盾构下穿铁路信息化监测方案.docx

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盾构下穿铁路信息化监测方案

盾构下穿东北环铁路防护工程

电力隧道工程

信息化监测方案

xxxxxxxxxx公司

第一章工程项目概况

工程概况

盾构工程总体概况

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx。

隧道需在北苑东路铁路桥东侧下穿东北环线铁路，该段隧道采用盾构施工，盾构内径为3.5m。

盾构下穿东北环线情况

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

盾构下穿东北环线路基注浆加固概况

按照铁路专业设计院的设计要求，路基注浆范围为盾构隧道中心线两侧各15m，全长30m，宽度为线路中心以外各5m。

并结合线路运输安全的特征合理布置注浆孔，调整注浆角度，制定科学合理的注浆方法，保证铁路的运行的安全及注浆的效果。

根据设计要求和现场实际调查，结合线路加固影响范围最终确定注浆面积为300平方米。

根据铁路在任何情况下都不能影响运输安全的特性，此次注浆将采用移动泵站系统、1m短管拼接手持机具快速打入、快捷连接管路的注浆方法进行施工。

根据铁路专业设计院的设计要求，本次路基注浆加固要求为：

1）地层沉降超过5mm的路基以下2~5米范围内注浆，为穿越前路基注浆加固；

2）地层沉降大于15mm的地段，对路基面5m以下采用袖阀管注浆深孔注浆。

现场踏勘

根据施工位置，对施工点进行现场踏勘，具体情况如下。

共有两股铁路，含有2个接触网塔杆。

第二章监测工作的目的、原则及依据

监测工作的目的

由于岩土体成分和结构的不均匀性、各向异性及不连续性决定了岩土体力学性质的复杂性，加上自然环境因素等的影响，理论预测值还不能全面而准确地反映工程的各种变化。

在盾构穿越施工阶段，由于施工过程将引起地层损失，导致对施工周边环境产生影响，会使地下土压力产生变化，地下土体的应力场平衡受到破坏，引起土体的位移和隆沉，从而会对地面的建筑物、构筑物、地下管线等物体的稳定产生影响。

在施工阶段，为了确保盾构穿越上方建筑的完整性、将施工对周围环境的影响在可控制范围内，必须要通过动态监测的手段，掌握施工区域周边环境的影响，在监测过程中，当变形总量达到报警值时，立即通知施工方以便采取技术措施，控制变形量的发展，确保施工过程中的的安全。

所以，在理论分析指导下有计划地进行现场工程监测十分必要。

通过以上分析，监控的目的可归纳为如下几点：

1）及时发现不稳定因素

由于土体成分的不均匀性、各项异性及不连续性决定了土体力学的复杂性，加上自然环境因素的不可控影响，必须借助监测手段进行必要的补充，以便及时获取相关信息，确保铁路运营安全。

2）验证设计、指导施工

通过监测可以了解结构内部及周边土体的实际变形，用于验证设计与实际符合程度，并根据变形情况为施工提供有价值的指导性意见。

3）保障业主及相关社会利益

通过对监测数据的分析，在理论分析指导下有计划地进行现场施工工作，对于保证安全、减少不必要的损失，起着重要作用，同时也有利于保障业主利益及相关社会利益。

4）分析区域性施工特征

通过对周边环境监测数据的收集、整理和综合分析，了解各监测对象的实际变形情况及施工对周边环境影响程度，分析区域性施工特征，为类似工程累积宝贵经验。

监测工作的原则

1）服从建设单位、总体设计单位以及铁路相关部门对本工程的工作安排和质量要求；

2）根据本工程周边环境特点，在广泛收集各类资料，现场调查踏勘和分析资料的基础上，采用与现场施工设计相结合的方法，投入先进的仪器设备，采用有效的监测手段，以最短的时间和最少的工作量达到信息化监测的目的；

