盾构下穿城际高铁监测方案Word格式.docx
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6）《地铁设计规范》GB50157-2003；
7）《工程测量规范》GB50026-2007；
8）《城市测量规范》CJJ8-99；
9）《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；
10）《铁路隧道施工规范》TB10202-2002；
3监测目的及意义
通过监测工作的实施，掌握XX号线盾构穿越既有铁路线对既有线路结构、轨道结构及轨道的影响程度，为建设单位及运营单位提供准确的监测数据和信息，为后续工程施工工艺、工序安排以及轨道防护提供参考数据。
4监测内容及要求
4.1监测范围
表4.1监测范围统计表
序号
安全风险工程名称
里程
风险点基本状况描述
风险工程等级
1
京津城际铁路
京津里程DK0+837.26~DK0+856.02
地铁里程K20+341.828~K20+361.892
区间以56°
角斜向下穿京津城际铁路，铁路路基位于区间结构上方17.6m，影响地铁区间长度约110m
特级
2
京沪铁路
京沪里程
k9+147.12~9+166.00
地铁里程
K20+329.666~20+349.790
区间以以56°
角斜向下穿京沪铁路，铁路路基位于区间结构上方17.6m，影响地铁区间长度约110m
3
施工竖井、车站基坑工程
一级
根据设计文件以及现场的具体情况，监测范围暂定为110m，以14号线和京津城际铁路、京沪铁路的垂直投影为中心，沿既有铁路线路在投影中心两侧各延长55米，里程根据现场测量后的位置确定。
4.2监测对象、项目、精度、频率及周期
根据专项设计及结构、轨道专业的相关技术文件要求，结合京津城际铁路、京沪铁路的实际情况穿越施工过程中，对既有铁路采用自动化和人工相结合的两种监测手段。
人工监测从全面监测角度考虑，监测项目从隧道结构、轨道结构及轨道综合考虑。
自动监测从重点监测角度考虑，主要针对地铁结构重点部位，监测项目是隧道结构竖向变形及差异变形。
根据上述监测原则，具体工点的监测项目、监测手段、监测精度、监测频率、监测周期如下：
表4.2监测项目表
监测项目
监测手段
监测
精度
监测频率
周期
人工巡视
观察
见下表注
盾构掘进前6B测得可靠的初始数据，掘进后10B，监测数据稳定后。
道床竖向变形及差异变形
自动化监测
0.1mm
人工静态监测
0.3mm
轨道几何形位检查
轨距尺
1.0mm
轨距自动化监测
倾斜自动化监测
≤2%F.s
4
钢轨竖向变形及差异沉降
5
无缝线路钢轨爬行
人工监测
注：
1）施工关键期1次/30钟记录一次数据，每小时一次提交监测报表；
平时状态：
每120分钟记录一次数据。
人工巡视频率与人工监测频率相同。
2）当盾构施工出现异常情况时，加密自动化监测频率至连续采集数据，并加强对应部位洞体结构人工巡查工作。
3）开挖面距离监测断面≤5B（B为盾构直径）：
每晚列车停运后观测一次；
开挖面距离监测断面＞5B：
每周观测一次。
5监测方案
5.1监测方法
5.1.1自动化监测
为了在列车运营过程中能够准确及时采集到实时的监测数据，本工程采用远程自动化监测系统，系统由监测数据的自动采集和监测信息系统两部分组成。
详见图5.1.1-1。
图5.1.1-1远程自动化监测系统构成图
5.1.1.1数据自动采集系统功能
数据自动采集系统由电容感应式静力水准仪、数据采集智能模块、监控主机、管理计算机、DAMS-
数据采集软件构成。
1）监测功能
监测功能包括对各类传感器的实测数据进行自动采集和对实测的信号作出越限报警。
