东黄区间盾构井施工监控量测方案采用.docx
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东黄区间盾构井施工监控量测方案采用
昆明轨道交通首期工程
【行政中心站～呈贡南站站】盾构区间土建工程
盾构始发井施工监控量测方案
编制：
审核：
批准：
中铁隧道集团有限公司
广州市轨道交通六号线东黄盾构区间
项目经理部
二ＯＯ六年五月
目录
1．编制依据-1-
2．工程概况-1-
2．1平面概况-1-
2．2工程地质、水文地质-1-
2．2．1工程地质-2-
2．2．2水文地质-3-
3．监测目的-4-
4．监测项目与测点布置-4-
5．监测控制标准及监测频率-5-
5．1监测控制标准-5-
5．2监测频率-6-
6．监测方法-6-
6．1地表沉降监测-6-
6．2地表建筑沉降与倾斜观测-8-
6．3围护结构水平位移监测-9-
6．4土体水平位移监测-10-
6．5锚索轴力监测-10-
6.6地下水位监测-11-
6.7爆破振动监测-11-
7．信息化施工管理程序-12-
7．1监测数据的处理及反馈-12-
7．2监测管理体系-14-
7．3提交的监测成果-14-
7．4监控量测组织机构和设备-14-
7．5监控量测质量、安全文明保证措施-16-
7．5．1监控量测质量保证措施-16-
7．5．2监控量测安全文明保证措施-16-
7．6突发情况下的监测应急措施-17-
1．编制依据
（1）广州轨道交通六号线【东湖站～黄花站】盾构区间工程初步设计；
（2）《地下铁道设计规范》（GB50157-2003）；
（3）《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）；
（4）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）；
（5）《建筑变形测量规程》（JBJ/T8-97）；
（6）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；
（7）广州地铁工程“质量验收标准（办法）”；
（8）其它相关资料及规范；
2．工程概况
2．1平面概况
广州地铁六号线盾构5标段【东湖站～黄花岗站】盾构区间位于广州市东山区，由东湖盾构始发井（兼轨排井）、【东湖～东山口】、【东山口～区庄】和【区庄～黄花岗】三个盾构区间构成。
东湖站盾构始发（轨排）井里程YCK13+584.009－YCK13+632.262，采用明挖法施工，全长48.253m，始发井位于R=300m的圆曲线上，轨排井位于缓和曲线上。
其中盾构始发井（YCK13+615.262－YCK13+632.262）基坑尺寸为，长15m，宽25.9m，深度为29.35m；轨排井长31.658m，宽21.01m，深度为27.95m。
本段围护结构采用厚1000mm的地下连续墙+预应力锚索，连续墙底位于微风化地层。
始发井地下连续墙墙底高程-25.19m，嵌入基底深度为2.5～3.07m；轨排井墙底高程-23.3m，嵌入基底深度为2.487～2.55m。
盾构井端头采用φ600mm@450mm的密排搅拌桩加固，基坑周边连续墙两侧各采用两排φ600mm@450mm的搅拌桩加固。
盾构吊入孔设置3层内支撑。
始发井及轨排井段采用10道预应力锚索作为永久支护（吊入孔处除外），锚索长度11～32.5m，锚索锚固段长6～15m。
2．2工程地质、水文地质
2．2．1工程地质
【东湖～东山口】盾构区间上覆第四系为人工填土层、冲积－洪积砂层、土层、淤泥质土和残积土层，其中砂层在东湖范围厚度较大，软土埋藏在浅部，且厚度较薄，残积土层在东湖一带缺失，在东山口一带则厚度较大。
下伏基岩白垩系上统东湖段河西濠段红色碎屑岩，风化程度不均一，软硬夹层较多。
【东山口～区庄】盾构区间上覆第四系土层厚度为5.50米～13.20米，下伏基岩为白垩系上统大塱山组三元里段碎屑岩，上部软硬夹层较多，岩面略有起伏。
【区庄～黄花岗】盾构区间上覆第四系土层厚度变化较大，厚度为5.30～18.40米，下伏基岩为白垩系上统大塱山组黄花岗段地层，风化较强烈且不均一，软硬夹层较多，岩面起伏较大。
地层状况和岩性见表2-2-1，地质剖面图见各区间地质剖面示意图。
表2-2-1区间地层分层及各层性状
地层编号
岩层名称
地层描述
<1>
人工填土
主要为杂填土，颜色为杂色、褐灰色。
组成物较杂，有粘土、砂石、砼块、砖块、瓦碎块等建筑垃圾及生活垃圾，欠压实～稍压实，松散～稍密状。
该层普遍分布于沿线地表。
<2-1A>
淤泥或淤泥质土层
（Q4mc）
呈不连续分布，属高压缩性欠固结软土，渗透性较差。
厚度为0.80～8.00m，平均厚度为2.84m。
<2-1B>
淤泥质粉细
砂层（Q4mc）
呈不连续分布，属高压缩性欠固结软土，渗透性较差。
厚度为0.40～7.80m，平均厚度为2.79m。
<3-1>
陆相冲-洪积砂层Q3alpl