3）监测点的布设根据不同的监测对象合理布设，以满足工程设计、施工和铁路安全需要；

4）监测信息及时反馈工程各方，同时在日常的施工过程中加强对各项监测数据综合分析，找出产生原因并建议相应的对策，优化施工，切实达到信息化施工的目的。

监测工作的依据

1）《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）

2）《铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB10413-2003）

3）《铁路线路修理规则》（铁运〔2006〕146号）

4）国家标准《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；

5）国家标准《工程测量规范》GB50026-2007；

6）国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009

7）国家标准《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006

8）设计、业主及铁路部门相关要求

9）通过审批后的本方案

第三章监测范围及内容

监测范围

根据工程监测技术要求和现场施工具体情况，本监测方案按以下要求进行：

1）沿盾构穿越管线铺设方向，管线中心左右一倍覆土深度的范围内的地表；

2）在上述平面范围内的地面铁路设备设施。

监测内容

根据设计文件及铁路相关维护、维修的要求，本次监测设置如下内容：

1）地表沉降监测；

2）轨面沉降监测；

3）地层位移监测；

4）其他地面建筑物监测；

5）接触网杆沉降倾斜监测。

第四章监测控制网的建立

控制点的设置

控制网是监测工作的基准，要想保证监测精度，提高监测效率，首先得做好控制网工作。

控制网的工作包括两个方面，一是控制点布设工作，另一方面是控制点测量及校核工作。

控制点的位置选择既要考虑到便于观测，又要考虑它的稳定性。

根据本工程的特点，此次工程中包含水准控制网和平面控制网。

考虑到监测工作精度要求高，为减小控制网的误差，本次高程控制网和平面控制网均采用独立控制网。

拟布设3个高程基准点，控制点位置均在拉管施工影响范围外，具体地点待进场作业后根据现场情况确定。

控制点的编号为BM1、BM2、BM13。

平面控制网，拟布设4个平面控制点。

控制点位置均在拉管施工影响范围外，具体地点待进场作业后根据现场情况确定。

控制点的编号为P1、P2、P3和P4。

控制点的联测

高程控制测量选用Trimble，其标称精度为0.3mm/km。

图TrimbleDiNi水准仪

高程控制的测量方法是假设一个控制点高程为50.000米，形成一条闭合水准路线，高程控制测量的技术要求指标以国标规范为准。

测量过程执行以下表和表技术要求。

表水准测量的技术要求

等级

每千米高差全中误差（mm）

路线

长度（km）

水准仪型号

水准尺

观测次数

往返较差、附和或环线闭合差

与已知点联测

附和或环线

平地（mm）

山地（mm）

二等

2

---

DS1

因瓦

往返各一次

往返各一次

4√L

---

三等

6

≤50

DS1

因瓦

往返各一次

往一次

12√L

4√n

DS3

双面

往返各一次

表水准观测的技术要求

等级

水准仪型号

视线

长度

（m）

前后视的距离较差（m）

前后视的距离较差积累（m）

视线离地面最低高度

基辅分划读数较差（mm）

基辅分划所测高差较差（mm）

二等

DS1

50

1

3

三等

DS1

100

3

6

DS3

75

平面控制测量选用LeciaTCRA1201，其标称测距精度为1+，测角精度为1″。

图LeciaTCRA1201全站仪

平面控制的测量方法是假设其中2个点为已知点，根据所测得距离确定其平面坐标，然后向其他控制点进行边角引测，形成一个闭合的平面控制网。

测量过程执行以下技术要求。

表四等导线测量的技术要求

每边测距中误差（mm）

测距相对中误差

测角中误差（）

水平角测回数

边长测回数

方位角闭合差（）

全长相对闭合差

相邻点的相对点位中误差（mm）

±4

1/60000

±

4

往返测距各3测回

±5√n

1/35000

±8

表水平角方向观测法的技术要求

等级

仪器精度等级

测微器两次重合读数之差（）

半侧回归零差（）

一测回内2C互差（）

同一方向值各回较差（）

四等

及以上

1级仪器

1

6

9

6

2级仪器

3

8

13

9

一级

及以下

2级仪器

---

12

18

12

6级仪器

---

18

---

24

控制点的校核

由于本次项目中的控制点均为新布设的，故对其稳定性需要定期的校核，考虑到本项目的周期短，对监测数据精度要求高的特点，故对于高程控制点的测量拟在每次测量过程中采用附合线路，比便直接检查控制点之间的关系。