同时为满足对京津城际、京沪铁路安全监测各种不同的管理要求，系统提供了五种不同的监测数据采集方式，以增加系统的灵活性，便于远程服务。
a数据采集单元（DAU）定时测量方式（即无人职守方式）。
根据监控主机所设定的测量时间，DAU能自动定时进行选测和巡测。
该方式主要用于日常常规测量；
b人工干预测量方式。
必要时，测试人员可通过监控主机任意进行测量。
该测量方式的优先权高于其他任何测量方式，主要用于在特殊情况下可任意加密测次及对重点监测部位实施任意频次的测量；
c网络化测量模式。
系统具备网络化管理功能，任何一台计算机联入此网络后，可在计算机终端上实施数据采集、资料查询等；
d人工测量方式。
作为一种后备方式，当监控主机或通信线路发生故障时，在恢复通信之前采用便携式计算机实施人工数据采集。
DAU由于采用全模块化结构，更换模块非常方便，DAU不会因为故障而长期停测；
e远程控制测量方式。
本系统提供了远程控制测量功能，通过远方办公室的计算机，可在任何地方自如地实现数据采集和通信。
2）显示功能
显示监测系统的总貌、各监测子系统概貌、监测布设图、过程曲线、监控图、分布图、相关图及报警状态显示窗口等。
3）操作功能
在监控主机或管理微机上或网络终端上可实现多种操作功能：
a监视操作、输入、输出、显示、打印报告现在测值状态。
调用历史数据、评估；
b进行整个系统的运行管理：
包括系统调度、过程信息文件的形成、进库、通讯等；
c利用键盘调度各级显示画面及修改相应的参数等；
d修改系统配置、进行系统测试、系统维护等。
4）数据存储功能
在采集单元（DAU）具有存储器和掉电保护模块，能暂存DAU采集来的数据，并在断电的情况下不丢失数据。
5）综合信息管理功能
包括在线监测、结构形态的离线分析、测值预报、报表制作、图文资料管理、数据库管理及安全评估等。
6）系统自检功能
系统具有自检功能，可对数据存储器、程序存储器、中央处理器、实时时钟电路、供电状况、电池电压、测量电路及传感器线路等进行自检查，能在监控主机和管理主机上显示故障部位及类型，为及时维修提供方便。
7）远程控制功能
具有在后方对监控主机上实现对布置在监测现场的数据采集单元（DAU）进行远程控制的功能。
8）防电、抗干扰能力强
运营地铁隧道内受强电影响大。
本系统除要求对所有的信号电缆保护外，对DAU在供电系统的防强电、一次传感器到DAU入口的防强电、通讯线路及通讯接口的防强电等方面做了全面的考虑，保证系统在电源波动等情况下能正常工作。
9）测量精度高
自动化监测系统的测量精度满足监测要求。
5.1.1.2数据采集软件介绍
DSIMS是一套基于Windows98/NT网络环境下研制开发出来的数据采集软件，实现了数据采集处理的自动化，提高了监测效率和质量。
采集软件包括人工采集和自动化采集两部分。
对于人工采集，本软件提供了一个人机界面窗口，直接由键盘输入进库；
Windows98/NT环境下的自动化采集软件是一套图视化的窗口软件，所有测点均显示在布置图中，每一个测点都与数据库相连结。
同时，布置图中的每一个测点又与现场DAU的对应仪器相通。
因此，操作和选择屏幕上的测点状态就可以完成对测点的采集（单点、选测、巡测、定时等）、换算、处理、入库等全部过程。
自动采集软件可用于单机采集和网络采集，如果监控主机被设计为Windows98/NT局域网（网络工作组）的一个节点，则局域网（甚至广域网）上的任意一台计算机均可以控制监控主机进行数据采集并把采集的数据传输到本地计算机上。
为了加强对自动化监测系统的管理和维护，本系统提供远程监控功能。
可利用远程监控功能在任何时候、任何地方对自动化监测系统进行远距离采集操作，以了解结构的安全状况。
5.1.1.3监测信息系统功能
主要为监测信息处理、实时反馈、管理服务，实现以下功能：
1）监测数据分析处理。
