飞凤街地下主通道监控量测方案设计.docx

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飞凤街地下主通道监控量测方案设计

一、课题设计与分工要求

（一）设计课题

1、课题二：

飞凤街地下主通道监控量测方案设计

（二）课题分工与要求

1、课题二：

由学号尾数为双号同学完成。

2、要求：

各班学习委员（或班长）负责对本班同学按学号划分课题，并将课题的分工名单在完成设计任务后一起上交指导教师。

二、目的和要求

1、掌握常见地下隧道施工监控量测方案制定和实施，了解并掌握地下工程监控量测流程；

2、综合运用地下工程设计原理、工程力学、工程施工管理等基本知识、理论和方法，正确地依据和使用现行技术规范，并能科学地搜集与查阅资料（特别希望各位同学能够充分利用好图书馆和网络资源）；

3、掌握隧道工程监控内容和目的；掌握测试点布置、测试仪器和测试方法；掌握监测频率；掌握监测控制标准；

4、了解监测数据分析及处理；

5、要求同学们以课题为核心，即要求团结协作，培养和发扬团队精神，又要求养成独立自主，勤奋学习，培养良好的自学能力和正确的学习态度。

三、应完成的设计工作量

（一）计算书一份

1、设计资料：

任务书和必要附图；

2、监控量测目的和意义；

3、监控量测内容（其中包括必测项目和选测项目）；

4、测试的方法和测试工具；

5、监测断面和监测点的布置；

6、监测频率的确定；

7、各个监测项目的监测控制标准；

8、监测数据分析及处理方法以及监控量测管理。

（二）绘制监控量测方案图

1、监测断面布置图；

2、各个监测项目监测点布置图；

3、必要的文字说明。

四、设计时间：

一周

五、主要参考资料

1．《城市地下工程施工监测与信息反馈技术》，刘招伟主编，科学出版社；

2．《地下工程浅埋暗挖通论》，王梦恕，安徽教育出版社社；

3．《地下工程施工与管理》，杨其新主编，西南交通大学出版社；

4．《地下建筑结构》，朱合华主编，中国建筑工业出版社；

5．《隧道工程设计要点集》，关宝树，人民交通出版社；

6.《岩土工程》，汤康敏主编，武汉理工大学出版社；

7．《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）；

8．各种隧道设计标准图集。

六、设计资料

题目2：

某地下人行通道在道路两侧及路中BRT站台处分别设置出入口。

通道主体断面形式为拱顶直墙，开挖跨度为6.54米，开挖高度5.1米，通道长约52米。

结构覆土厚度约为4米。

此通道所处位置地貌单元属南淝河一级阶地，上部第四系覆盖层厚度约19.0m，根据探测报告显示上部覆土1.6～5m为杂填土，结构顶局部含有淤泥质填土，对施工不利，。

结构底部位于粉质粘土中，与下层粉细砂联通，底板以下粉土夹粉细砂中赋存承压水，承压水头3m。

所处位置及断面设计如图3和图4所示。

图3地下通道平面图

图4地下通道断面设计图

1引言

根据铁路隧道施工技术规范和城市地铁施工与验收规范6的规定和设计要求,需要将现场监控量测项目列入施工组织设计,掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈,以指导地下通道设计和施工,因此,实施监控量测具有十分重要的意义。

2工程概况

某地下人行通道在道路两侧及路中BRT站台处分别设置出入口。

通道主体断面形式为拱顶直墙，开挖跨度为6.54米，开挖高度5.1米，通道长约52米。

结构覆土厚度约为4米。

3监控量测目的和意义

（1）掌握地下工程施工过程中周围地层、支护结构、地下管线和周边建筑物的动态变化，明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节，预防工程破坏事故和环境事故的发生

（2）通过监测了解支护结构及周边建筑的变形及受力状况，并对其安全稳定性进行品价。

（3）将现场量测结果与预测值相比较，以判别前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步施工参数，从而指导现场施工，做到信息化施工。

（4）将量测结果用于优化设计，使设计达到优质安全、经济合理，另外还可将现场监测结果与理论预测值比较，用反分析法导出更接近实际的公式，用于指导其他工程的施工。

4监控量测内容及测点布置原则（必测项目和选测项目）

（1）监控量测内容;