针对性的校核拟每2天1次，根据每次监测的附合数据确定校核次数。

检测时平面基准点按照城市二等导线规范观测的技术要求进行测量，高程基准点按国家二等水准规范观测的技术要求进行往返观测。

对于平面控制点的检核，与高程控制点的校核相同，采用定期和非定期的校核方式。

定期的拟每2天1次，非定期的为每次测量时对其他控制点进行校核性测量。

检测时按照表和表中的要求进行。

第五章监测点的布设及测量

人工沉降监测点的布设及测量

5.1.1人工沉降监测点的布设

此次人工沉降监测点根据监测对象可以分为轨道沉降监测点，接触网塔沉降监测点以及箱涵沉降观测点。

根据不同的监测对象，其监测点的布设方法亦不相同。

轨道沉降监测点拟布设在对应轨道枕木端头，在端头安装棱镜，用强力胶片贴于轨道枕木头。

既不影响行车，又便于监测。

图轨道监测点布设示意图

接触网塔沉降监测点的布设方法：

根据铁路部门相关要求不允许在上面进行打孔布设，接触网塔的沉降监测点，采用强力胶水贴贴片，制作出突出部位，设为沉降监测点。

铁路路基沉降监测点布设：

在对应测点位置将石咋清除，用洛阳铲掏挖直径15cm深50cm孔，埋设PE护筒，将沉降点布设在原状土上，然后用石咋将护筒四周回填。

5.1.2测量方法及数据处理

用人工监测的方法了解施工过程中地表沉降和轨道、建筑物等风险源的变形状况，指导正常施工。

测量方法：

沉降监测采用采用独立高程系统，每次观测宜形成闭合或附合观测路线，同时工作中按国家二等水准测量各限差要求进行测量，并符合国家二等水准的各项精度要求。

监测点的测量：

沉降测量采用精密水准仪，按国家二等水准要求观测。

观测时采用水准闭合测量（对非闭合线路上的测点，从闭合线路引测必须控制在2站以内），测量监测点的高程，计算本次变量和累计变量。

在该项目中，沉降监测采用二等水准测量方法，进行闭合路线或往返观测。

作业要求如下：

1、水准每站观测高程中误差M0为0.3mm，水准附合路线，其附合差Fw为±0.3mm（N为测站数）；

2、初始值测量必须观测三次取平均值；

3、每天工作开始前检查标尺水泡、仪器气泡，发现异常应停止工作检查仪器，改正合格后方可施工；

4、每次观测前应检查水准仪i角,保证其不大于15″,否则应先校正到限差范围内，定期对仪器i角进行检查；

5、测站的设置视线长度不得大于50米，前后转站点视距差不得大于1米,路线转站点视距差累计值不大于3米；每次观测过程中尽量做到固定人员、固定仪器、固定测站、固定路线，以尽量减小人工和系统误差。

沉降监测内业计算方法：

考虑到沉降监测对数据准确性的要求，对于闭合差需要进行配赋。

一个测站的计算和检核：

h中=（h基+h辅/2，h后减前=h后-h前

闭合差的计算：

以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基准，测算出各监测点标高。

同一测点相邻两次标高差即为本次该测点沉降量，第一次沉降量累加至当次本次沉降量即为该测点累计沉降量。

计算公式如下：

dhi=hi-hi-1

Dh=（dh1+dh2+…+dhi）

式中dhi——本次沉降量

hi——本次标高

hi-1——上次标高

Dh——本次累计沉降量

人工水准测量是进行人工沉降监测的主要手段。

通过建立水准测量监测网，参照Ⅱ等水准测量规范要求用精密水准仪引测各点高程。

历次沉降变形监测是通过高程基准点间联测一条闭合或附合水准线路，由线路的工作点来测量各监测点的高程。

可以计算出某次测量值相对初始测量值的变形量。

人工水准测量的精度主要确定于相关误差控制：

仪器误差和人工照准误差等。

考虑到本工程的实际情况，由于测量时间短，而每次测点数多，为有效控制误差，减少出错几率，提高测量精度及效率，水准测量用天宝电子水准仪配合精密铟钢水准尺，其标称精度为：