分析处理软件主要用于分析和评估结构的实际运行性态，本分析处理软件可对监测项目实测数据的处理和计算分析；
可将实测值换算成标准监测量，根据仪器特性对监测量进行误差检验；
同时提供丰富的图形功能，使整个分析过程窗口化，分析结果图形化。
2）工程安全信息管理、反馈。
数据采集后及时进入管理系统，集成分析处理，即时产生相关报表，审核无误的数据通过网络数据库，随时提交业主。
本系统工程安全信息管理、反馈软件的内容有工程文档管理、图形报表制作、中短期预测预报、人工巡查信息管理等。
其中图形制作主要有过程图、分布图、相关图、等值线图、直方图和饼图等；
报表则主要有定制的综合周报表、周报、年报等，同时提供由自定义格式的报表制作软件，以适应不同需求的报表形式。
3）数据库管理。
协助业主及相关各方完成支持材料的整理、入库工作。
系统建有在线数据库、原始测值数据库、应用数据库和数据文件库，可实现各数据库之间数据的自动处理、转换、规划、添加等运行管理工作。
可以根据委托方的要求，把监测数据预警子系统和委托方的相关办公信息系统或者门户网站整合，形成一个综合的信息协同办公系统。
5.1.1.4数据采集单元
5.1.1.4.1主要功能和特点
1）实时时钟管理
本模块自带实时时钟，可实现定时测量，自动存储，起始测量时间及定时测量周期可自由设置。
2）参数及数据掉电保护
所有设置参数及自动定时测量数据都存储于专用的存储器内，可实现掉电后的可靠保存。
3）电源备用系统
无论何时发生停电时，本模块自动切换至备用电池供电，一节6V、4AH/4AH可充电的免维护蓄电池可连续工作7天以上。
4）自诊断功能
本模块具有自诊断功能，可对数据存储器、程序存储器、中央处理器、实时时钟电路、供电状况、电池电压、测量电路以及电容传感器线路进行自检查，实现故障自诊断。
5）抗电功能
本模块电源线、通信线、传感器引线的入口均采取了抗电击的措施。
6）选测功能
根据需要通过对传感器测点的选择设置，完成一次测量并可输出这些测点的测量数据。
7）单测功能
通过选择某一传感器测点的选择，可实现对此测点的连续多次测量，测量次数可设定。
5.1.1.4.2主要技术参数
1）测点容量：
8通道
2）测量精度：
0.1%FS
3）分辨率：
0.02%
4）测量时间：
每点6～8秒
5）通信接口：
EIA-485，屏蔽双绞线，1200bps，大于3km；
光纤、无线和公用电话网通信方式备选。
6）数据存储容量：
大于300测次
7）电源系统
电池6.0VDC～7.0VDC，（6V，4AH/3AH）
充电输入7.4VDC～7.6VDC，1A
功耗掉电：
200μA
休眠：
10mA
待机：
60mA
测量：
小于250mA
8）工作温度-10～50℃（-25℃～+60℃可选）
储藏温度-20～70℃
9）尺寸28×
15.5×
3.3cm
5.1.1.5安装
现场安装前对数据采集模块进行拷机及相关试验,对模块进行筛选,确保其达到规定技术指标。
数据采集单元DAU2000的安装位置按安装图施工，安装位置要考虑仪器接入，DAU维护方便，一般在观测站中高度不宜超过1.6米，用4个地脚螺栓连接，安装后机箱平整，仪器进线整齐、标识明确，信号线、通讯线、电源线与DAU接线端子的接头均用镀银冷压接头，以保证可靠性。
将机箱的接地端子连接到观测站地线上。
DAU2000安装如图5.1.1.5所示。
图5.1.1.5DAU2000安装图
5.1.2自动化监测仪器及其说明
5.1.2.1静力水准仪测量原理
该方法及所选用的仪器依据连通管原理的方法，用电容传感器，测量每个测点容器内液面的相对变化，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉陷量。