类别

监测项目

监测仪器

测点布置

必测项目

开挖地层与支护结构状态

地质素描及拱架支护状态观察

每一次开挖

拱顶下沉

水准仪和水准尺

每10米一个断面

地表、地表建筑、地下管线及结构物沉降

水准仪和水准尺

每10米一个断面

支护周边净空收敛

收敛计

每10米一个断面、每个断面2个测点

选测项目

土体与支护结构间压力、初衬与二衬压力

土压力盒

选择代表性的地段设监测断面，每个断面7个测点

钢筋格栅拱架内力

钢筋计

选择代表性的地段设监测断面，每个断面5~10个测点

初期支护、二次支护内力及表面应力

混凝土应变计

选择代表性的地段设监测断面，每个断面10~15个测点

孔隙水压力

刚弦式孔隙水压力计

和拱顶下沉断面一致

（2）测点布置原则为：

观测点类型和数量的确定综合考虑工程地质条件、设计要求、施工特点等因素；

为验证设计数据而设的测点尽量布置在设计中的最不利位置和断面，如最大变形处、最大内力处，为及时反馈信息，考虑相同工况下的最先施工部位，以指导施工；

观测变形的测点（连续墙水平、垂直位移，建筑物位移等）考虑既能反映监测对象的变形特征，又能便于使用仪器进行观测，还要有利于测点的保护。

即全面监测、选择最危险断面集中设置多种测点、各种测试结果相互验证，既安全可靠又经济合理。

5地下洞室的变形监测

（1）拱顶下沉监测与底板上隆监测

因本工程属于浅埋的地下工程，冒顶坍塌可能是比较容易发生的破坏性态。

因此，应特别注意拱顶下沉的监测。

监测目的拱顶下沉和底板上隆监测值反映地下工程结构安全和稳定的极其重要的数据，是支护力学形态变化的最直接、最明显的反映。

测点的埋设拱顶沉降与底板上隆测点与地面的沉降测点在一个断面，方便与地面的沉降相对比，拱顶下沉的水准基点可布设在洞内和洞外，但要布设牢固，易于测量。

在施工的整个过程中都要保护测点不被破坏，使监测不间断。

数据的处理同一个测点，拱顶下沉计算式U=Ui-Ui-1，U为第i次的沉降值。

数据分析与地表沉降的分析一样，采用沉降历时分析。

监测的控制标准拱顶下沉总量不超过30毫米，上隆不超过20毫米。

（2）收敛量测

据探测报告，显示本地下工程上部覆土16-5米杂填土，结构顶局部含有淤泥质填土，底部位于粉质粘土中，与下层粉细砂联通，底板以下粉土夹粉细沙中赋存承压水，承压水头3米，土的侧压力和地板的压力对结构的影响显著，可能会导致结构的破坏出现裂隙，产生渗水，一旦渗水，由于承压水头达到三米，其后就很难再处理，即使处理也要耗费较大的人力物力。

监测目的工程开挖后，净空收敛也是反映支护结构安全和稳定的极其重要的数据，是支护力学形态变化的最直接、最明显的反映。

测点布设与拱顶下沉的布设点在同一个断面，同样要保护好收敛测点处的预埋件的完整，不会收到破坏，保持监测的连续性。

数据记录与处理每次读数是要进行三次读数在+0.05毫米之内。

净空变化值Un=Un-Ro,Un为第n次测量值，最后做出时间-位移及距离-位移的散点图，对监测断面的测线进行回归分析。

并根据监测结果判断支护结构的稳定性。

洞内收敛量测和拱顶下沉量测的测点应布置在同一断面内，测量断面的间距初定10米，其具体的间距应视具体情况设定，例如出现特殊的地段，刚刚开始监测时断面可以适当设小一点，当测的一些大体的数据后，可适当加大间距，当遇到特殊的地段，例如本地段中的淤泥质杂填土，对工程不利，应多加适当的监测断面，密切关注此地段的位移变化以及结构上应力的变化。

监测标准10毫米以下拱顶下沉，内敛值不超过20毫米；10-20毫米拱顶下沉，内敛值20-40毫米，就要加强监控了；拱顶下沉20-30毫米内敛达到40毫米，加强混凝土喷厚；30毫米以上的拱顶下沉，达60毫米收敛，加强监测，更改设计。

（3）地下工程周围地表的沉降监测

本通道地处长江中路与飞凤街交叉口，通道下穿长江中路，通道正上方为路面和BRT站台，路面周围有建筑物众多，属于人流高聚地。

设置基点在监测对象的沉降影响范围以外，寻找城市中的永久水准点，或工程施工时使用的临时水准点作为基点，基点要有足够的个数，并要能构成水准控制网，不可选那些在沉降影响范围内的基点，不可选取不能直接观察到监测对象的基点。