0.3mm。

人工倾斜监测点的布设及测量

5.2.1人工倾斜监测点的布设

根据设计文件的要求，对于接触网杆的监测，除需要了解其沉降情况外，还需要对其倾斜情况进行监测。

此次的接触网杆倾斜拟采用人工方式进行监测。

考虑到接触网杆不能打孔，故拟采用粘贴棱镜的方式进行布设。

具体布设步骤如下：

（1）将要布设测点位置清洗干净；

（2）将棱镜通过强力胶水粘贴在对应外置（底部一个，顶部一个；南北方向一组，东西方向一组）；

（3）在贴棱镜位置的附近贴上标签纸，标签纸上事先写好监测点号。

5.2.2人工倾斜监测点测量及数据处理

接触网杆倾斜监测拟采用全站仪进行测量，采用测量水平角和垂直角的方法进行监测，具体方法如下。

在离建筑物一定距离（通常为倍建筑物高度）且稳定的区域架设全站仪（全站仪视线宜平行与房屋待检测面），依次观测上下标志的水平角和垂直角，即可求出房屋倾斜量和倾斜方向。

根据建筑物的设计，上标志A点与下标志B点位于同一竖直线上，当建筑物发生倾斜时，则A点对B点移动了某一数值a，则该建筑物的倾斜为

因此，为了确定建筑物的倾斜，必须量出a和h的数值，其中h的数值可由观测垂直角和平距求得；对于a值而言，可用全站仪仪观测上下标志的水平角，通过计算其所夹小角和仪器至观测标志的水平距离，即可确定。

推导公式如下：

i=tga=

=

上式中，i为倾斜率，表示为‰；A为上下标志水平夹角；B为上下标志垂直夹角。

实际计算时，根据上下标志的投影位置关系，可以决定建（构）筑物倾斜的方向。

监测点统计

1、各种监测点统计一览表

序号

名称

数量

单位

备注

1

轨面监测点

12

个

布设在枕木位置

2

地面沉降监测点

60

个

每排12个点，共计5排

3

接触网杆基础沉降监测点

4

个

4

接触网杆倾斜监测点

2

个

每组2个

2、监测周期

根据施工方案，管线穿越施工工期15天，按照施工前一周开始监测至施工完成后各项监测指标正常或沉降速率满足规范要求。

预计监测周期为60天（次）。

第六章监测技术要求

技术要求

（1）本工程应加强信息化施工，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。

（2）监测仪器的选型，要考虑最大可能需要的量程并根据基础施工期内使用的性质选用满足安全监测要求、合适的仪器。

（3）测点安装埋设前要进行检验和率定，绘制监测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。

（4）所有监测点安装埋设完成后，及时绘制监测点位置图，并加强对现场测点保护，以防监测点被破坏。

（5）监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。

监测数据未达到报警值期间，根据施工节点向建设单位、北京铁路局相关部门提交书面监测结果（包括每天的监测数据），监测材料上应注明对应的施工工况及平面分布图等施工信息，便于相关各方分析监测结果所反映的情况。