本工程中用于津京城际铁路和京沪高铁的路肩沉降监测。
由图5.1.2.1所示，仪器由主体容器、连通管、电容传感器等部分组成。
当仪器主体安装墩发生高程变化时，主体容体相对于位置产生液面变化，引起装有中间极的浮子与固定在容器顶的一组电容极板间的相对位置发生变化，通过测量装置测出电容比的变化即可计算得测点的相对沉陷。
本工程中，由于应根据现场路肩的实际情况，进行测点的布置。
初步勘查证实：
现场为土质路肩，在静力水准仪基座埋设时，应采用开挖的方式，事先预埋混凝土墩，并在混凝土墩上设置螺栓锚固件。
待预埋混凝土墩稳固后，安装静力水准仪。
5.1.2.2主要技术指标
（1）测量范围：
25mm；
50mm
（2）最小分辨率：
0.01mm
（3）测点误差：
＜0.5％F·
S
（4）使用环境条温度：
-20~70˚C
图5.1.2.2测量原理示意图
如图5.1.2.2所示，设共布设有n个测点，1号点为相对基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参考高程面▽H0间的距离则为：
Y01、Y02……Y0i…Yon（i为测点代号I=0，1……n）；
各测点安装高程与液面间的距离则为h01、h02、h0i…hon则有：
Y01＋h01＝Y02＋h02＝…Y0i＋h0i＝…Yon＋hon。
。
（1）
当发生不均匀沉陷后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面▽H0的变化量为：
Δhj1、Δhj2…Δhji…Δhjn（j为测次代号，j=1，2，3……）；
各测点容器内液面相对于安装高程的距离为hj1、hj2、…、hji、…、hjn。
由图可得：
（Y01＋Δhj1）+hj1＝（Y02＋Δhj2）＋hj2
＝（Y0i＋Δhji）＋hji
＝（Y0n＋Δhjn）＋hjn。
（2）
则j次测量i点相对于基准点1的相对沉陷量Hi1
Hi1＝Δhji－Δhj1。
（3）
由
（2）式可得：
Δhj1－Δhji＝（Y0i＋hji）－（Y01＋hj1）
＝（Y0i-Y01）＋（hji-hj1）。
（4）
由
（1）式可得：
（Y0i－Y01）＝－（hoi＋h01）。
（5）
将（5）式代入（4）得：
Hi1＝（hji－hj1）－（hoi－h01）。
（6）
即只要用电容传感器测得任意时刻各测点容器内液面相对于该点安装高程的距离hji（含hj1及首次的h0i），则可求得该时刻各点相对于基准点1的相对高程差。
如把任意点g（1，2…i，n）做为相对基准点，将f测次做为参考测次，则按（6）式同样可求出任意测点相对g测点（以f测次为基准值）的相对高程差Hij：
Hig＝（hij－hig）－（hfj－hfg）。
（7）
5.1.2.3仪器的安装、调试
仪器的安装尺寸如图5.1.2.3-1，图5.1.2.3-2所示，按要求在测点预埋Æ
180三个均布的M8´
40（伸出长度）螺杆。
（1）检查各测墩顶面水平及高程是否符合设计要。
（2）检查测墩予埋钢板及三根安装仪器螺杆是否符合设计要求。
（3）检查相邻测点的高程是否大于250mm，如果超过此数值限制，应增设转点，保证观测系统的正常工作。
（4）予先用水和蒸馏水冲洗仪器主体容器及塑料连通管。
（5）将仪器主体安装在测墩钢板上，用水准器在主体顶盖表面垂直交替放置，调节螺杆螺丝使仪器表面水平及高程满足要求。
（6）将仪器及连通管系统联接好，从未端仪器徐徐注入SG溶液，排除管中所有气泡。
连通管需有槽架保护。
（7）将浮子放于主体容器内。
（8）将装有电容传感器的顶盖板装在主体容器上。
仪器及静力水准管路安装完毕后，用专用的3芯屏蔽电缆与电容传感器焊接，并进行绝缘处理。
3芯屏蔽电缆的红芯接测量模块的信号接线端口，白、黄芯接激励（桥压）接线端口。
