地铁(既有线)地铁保护监测方案.doc

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沈阳地铁XXXXXXXXXXXXXX

地铁保护监测实施方案

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目录

1工程概况 1

1.1工程地理位置及概况 1

1.2本工程与地铁位置关系 1

1.3基坑施工计划 3

2工程地质及水文地质 3

2.1工程地质 3

2.2水文地质 4

3监测依据及标准 4

4监测目的及监控指标 5

4.1监测目的 5

4.2监测控制指标 5

4.3总体监测思路 6

5自动化监测方案设计及实施 7

5.1监测内容及工作量 7

5.2监测频率 8

5.3监测系统组成 8

5.4系统布设 9

5.4.1测站布设 9

5.4.2基准点布设 9

5.4.3监测点布设 10

5.5监测方法与精度 10

5.6自动化变形监测系统 13

5.6.1系统结构 13

5.6.2系统特点 14

5.6.3系统功能 15

6人工监测 17

6.1监测内容及工作量 17

6.1.1地铁2号线车站人工监测内容及断面布设 17

6.1.2既有地下变电所人工监测内容及断面布设 18

6.2监测频率 18

6.3人工监测点布设 18

6.4人工监测方法 19

6.4.1水平位移监测 19

6.4.2沉降监测 19

7工程进度措施及资源配置计划 20

7.1工程进度计划 20

7.2保证工程进度措施 20

7.3项目投入的主要人员 21

7.4项目投入监测设备及仪器 22

8监测成果及反馈 23

8.1监测成果 23

8.1.1监测成果日常报表的内容 23

4

8.1.2监测总报告的内容 23

8.1.3监测项目成果表格格式 24

8.1.4其它 24

8.2施工监测及预警流程图 25

8.2.1施工监测流程图 25

8.2.2监测预警流程图 26

9监测工作安全质量保证措施 27

9.1质量保证措施 27

9.2安全文明施工及环境保护 27

10其他事项及建议 28

4

1工程概况

1.1工程地理位置及概况

中铁七局集团有限公司承建沈阳地铁9号线奥体中心站位于沈阳市浑南新区三义街与营盘北街之间，下穿青年南大街，与地铁2号线青年大街站成T字形交叉，车站东端头井临近2号线青年大街站（如图1-1所示）。

拟建场地地形较为平坦，局部有起伏。

在建地铁车站施工部位为9号线奥体中心站东侧端头基坑，建筑面积约为1000平方米（地下3层车站，埋深约25.0米）。

2号线地下变电所概略位置

2号线奥体中心站概略位置

本工程概略位置

图1-1工程概略位置图

地铁2号线奥体中心站基坑深度约为18m。

基坑安全等级为一级，侧壁重要性系数取1.1，基坑的变形保护等级为一级。

9号线奥体中心站施工基坑围护结构采用旋挖桩（桩径1m～1.2m）支护结构。

紧邻地铁２#线西侧围护结构采用旋挖桩（桩径1.2m，间距1.5m）施工。

1.2本工程与地铁位置关系

根据目前工程设计图纸，本工程与地铁2号线位置关系大致如下：

本工程位于沈阳地铁2号线奥体中心站控制范围内，基坑临近2号线地铁一侧南北结构边线长度约24m，对地铁车站直接影响里程范围约为DK16+243～DK10+270，该段地铁2号线奥体中心站左右线设计线路均为直线段。

施工基坑东侧支护结构边线距离地铁2号线右线结构边线最近约2.65米，距离既有地下变电所结构外边线最近约5.79米，距离变电所电缆井约1.72m。

基坑与地铁2号线奥体中心站及既有地下变电所平面位置关系如图1-2所示。

本工程施工区位置

2号线地下变电所位置

2号线奥体中心站位置

图1-2本工程与地铁2号线线路及既有地下变电所平面位置关系图

施工基坑结构地下三层，开挖深度约24米，对应地铁2号线车站埋深约17米，区间结构外皮底部埋深约18米，2号线奥体中心站施工方法为明挖法，线路轨道设计坡度为自北向南2‰上坡，施工基坑与地铁车站位置剖面简图见图1-3；施工基坑与既有地下变电所位置剖面简图见图1-4。