（6）监测数据如达到或超过报警值应及时通报有关各方，以期尽快采取有效措施保证本工程顺利进展。

监测精度

在监测工作中，监测精度应满足以下要求：

（1）沉降监测误差≤0.5mm；

（2）倾斜监测误差≤‰；

监测频率

根据施工过程，结合设计及相关规范要求，制定本次监测的监测频率。

具体如下：

1）在施工影响前，取得各项风险源初始值（至少2次）；

2）在施工期间至施工完成，2次/天；

3）施工完成后15天以内每天一次数据采集，15天以后每两天采集一次数据。

4）由于监测点分布在铁路范围内，测区为铁路局给点施工区域，故在施工结束消点后，根据数据情况可申请停测。

参考控制值

表监测参考控制值一览表

序号

监测项目

速率控制值（mm/d）

累计控制值（mm）

备注

1

路基沉降值

±2

-10、+5

2

轨道沉降值

±2

4

3

接触网塔沉降值

±2

10

4

接触网杆倾斜值

1‰

未有报警值的选项经业主、监理确定后补充，报警值经各业主、设计、监理和铁路相关部门共同确认后由我单位执行。

第七章施工组织

组织机构

由于项目的重要性，我公司拟建立专门的监测项目部，专人管理专人负责。

项目经理负责监测项目的协调工作，项目总工负责监测项目的技术及管理工作，监测小组组长由技术负责人担任，选派有专业资格及经验丰富的测量人员组成监测组。

仪器设备

表本项目使用仪器一览表

仪器名称

仪器型号

数量

精度

应用范围

全站仪

Leica-TCRA1201

3台

±1″；±1＋

自动化监测及倾斜监测

水准仪

Trimble

2台

每公里往返偏差±0.3mm

沉降监测

电脑

2台

自动化及数据处理

打印机

1台

报表及报告打印

工作计划

由于本项目的复杂性，在收集拉管施工开始和结束的工期，结合拉管施工周期安排本项目监测工作，本项目计划监测工作如下：

1）在施工前，完成各项监测点的布设工作；

2）整个施工过程中，进行日常监测工作和监测点保护工作等。

拟提交成果

（1）测点布设完成后提交测点布置图。

（2）野外电子手簿每次均打印由相关操作人员签字归档。

（3）监测资料以纸质报表形式或电子文档形式提交。

（4）每次监测报表包括测点本次变化量、累计变化量，相关的施工工况及现场地面状况的描述。

（5）每次监测数据保证在测量完毕后三小时内上报。

全部工程结束后一个月内提交总结报告。

第八章质量保证措施

监测是施工的眼睛，为信息化施工提供准确的数据。

为保证真实、及时、准确地做好监测数据预报工作，监测人员首先要对工作环境、工作内容做到心中有数，这样才能主动、积极、有的放矢地做好工作。

建立完善的质量管理体系：

项目配备有经验、有专业技能的组织管理者，做到快速、准确、及时提供监测信息。

有效的工作程序：

建立规范的工作程序，从现场数据的采集、工况信息收集、数据综合分析、到形成成果报告。

畅通的信息交流渠道：

监测信息的准确获得只是工作的一个部分，还必须将获得的重要监测信息及时传递到相关单位（管理机构），以便综合分析，为快速决策提供有效的依据。

主要是与相关单位建立一一对应的信息互递，与工程技术管理人员能及时进行沟通。

指定专人负责，做到资料交接清楚。

技术保障：

监测方案需经有关单位进行评审，评审通过才可执行。

监测过程中，从测点埋设、原始数据采集、数据处理、成果提交等所有过程严格执行本公司《监测工作操作程序》，严格遵守国家及上海市的各项技术规程、规范。

仪器保障：

现场监测仪器设备完全满足工程监测精度要求，并经国家法定计量部门检定。

现场监测人员持证上岗。

进场开展监测工作前，对项目部所有成员进行技术交底。

监测报表提交前，需经现场监测人员自检，项目负责人复检，检核无误方可提交。

项目部每周进行一次质量自检，公司每旬进行一次质量抽检。

第九章安全管理及应急预案

安全管理

9.1.1人员安全

为保证在施工期间监测工作人员的安全。