要求对基点进行定期的校核，防止出错。

沉降测点的埋设在地表钻孔，然后放入长20-30厘米，直径20-30毫米的园头刚筋，四周用水泥砂浆填实。

测量方法观测方法采用精密水准测量方法。

利用基点和附近水准点联测取得初始高程。

观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不能超过0.3毫米，不在水准路线上的观测点，一个测站不能超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。

首次观测时，对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0毫米，取平均值作为初始值。

沉降值计算在本工程段，长度并不太长，可以尽可能布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求的各点高程。

施工前2，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始工程H0，在施工过程中测出的工程为Hn.则高差△H=Hn-H0即为沉降值。

地表沉降分析对某一断面沉降采用沉降历时分析，做出地表沉降历时曲线。

对地下通道工程来说，地表沉降测点与洞内测点布置在同一断面，以便不同的观测数据相互印证，地表沉降测点沿隧道纵向的间距为10米。

地表沉降基准值根据有关经验和标准设定为30毫米，当达到累计沉降30毫米。

则要加强监控，甚至商讨设计的合理性。

（4）建筑物变形监测

建筑物变形监测项目包括沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测因本工程采用浅埋暗挖法施工，对周围的建筑物影响不可不考虑，为了确保建筑物的安全，应进行建筑物的相关监测。

建筑物沉降监测与地表沉降监测大体一致，只是选点在建筑我的主题承重的柱子或墙上。

另外注意选点要可见，基点要在沉降影响范围外。

建筑物水平位移监测的测点布置、观测方法与地表水平位移的观测大体一样。

可用沉降观测点作为水平位移测点。

建筑物的倾斜监测就是对建筑物的倾斜度，倾斜方向和倾斜速率进行测量。

远离在建筑物上找上下两个在一条垂线上的点，然后利用经纬仪观测这条线是否发生倾斜，发生倾斜的方向，速率。

建筑物的裂缝观测主要靠目测巡检，在巡检中发现建筑物出现裂缝，则就要加大观测力度了。

并标记裂缝的位置，大小。

当发现裂缝时，在裂缝出设置两个标志，一个在裂缝最宽处，一个在裂缝的末端，这样裂缝的继续开展和延伸可分别表示出来。

监测标准由于建筑物本身的性质，差异沉降与建筑物长度比不得超过1/600。

（5）地下管线的变形监测

由于通道地处城市主要交通要道，其周边和通道上方定有大量的地下管线，例如污水管、上水管线、电力管线、共同沟。

如果管线部位不均匀沉降发生的过大，则管线的接头部位后容易就发生了破坏。

管线资料：

管线的水平位置，埋深；材质与规格；接头的形式；管线的最大允许位移值，城市管理部门对于地下管线的沉降允许值。

地下管线监测方法有抱箍法、直接测量法。

但一般的管线变形不易测量，所以可以根据沉降观测区地表沉降值和管线与地下工程的相对位置、方位关系、管线材质，建立适当的函数关系，因为地表沉降值相对要好测一点，因此用此法可对管线的变形进行一种较为准确的测量。

注意事项在管线监测中，由于管线允许变形量较小，一般在10-30毫米，故应使用精度较高的仪器和检测法。

数据处理记录每一到两天的变形量，做出图表，当累计的变形量达到或接近允许值时，或变形速率突然变大，要加大监测频率，并及时向施工监测上级部门反映，采取措施，挽回不必要的损失。

监测控制值据经验和标准，定位（1-2）/1000rad垂直方向：

±20—－40毫米，污水管下沉：

20毫米

（6）土压力监测

监测目的监测挡土或支护结构在施工条件下和自然水位变动下的受状况，以便及时采取相应的措施，确保施工安全。

监测前的资料准备包括地下工程结构的平面图、剖面图、周围地层工程地质勘测报告、土压力的计算基本图式、支护的强度，安全系数，稳定系数等。

土压力盒的埋设位置本次工程监测采用双膜土压力计。

当测量侧面土压力时先将土压力计固定在土面上，再谨慎喷施混凝土层。

当测量底层的土压力时，先将土压力盒埋设在预制的混凝土块内，整平地表，然后将土压力盒放上，并将预制块浇筑在基底内。

监测注意事项土压力盒的量程要有足够的量程。

并要采用直径与厚度比较小的双膜土压力盒，在喷射混凝土时要细致，注意保护土压力盒的膜片不受损坏。

并且土压力盒的保护层必须是密实的。

6监测频度

各量测项目通常的观测频度为：

在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测1-2次；半个月到一个月内，或距掌子面推进到观测断面大于2倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月，每周测读1-2次；三个月后，每月测读1-3次。