图1-3施工基坑与地铁车站位置剖面关系图

图1-4施工基坑与既有地下变电所位置剖面关系图

1.3基坑施工计划

本基坑工程计划于2015年7月份开始施工，2015年10月份基坑封顶。

施工工期约4个月。

2工程地质及水文地质

2.1工程地质

根据本工程岩土工程勘察报告，场地内属全新统浑河新扇地貌单元，地势平坦开阔，地面标高一般在43m～44m之间。

根据地勘报告显示，地层共分为四个主要层次，分别为：

第四系全新统人工填筑层、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层、第四系全新统浑河新扇冲洪积层、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层。

各层主要物理力学参数推荐值见表1-1。

根据地质资料，标段内地层层序自上而下依次为：

1、第四系全新统人工填筑层（）

①．-1杂填土：

主要由粘性土、碎石及砂类土组成，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾，马路地段表层为沥青路面，沥青路面下碎石垫层，稍湿，松散，局部密实。

厚度介于0.5m~4.8m之间。

2、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（）

③．-7-2粗砂：

黄褐色，石英-长石质，次棱角形，混粒结构，颗粒级配一般，含约20％粘性土，局部为砾砂薄层，湿，稍密。

③．-8-3砾砂：

黄褐色，石英—长石质，棱角形，混粒结构，颗粒机配较好，含约20％粘性土，局部为圆砾薄层，湿，水下饱和，中密，局部稍密。

3、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（）

④-1-32粉质粘土：

灰褐色，含铁锰结核，稍有光泽，于强度中等，韧性中等，摇振反应无，可塑。

④-8-4砾砂：

黄褐色，石英－长石质，棱角形，混粒结构，颗粒级配较好，含约20％粘性土，局部为圆圆砾薄层，湿，水下饱和，中密－密实。

④-9-4圆砾：

主要由结晶盐组成，颗粒呈微，风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬。

颗粒级配较好，一般粒径2-20mm约占总质量的70%，最大粒径100mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，中密－密实。

4、第四系上更新统浑河老扇冲积层（）

⑤-1-33粉质粘土：

黄褐色，稍有光泽，干强中等，韧性中等，摇震反应无，含铁锰质结核，可塑。

⑤-5-4细沙：

灰褐色，局部黄褐色，石英－长石质，次棱角形，军粒结构，颗粒级配差，含约20%粘性土，湿，水下饱和，密实。

⑤-9-4圆砾：

主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬颗粒级配较好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%最大粒径100mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，中密－密实。

2.2水文地质

地下水赋存条件，补给、径流、排泄条件:

本段区域地下水属松散岩类孔隙水。

本区段全新统含水层水量丰富，是工业、城市生活饮用水的主要开采层。

地下水不急途径为大气降水入渗、河流侧向垂向入渗及水田回渗补给，地下水水位年内变幅约为2m，年内地下水位高值出现在九月至年末，低值出现在年初。

地下水的排泄主要为人工开采和向下游径流排泄。

工作区地下水径流条件良好。

主要含水层渗透性强，径流通畅。

3监测依据及标准

1）沈阳地铁9号线奥体中心站项目地铁安全保护专项监控测量工程招标文件；

2）沈阳地铁9号线奥体中心基坑工程近接地铁2号线奥体中心站施工安全评估报告；

3）9号线奥体中心站项目工程基坑支护、降水设计图；

4）《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911-2013；

5）《城市轨道交通工程测量规范》GB50308—2014；

6）沈阳地铁运营线路相关管理办法；

7）《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009；

8）《工程测量规范》GB50026-2007；

9）国家现行的其他测量规范、强制性标准。

4监测目的及监控指标

4.1监测目的

1）通过监控量测本工程对地铁产生的影响进行全面的监控，掌握施工可能对城市轨道交通既有结构的局部和整体的影响程度、变化速率、变化趋势等情况；

2）及时预报该段地铁发生的变形趋势，以便即时采取有效措施，确保地铁安全正常运营；

3）保证地铁正常运行和设备安全，为地铁轨道检修和维护使用提供依据；

4）通过监控量测进行本工程日常的施工管理；

5）通过监控量测了解本工程条件下所表现、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。

为后续相关工程设计、施工提供资料。

4.2监测控制指标

按三级预警制度进行管理，包括预警值、报警值、控制值。

监测控制值是指设计允许值，预警值是指引起警戒措施的变形值，报警值是指需提出警告的变形值，实测值超过预警值应电话上报相关单位，加强监测频率，启动对应预案，结构变形控制指标如下：