当容器液位上升时，电容比测值应变小，否则将白、黄芯接线位置互换。
结构沉降监测测点埋设示意图（结构缝错动监测）
图5.1.2.3-1国铁路肩静力水准安装示意图
图5.1.2.3-2国铁路肩静力水准管路安装示意图
5.1.2.2RW型电容式位移计
5.1.2.2.1原理及结构
本工程中用于走行轨水平距离的偏差监测，走行轨水平距离的偏差监测适应此位移测量的传感器种类很多，有线电位计式、角电位计式、振弦式、差动变压器及电容感应式等，与其它类型相比RW型电容感应式变位计有结构简单，长期稳定性好，温度影响小，测量精度高。
安装照片见图5.1.2.2.1-1。
图5.1.2.2.1-1轨道轨距监测测点安装照片
5.1.2.2.2主要技术指标
（1）测量范围：
10mm
5.1.2.2.3仪器的安装、调试
走行轨水平距离的偏差及结构缝的胀缩监测如图所示，在两轨之间安装测距仪即可。
见图5.1.2.2.3-1轨道轨距监测测点安装示意图。
图5.1.2.2.3-1轨道轨距监测测点安装示意图
安装完毕后按设置的通道接入DAU2000数据采集单元中即可实现自动测量。
埋设测点后，在枕木上安装弹性压条，保证在列车在运行过程中，位移测干不会滑落，导致行车安全。
5.1.2.3梁式倾斜仪
5.1.2.3.1原理及结构
本工程中用于走行轨的差异沉降监测，梁式倾斜国内外主要采用了振弦式和电解液式两种方式，振弦式测斜仪因不适应地铁震动环境故无法采用，电解液式固定式测斜仪其原理是通过测量测斜仪中位于两球形面间电解液的导电电阻测出倾角变化，属交流采样，本工程采用南瑞大坝公司的仪器。
安装示例照片见图5.1.2.3.1-1轨道轨距监测测点安装示意图。
我们在混凝土枕木上设置膨胀螺栓固定测点，并在轨距测杆上安装防脱落的锚件，保证监测过程中测试器件不脱落。
图5.1.2.3.1-1轨道轨距监测测点安装示意图
5.1.2.3.2主要技术指标
原理：
电解液式
量程：
3°
；
分辨率：
≤0.0006°
精度（线性）：
≤2%fs
重复性：
≤0.001°
图5.1.2.3.2-1电解液式传感器
5.1.2.3.3仪器的安装、调试
走行轨结构左右水平高低变化监测如图所示，在轨道的混凝土轨枕上用膨胀螺丝固定测斜梁，调节初始位置，将电解液式梁式倾斜仪安装递梁上。
基本步骤如下：
检验仪器是否完好、测量是否准确；
按仪器安装要求做好安装底梁，并使安装底座基本保持水平；
按照仪器说明书进行安装和接线调试。
图5.1.2.3.3-1梁式倾斜仪安装图
5.1.3人工静态监测
5.1.3.1巡视
目视巡视通过目测观察等手段，可以全面的对结构是否有异常进行察看，具有直观、快捷、定性准确的特点。
每次现场量测之前，均进行目测。
目测具体内容有：
a对运营线路结构及道床进行巡视，是否有道砟不实，且有继续发展的现象。
b道床周围有无积水，道床下面有无翻浆冒泥现象。
c列车通过时运行是否平稳。
观察到的异常现象中，严重的应立即向有关方通报，可疑的应结合现场监测数据分析，分析结果写进日报或周报。
5.1.3.2道床路肩（轨道）竖向变形及差异变形
道床路肩竖向变形及差异变形使用精密水准测量的方法。
监测控制网观测按国家一等水准测量的技术要求，布设附合水准路线进行观测，附合差≤0.3
mm，每站高差中误差≤±
0.15mm，相邻基准点高差中误差≤±
0.5mm。
观测点的观测按国家二等水准测量技术要求进行观测，以监测控制网点为起算，布设成附合或闭合路线，环线闭合差≤0.6
0.3mm，视线高不得低于0.3m。
5.1.3.3施工竖井周围土体竖向变形
施工竖井周围土体竖向变形采用
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