但当出现例如沉降速率突然加大，或总沉降量达到最大允许沉降值后，就必须加大测读的频度，并应立即相上一级反映，以便采取措施，防止出现监测失误导致不可挽回的损失。

7数据处理方法

数据处理方法可以分为统计学方法和确定性方法两类。

统计法主要使用统计回归方法，灰色系统和模糊数学方法。

确定性方法主要是有限元，边界元，反分析法。

位移监测数据处理倾向与采用回归方法分析，包括沉降历时曲线、沉降历程曲线。

管线变形数据不易测的，可以利用反分析法先得出一个接近实际的函数关系，在反过来分析管线的变形，判断是否达到允许值。

（1）拱顶下沉和地表下沉、建筑物水平位移除了每次测量的记录还要整理成图表形式，包括沉降历时曲线，沉降速率曲线，有必要时剔除一些应人为因素造成的数值偏离较大的数值。

（2）建筑物的倾斜当建筑物发生倾斜时，记录倾斜的角度、方向、倾斜的速率，并以表格的形式表示出来，做出倾斜速率曲线。

（3）裂缝的数据处理当出现建筑物开裂现象，必须记下最大的裂缝宽度，并以第一次观察到的裂缝的尖灭处的相对地面的位置为初始位置，往后以此记录，密切注意裂缝的发展。

（4）收敛计的数据处理记录收敛计的读数，每次进行温度校正，计算收敛速率，做成收敛速率曲线形式。

（5）钢筋计和土压力计、孔隙水压力计的数据处理利用监测数据借助于电脑，自动做出压力、应力和时间对应的散点图。

（6）水位计数据处理记录水位高度，做出水位高度随日期变化的曲线图。

8监测仪器

主要监测仪器和型号

主要仪器或配件

仪器型号

个数或精度

水准仪和水准尺

苏光-DSZ2

±0.2mm/km

收敛计

TY-1型

±0.05ｍｍ

钢弦式频率接受仪

FS-1型

1个

孔隙水压力计

ＧＳＹ型

０.５／％F.S

土压力盒

GJM型

３５个

钢筋计

GJJ10型

55个

应变计

VCE-4250型

55个

9监控管理

本工程监测系统采用人工测试系统与自动化测试系统相结合，像地面沉降，拱顶下建筑物的变形均有专人进行监测、记录和处理数据，但钢筋拱架的应力，孔隙水压力，土压力计的数据记录由传感器导出，再经电脑系统的处理，简单快捷准确。

（1）监测中会用到很多种仪器，为了保证仪器的正常工作，由专人负责仪器的调试与保管，在监测中将仪器专仪专人的分配和监测，各自负责自己的仪器，保证出了问题能直接找到专人对此负责。

（2）监测中会用到很多的基点和测试点，这也由专人负责保护，免遭意外的损坏。

影响数据的连续测读。

（3）由于仪器在使用时难免会出现一些小问题，因此由专人进行调试，实际上可由负责使用此仪器的人进行调试和定期校检。

（4）量测设备、元器件等在使用前均应经过校检，合格后方可使用。

若有损坏，应及时进行修复并检校。

（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，室内两级复核后方可上报。

（7）量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。

（8）系统在使用前，在室内进行单项和连机的调试，和包括对传感器、仪调试。

最终在投入使用时在现场也要在安装完毕后进行调试。

（9）及时的测的数据及时处理，防止时间久了，忘记了某些细节，影响整个监测结果。

（10）在工程结束后和地层稳定前，必须有专人继续负责监测，直到地层稳定。

职责分工表

姓名

职务

主要职责

工程位置及四周环境

10结束语

本次地表沉降监测得到了较为系统的监测数据,其监测数据完整可靠。

在飞凤街隧道在施工过程中,当地表沉降变化出现不正常情况时,及时将监测信息反馈给施工方和监理方。

对施工方案进行合理变更后,监测数据的各项变化均逐步处于稳定状态。

因此,这次现场监测从方案设计到监测点布置和监测分析都是成功的,确保了隧道在施工过程中道路和各种管道的安全性,并为今后同类地下工程积累了大量的观测数据和经验。

11参考资料：

（1）中国知网;

（2）安徽建筑大学图书馆资料;

（3）XX文库;