.适应复杂的周边环境。
其缺点主要有：
1.辅助工法施工成本过高，导致工程造价偏高；2.难以采用大型施工机械，施工速度慢；3.工作环境差，不利于工作人员的身体健康；4.防水施工质量难以保证，隧道防水容易出问题。
我的一次实习所在地铁九号线二标段所用的就是暗挖法和盾构法结合的方式开挖的车站部分用盾构法开挖，隧道部分用暗挖法开挖。
1.3.3盾构法
盾构法的基本原理是基于圆柱形钢铁装置沿隧道轴线向前推进的同时进行开挖。
在隧道初期支护或二次衬砌施工前，圆柱形钢铁装置保证开挖所需的空间。
由于盾构法具有高度的机械化、自动化，不影响地面交通，对周围建（构）筑物影响较小，适应软弱地质条件，施工速度快等优点，在城市地铁工程中得到广泛应用。
目前已经成为国内外城市地铁隧道的主要施工方法。
在建的上海、北京，广州、南京、天津地铁中都大量的采用盾构法。
此外盾构法还具有施工人员安全程度高，防水工程施工方便，质量好的优点。
缺点是：
1.盾构机设计、制造、安装等准备期长，前期投资大；2.操作要求高；3.施工场地大，只适合较长的隧道，对隧道埋深有一定的要求；4.当地层条件多变时，施工风险大；5.一般只适合圆形断面，缺少变化
1.3.4监测对象及内容
（1）监测对象
主要监测对象有周围环境（包括建构筑物、管线等、市政道路地表等）、支护结构、围岩地质体（包括地下水、围岩土体）。
（2）监测内容
根据工程环境特点，监测内容有：
1）地层及支护情况观察；
2）地表沉降；
3）盾构始发段、地质条件复杂地段洞内侧壁收敛；
4）盾构始发段、地质条件复杂地段拱顶下沉；
5）周边建筑物及地下管线沉降情况；
6）地下水位；
第二章工程概况及监测基准网设计
2.1工程概况
地铁6号线已经通过审查并获得批复，这条自西向东的轨道交通干线长达52公里，和目前北京市各条正在运营的地铁线路以及正在建设的线路相比，6号线堪称最长。
其中，一期线路为海淀区五路站至朝阳区草房站，长30.69公里，计划2012年底建成。
预计2013年9月28日通车。
二期线路为朝阳区草房站至通州区东小营站，2011年2月28日正式开工建设，6号线二期可实施“大站快车”，6号线二期设站7座，均为地下线。
6号线列车设计时速可达100公里，且增加了两节车厢，运力比普通地铁增加近四分之一。
6号线给“大站快车”预留空间，快车只停大站，小站则甩站通过；慢车站站都停。
目前预留的大站包括一期的常营站、二期的北关、新华大街等站点。
【计划开通时间】2014年11月28日。
三期工程苹果园至五路居全长9公里，计划2015年建成。
地铁六号线六标的工程概况
黄渠站～常营站区间沿现况朝阳北路敷设，线路呈东西走向，西起于朝阳北路与制药三厂西路相交路口的黄渠站，沿线经过的现状及规划道路主要有常营西路、制药三厂东路、常营路、建材院中路，屹于双桥东路路口的常营站，全长约1.5km。
线路纵坡为"V"型坡。
由于全线位于朝阳北路红线范围内，距道路两侧的建筑物较远（水平距离大于2倍隧道直径）。
沿线穿越的管线主要有：
含∅1200上水管、∅1200污水管、∅1000上水管、3200X2100、5690X2100雨水箱涵、2400X1200雨水沟、∅1400、∅1600雨水管。
其中区间长距离平行下穿∅1200上水管、3200X2100、5690X2100雨水箱涵，最小竖向距离分别为7.7m、7.6m。
区间隧道采用盾构法施工，共设2个联络通道，其中2＃联络通道与泵站合设。
本工程为北京地铁6号线一期起始于褡裢坡站终止于草房站，本标段线路呈东西走向，起止里程为K24+544.989~K28+686.200，长约4.1412km，其中包括两站三区间，分别为褡裢坡站—黄渠站区间、黄渠站、黄渠站—常营站区间、常营站、常营站—草房站区间。
褡裢坡站—黄渠站区间设计起始里程为：
K24+544.989—K25+470.500,全长925.511m。
黄渠站—常营站区间设计起始里程为：
K25+726.500—K27+215.102,全长1488.6m。
常营站—草房站区间设计起始里程为：
K27+609.902—K28+686.200，全长1076.298m。
本标段包含土建工程、安装工程、装修工程、降排水工程、专项工作、站前广场、总负责及协调配合等。
区间线路图：
图号图名
工程点位图如下：
图号图名
2.2变形监测基准网设计
监测基准网是隧道沉降监测的参考系，由基准点和工作基点组成。
基准点是沉降监测的基本控制，应保持其坚固与稳定。
选择基准点位置的一般原则是:
根据工程大小，地形地质条件以及观测精度的要求，基准点应布设在变形体或变形区之外，且地质情况良好，不易被破坏的地方。
就地铁隧道建成后的实际情况来看，若在地铁区间隧道内设立基岩基准点或倒垂基准点，将会破坏地铁隧道结构整体防水性能和地铁的钢筋混凝土结构，并且其设置费用也比较高，这是很不适宜的，因此地铁隧道结构
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