在工作人员进场前须有安全员进行现场安全交底工作，并作安全交底纪录。

在工作人员进入工作区进行监测工作时，必须穿统一标识的工作服，并穿反光背心。

在进入施工区域工作时必须配到安全帽。

服从铁路监护的指挥。

9.1.2测点保护

为保证观测数据的连续性，监测点的保护至关重要。

同时为保证施工的正常进行，监测点的保护工作更加重要。

为此，采取以下措施：

（1）深层沉降点埋设时，必须加铸铁保护盖。

铸铁保护盖与地面齐平，并与地面牢固连接。

（2）各类沉降监测点均在其附近做好明显的标识，联合业主、施工单位及铁路相关部门共同保护监测点工作。

9.1.3环境保护

监测点埋设时，每次进场前统计机具，并作记录。

出场前清理、统计核对机具，做到不遗留工具在现场；

（1）监测点埋设时，出场前保证将施工垃圾带出，并清扫现场；

（2）人工监测时，不随意乱丢纸屑和垃圾，将垃圾放在指定位置。

应急预案

9.2.1应急组织

项目部成立应急领导小组，由项目经理任组长，小组成员由项目部各部门负责人参加，各部门选择有责任心的人参加应急小组。

提前对可能出现的险情制定应急方案，预备应急物资，并事先和铁路部门级业主建立有效的联系，一旦出现险情，应急小组人员立即就位，各负其责，立即组织实施应急方案，排除险情。

9.2.2铁路运营和变形监测的互相影响

（1）监测工作及监测点安装工作必须掌握铁路运营的规律，制定适宜的监测程序和施工组织设计。

（2）使用的全部监测设施设备不能影响铁路运营的正常进行。

项目部所选用的监测仪器设备，其发射的激光、脉冲和无线通讯信号均不对铁路设施设备（含信号）的正常使用产生任何影响。

（3）监测工作不得干扰行车的正常进行。

尤其是人工监测人员须精心组织施工，在注意安全施工的前提下，不得对列车正常行进产生任何影响。

9.2.3应急预案流程

（1）若发现监测值出现报警值，或者巡视检查时发现有异常地面形变，应立即进行复查和巡查，以确定变形确实发生。

（2）第一时间报告给铁路相关部门，并给出监测项目部处理意见。

（3）铁路部门进行初步评估，并启动应急预案指令。

（4）应急小组立即开展应急预案：

确定险情部位，加密监测频率；及时上报监测数据，重点是预测未来24小时内变形可能趋势；部分变形明显区域可考虑实时监测，提供即时监测数据；根据监测数据给施工单位提出可行的应对措施；施工单位的应急预案实施过程中，根据形变数据密切注意应对措施的实施效果，提出修正建议。

（5）若现场抢险条件不充足，可请求外援，及时投入施工。

（6）达到形变数据稳定停测标准，可结束应急处理，消警，宣布解除应急预案。

总结抢险工作，修正应急预案的不足，向相关部门进行书面汇报。

应急预案流程图

9.2.4应急物资和设备和人员

（1）备用两台全站仪，一套光学水准仪（其精度指标与常规监测时使用仪器一致），供在用仪器出现异常或抢险时使用。

（2）配备项目巡视工程师（由项目副经理兼任）。

（3）电源、电线、开关、插座、水源、运输设备等相应配齐备。

（4）其它配置按常规及设备自身需要。

要求：

材料准备齐备并集中堆放，经常检查，如发现不足，立即补充，确保材料供应及时；设备及相关管路、电路等应定期检查，确保设备运转正常。

9.2.5注意事项

（1）保证项目部人员24小时值守现场，并经常巡视、保护监测点，以保证监测点的正常使用并能及时发现监测点的异常损坏并及时恢复被损坏之监测点。

（2）对以电脑处理的监测资料做合理的备份保护，以避免由于电脑故障而对监测工作造成的影响。

（3）对日常使用的监测仪器应定期或不定期进行校核，确保采集的数据真实、可靠，同时应有备用监测仪器，当现场仪器出现故障或损坏时能及时调换，保证监测工作的正常进行。

（5）在监测过程中，如监测点超出报警界限值或有突变情况发生，现场监测人员应重复测量，检查确认监测数据的准确性，严格、及时按设计规定的报警值及时报警。

（6）对重点变化（报警）监测项目必要时定期提供变化曲线图，并附带相应的施工工况说明提供给相关单位分析，便于判明真正原因，及时采取技术措