表4-1结构变形控制指标（单位：

mm）

项目

预警值

报警值

控制值

隧道差异沉降

±0.35mm

±0.43mm

±0.5mm

道床、隧道结构

绝对变形量

-0.56～0.28mm

-0.68～0.34mm

-0.8～0.4mm

4.3总体监测思路

本基坑工程处于沈阳地铁2号线奥体中心站右线控制范围内，影响范围内的地铁结构主要包括地铁2号线奥体中心站主体车站及既有2号线地下变电所。

基坑结构边线距离地铁2号线奥体中心站右线结构边线最近距离约2.65米，基坑结构地下三层，深度约25米。

该基坑的施工将对地铁右线结构产生明显的影响，地铁右线结构将产生向上隆起和向基坑侧的水平位移变形。

为保证地铁结构的绝对安全，对运营的右线地铁结构采用基于高精度智能型全站仪的自动化变形监测系统，来实时地监测右线地铁结构的三维变形，其监测方案及具体技术措施详见5章。

基坑结构边线距离地铁2号线奥体中心站左线结构边线距离约23米，该基坑的施工对地铁左线结构影响相对较小，采用人工方法进行监测，其监测方案及具体技术措施详见6章。

基坑结构边线距离地铁既有地下变电所结构最近距离约5.79米，该基坑的施工对变电所结构影响较大，拟采用人工监测方法在地表进行人工监测，其监测方案及具体技术措施详见5章。

为确保监测数据的可靠，右线在布设自动化监测系统的同时，也布设人工监测点，人工监测与自动化监测系统相互校核。

5自动化监测方案设计及实施

5.1监测内容及工作量

自动化监测车站长度约107米，施工基坑临近地铁2号线车站影响范围27米内每5米布设1处监测断面，北侧外延50米，每10米一处断面，南侧外延30米，每10米一处断面，共设14个断面，每个断面布设4个监测点，道床2个，侧壁2个，每个监测断面包含如下监测项目：

（1）道床沉隆及水平位移监测；

（2）结构侧壁沉隆位移监测；

（3）道床（轨道）差异沉降监测；

（4）现场安全巡视。

表5-1为本工程的监测内容及工作量。

表5-1监测内容及工作量

序号

监测项目

监测对象

测点数量

备注

1

三维位移监测

道床、侧壁

56个

地铁保护监测

2

现场巡视

监测过程进行

表5-2监测断面对应地铁2号线奥体中心站里程表

监测断面

地铁里程

备注

JZ1

DK16+153

基准点

JZ2

DK16+163

基准点

CZDM01

DK16+193

监测点

CZDM02

DK16+203

监测点

CZDM03

DK16+213

监测点

CZDM04

DK16+223

监测点

CZDM05

DK16+233

监测点

CZDM06

DK16+243

监测点

CZDM07

DK16+248

监测点

CZDM08

DK16+254

监测点

CZDM09

DK16+259

监测点

CZDM10

DK16+265

监测点

CZDM11

DK16+270

监测点

CZDM12

DK16+280

监测点

CZDM13

DK16+290

监测点

CZDM14

DK16+300

监测点

JZ3

DK16+330

基准点

JZ4

DK16+360

基准点

说明：

各监测断面横断面布置详见附图3“监测断面点位示意图”。

5.2监测频率

1）地铁隧道结构水平位移、隆降（测量机器人自动化监测）采取24小时不间断监测，每天采集1-4次数据，根据施工阶段及变形情况及时调整监测频率。

2）当监测数据出现异常后，加密监测频率，并及时通知相关各方做好应急措施。

3）地铁结构安全现场巡视，频率每2-3周1次，监测成果异常时，根据现场实际情况增加频率，现场安全巡视工作，以目测为主，查看地铁结构是否有异常等情况，必要时配合拍照等技术；

4）以上监测频率根据地铁公司的要求进行调整，以满足地铁2号线的运营、安全管理要求为准。

5.3监测系统组成

在该监测项目中，选择瑞士徕卡TCA2003自动全站仪作为数据采集的仪器，测角精度为0.5″，测边精度为1mm+1ppm。

配以自动化监测软件，定时启动仪器进行自动化数据采集，并无线网络进行数据传输。

采集的数据经软件处理后，生成变形监测报表。

自动化监测系统是基于测量机器人的有合作目标（照准棱镜）的变形监测系统，其组成方式如图5-1。

变形点…

测量机器人

测站

计算机

监测软件

通讯控制

参考系

变形体

参考基准点1

变形点1

参考基准点n

变形点m

参考基准点…

变形点…

图5-1测量机器人变形监测系统组成

测站：

测站即为系统的原点。

进行长期的无人守值监测，则应建专用测站支座架。

参考基准点：

参考基准点（三维坐标已知）应位于变形区域之外的稳固不动处，点上放置正对基站的单棱镜（采用强制对中装置）。

变形点：

根据需要变形点一般较均匀地布设于变形体上，本工程中为断面监测点。

5.4系统布设

5.4.1测站布设

自动化监测系统布设如附图1（监测断面布置示意图）所示，为保证监测精度，缩短观测距离，保证监测视场，测站布设在变形区之内，约在监测范围的中部位置，建固定观测支架，以便安装仪器。

5.4.2基准点布设

为确定系统的变形参照基准，需在基坑影响范围之外，布设四个基准点，基准点必须埋设稳固，保证整个监测过程中不受破坏，采用徕卡GDR1圆棱镜，基准点为整个系统提供稳定不动的参照系。

5.4.3监测点布设

监测点采用LeicaL型棱镜，用膨胀螺丝牢固定在隧道壁上，并使棱镜面正对测站。

图5-2L型监测棱镜

监测点按断面的方式布设，每个监测断面按图5-3（祥见附图3）所示，布设4个监测点，基坑27米范围内每隔5米布设1个监测断面，两侧向外各延伸30米，每10米一个断面。

图5-3车站断面监测点布设示意图

5.5监测方法与精度

在测站上装置测量机器人、数字气压与温度计（用于对气压、温度影响进行实时改正）、电源和通信等装置。

在每一期自动观测时，首先进行基准网的观测，基准网是由测站点和基准点组成的距离角度后方交会网，观测水平角、垂直角和距离，通过实时平差计算，提供实时动态基准。

按图5-4中的基准点布设方案，采用武汉大学测绘学院“科傻”软件对基准网进行模拟计算，网图及平差结果如下。

图5-4基准网网形示意图

平差坐标及其精度

-----------------------------------------------------------------------------------------

NameX（m）Y（m）MX（cm）MY（cm）MP（cm）E（cm）F（cm）T（dms）

-----------------------------------------------------------------------------------------

ZJ128060.310235439.4076

ZJ228061.336535445.0868

ZJ327879.609435494.0408

ZJ427880.826235499.0173

CZ27972.786135471.36480.0300.0240.0380.0300.023163.1242

-----------------------------------------------------------------------------------------

Mx均值:

0.03My均值:

0.02Mp均值:

0.04

-----------------------------------------------------------------------------------------

由模拟计算可知，测站点精度可达0.4mm，只要四个基准点稳定可靠，即可实时反算检核测站的精确坐标，测站点布设在变形区。

监测点采用极坐标法进行变形监测，采用距离、角度差分等技术进行监测点的数据处理，计算出各点的三维坐标。

监测点坐标与上一期坐标的差值，即为该点的相对位移量；与第基准期（即零周期）坐标的差值，即为该点的累计位移量。

如图5-5所示：

测定监测点到测站的距离，测量监测点与测站连线与两个已知点连线的夹角。

设全站仪在B点观测值分别为：

水平角α，垂直角β，斜距S，则C点坐标为：

图5-5监测点测量示意图

式中，，i为仪器高，v为棱镜高，则极坐标法测量坐标的模型精度分析如下：

将上式两边对三个观测值S、α、β求全微分，并设平距，则得：

其中：

分别为点位坐标的中误差，为测边中误差，为水平角和垂直角的测定误差。

根据Helmert点位误差估计公式有：

则C点的点位中误差为：

考虑到实际角度测量受气候影响，取水平角、垂直角测角精度1″，测距精度1mm+1ppm，代入上式估算可得：

当D=70m，垂直角β=5°时，

当D=20m，垂直角β=30°时，

综合考虑到实时反算测站点坐标的误差,变形监测点最终三维点位误差应可达到优于±1mm的精度。

5.6自动化变形监测系统

本项目采用课题组研制的具有自主知识产权的自动化变形监测系统---GeoRDMAS（GeoRobotDeformationMonitoringAutomaticSystem）进行自动化监测，自动变形监测系统是用于控制测量机器人进行自动变形监测以及对监测过程中所采集的数据进行管理与处理的软件。

该系统将自动测量、实时显示测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能合为一体，是进行各类建筑物自动变形监测、滑坡监测及大坝监测等的理想系统。

5.6.1系统结构

测量机器人自动变形监测系统硬件从空间分布上划分，主要由布设于隧道内的监测设备和布设于办公室的远程控制设备。

隧道内测量机器人、基准点和监测点棱镜构成监测系统的主体，基准点布设于变形区域之外的稳固不动处，作为系统形变的参照基准，监测点按断面以一定的间隔布设于下穿影响区域，测量机器人即测站点可布设于变形区域之外也可设于变形区内，隧道内其它设备都布设在控制箱内，主要包括：

无线远程电源开关、温度气压传感器、无线路由和工控机等。

办公室是系统远程控制及数据处理的交互中心，需运行远程控制及后处理系统的计算机和接入Internet网络的有线或无线路由等软、硬件。

地铁自动化监测系统硬件结构如图5-7。

控制箱

485通讯

网线

交流供电

测量机器人

工控机

监测软件

通讯电缆

EDGE或EVDO

无线网络

基准点

…

变形点

无线远程

电源开关

220伏供电

UPS

直流供电

无线

路由

温度、气压传感器

天线

Internet

办

公

室

有线无线

（ADSL）（EVDOL）

办公计算机

远程控制及

数据处理软件

网线

地铁隧道内

上网

上网

或

图5-6系统硬件结构与组成示意图

系统软件主界面如图5-7所示，软件系统具有以下优点：

1）系统远程数据传输，隧道内工控机采集的周期监测数据通过E-mail自动发送到指定的电子邮箱中，办公室数据处理软件自动接收指定的电子邮箱中的监测数据，采用E-mail传输监测数据相当于设置了一个中转站，使系统使用的灵活性增加。

2）系统远程控制，当系统实时要求较高时，需要基于Internet网络，在办公室计算机与现场监测工控机之间建立起TCP/IP连接，以实现实时交互控制。

3）观测方案的优化，软件可根据需要调整每个监测点的个性化观测方案，如每个测点的测回数、小视场开关、遮挡等待时间等都可以分别设置。

4）实时大气折光模型改正，根据获取的高密度隧道内温度、气压数据，建立隧道内大气折光改正模型，提高系统高程精度。

5）测站三维坐标的实时动态解算，系统测站可布设于变形区域，每期需通过基准点观测数据动态解算测站三维坐标，系统采用三维网平差模型进行解算，提高动态解算测站三维坐标的精度。

图5-7自动变形监测软件主界面

5.6.2系统特点

采用GeoRDMAS系统进行自动变形监测，有如下特点：

1）自动化：

变形监测软件在进行一些初始化设置及给定监测计划（如：

起始时间、观测间隔、期数等）后，能够严格按计划执行全自动观测，并自动对原始观测成果进行处理和分析。

2）智能化：

要实现无人守值变形监测，那么软件必须具有一定的适应环境变化和自动采取相应的措施来处理的能力。

如：

某期观测时恰逢大雾、大雨等恶劣天气，仪器不能测量，软件会自动控制测量机器人间隔一小段时间后再试，若仍不行自动再隔一段时间重试，可设定自动重试次数，达到重试次数后仍不行则放弃本期观测，等候下一周期观测；同理在某方向出现遮挡不能观测时也采用类似的处理方法。

3）特殊的数据处理方法：

采用一定精度等级的测量机器人时，为得到更高级别精度的观测成果，充分利用变形监测中的不动基点，对原始观测值使用特殊的差分技术进行处理，改正后的距离和高差将有更高的精度；针对典型的应用采用特殊的改正数学模型，来提高整体精度。

4）海量数据的存储：

持续的无人守值观测，势必产生海量的原始观测和计算成果数据，采用数据库技术可以高效的存储管理这些数据，不但海量数据的存储问题迎刃而解，而且它还具有方便的数据查询和分析功能。

5）多样的成果输出：

提供快速多样的查询、显示与输出方式。

6）操作方便、界面友好：

实用而有生命力的软件应该是“傻瓜”式的软件，形象直观的中文界面和尽量简化的操作过程。

7）方便的测量方式：

既可进行逐个控制点的移动式自动化监测，也可进行持续无人守值的全自动化变形监测。

8）灵活的控制方式：

既提供有线的直接控制方式，也提供不受地域限制的远程无线远程控制方式。

5.6.3系统功能

GeoRDMAS软件提供了以下功能：

（1）工程管理

每个变形监测项目都作为一项工程来管理，每个工程对应着一个数据库文件，数据库文件中保存着该变形监测项目的所有数据，包括各种初始设置