灰白、灰黄色、浅黄白色等，饱和，松散～稍密，石英质粉细砂为主，不均匀含粘、粉粒，局部含有机质，偶夹淤泥质土极薄层。
。
该土层分布基本连续，层厚1.40～12.00m，平均厚度4.81m。
<3-2>
陆相冲-洪积砂层Q3alpl
灰白、灰黄色等，饱和，稍密～中密，以石英质中粗砂为主，局部含石英细砾，含少量粘粒。
厚度0.50～14.60m，平均厚度2.73m。
<4-1>
冲-洪积土
层Q3alpl
黄灰色、暗褐色，湿，中密，以粉粒，粘粒为主。
间断分布，厚度为2.00～3.30m，平均厚度为2.65m。
<4-2>
冲-洪积土
层Q3alp
灰褐色、深灰、灰黑色，不均匀含细粉砂及腐木块，有腥臭味，饱和，软塑状态。
厚度2.00～5.00m，平均厚度为3.50m。
<5-2>
红层硬塑状粉质粘土、中密状粉土
灰白色、褐红色等，稍湿，硬塑状粉质粘土或中密状粉土，由下伏白垩系基岩风化残积而成，浸水易软化。
该土层主要分布在第四系地层底部，风化基岩面以上，分布不均匀，呈透镜体状产出，层厚0.90～11.30m，平均厚度3.14m。
<6>
全风化岩带
呈坚硬土状粉质粘土或密实状粉土，主要由泥岩、砂岩、含砾粗砂岩组成。
该风化岩带本区段内分布不连续，层厚0.50～10.10m，平均厚度2.85m。
<7>
强风化岩带
岩石组织结构强度很低，岩石结构较疏松该风化岩带连续分布，厚度变化较大，岩面形态很不稳定，层面欺负变化大。
该层层厚为0.70～19.50m，平均厚度5.06m。
<8>
中风化岩带
呈碎块状，短柱状，轻击易碎，局部层间夹强风化岩薄层。
分布连续，厚度变化大，形态极不规则。
该层厚度0.60～16.20m，平均厚度5.87m。
<9>
微风化岩带
层间局部为中风化岩薄层，岩质较坚硬，属较软岩～较硬岩，为易软化岩石。
该风化岩带岩面起伏较大。
揭露层厚1.20～23.48m，平均8.82m。
2．2．2水文地质
地下水按赋存方式分为第四系孔隙水、基岩风化裂隙水。
在天然状态下，基岩风化裂隙含水层主要接受第四系含水层的渗入补给、越流补给为主。
由于残积土、全风化的相对隔水作用，本含水层大多具有一定的承压性，其承压水头一般与第四系含水层相近。
在地铁施工和运营时这类含水层的主要威胁来源于侧向动力补给。
隧道洞身地下水不甚丰富。
场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，钢筋混凝土中的钢筋及钢结构具弱腐蚀性。
3．监测目的
始发井采用明挖法施工，其围护结构设计为地下连续墙与预应力锚索相结合的方式。
在基坑开挖过程中，基坑内外的土体由静止土压力转为主动土压力或被动土压力，应力状态的改变将导致基坑围护结构产生位移和变形。
当这些位移量达到一定界限，必然对基坑的围护结构产生破坏，直接威胁施工及结构安全。
同时，这些位移情况也是判断基坑围护结构稳定状况的重要依据。
因此，为保证本区段施工及结构安全，需要建立一套严密、科学的监控量测体系，对基坑围护结构、基坑周围土体，全过程追踪基坑周边的变形情况。
分析、判断、预测施工中可能出现的情况，消除各种隐患，并将施工对周围环境的影响降到最小程度。
监测的目的及意义主要有以下几方面：
（1）积累经验，为提高工程的设计和施工的整体水平提供依据。
（2）施工过程中对周围房屋及构筑物沉降和倾斜监测及地面、管线沉降监测确保周围房屋、构筑物及管线在施工过程中的安全，以及行车路面的车辆安全运行。
（3）通过监控量测，收集数据，为以后的工程设计,施工及规范修改提供参考和积累经验，并可以和计算结果比较，完善计算理论。
4．监测项目与测点布置
监控量测的项目主要根据工程的重要性及难易程度、工程地质和水文地质、基坑深度、围护结构形式、施工方法、工程周边环境等综合而定。
根据本标的招标文件、施工图及广州市工程建设规范《建筑地基基础设计规范》和《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》的规定和要求，盾构始发井监测项目见表4-1-1，监测点布置见附图：
“东湖站～黄花岗站盾构区间始发井测点平面布置图”。
表4-1-1盾构始发井监测项目表
序号
监测项目
位置或监测对象
测点布置原则
监测仪器
监测精度
监测频率
1
地表沉降
基坑外30m的范围
沿基坑周围地面布置沉降观测点，测点间距2～5m。
N3精密水准仪，铟钢尺等
0.1m
基坑开挖时1次/天；主体结构施工时1次/2天；基坑回填2次/周
2
建筑物沉降及倾斜
需保护的建（构）筑物
受影响的建筑物转角处布点，不少于10个测点
1.0mm
3
围护结构水平位移
围护结构内
在连续墙内埋设测斜孔，孔间距15～35m。
SINCO测斜仪，测斜管等
1.0mm
4
土体水平位移
靠近维护结构的周边土体
在围护结构的周边土体内埋设测斜孔。
1.0mm
基坑开挖时1次/3天；主体结构施工时1次/5天
5
锚索轴力
钢绞线或锚头
在锚索端部埋设锚索轴力计
轴力计，VW-1数字频率接收仪
≤1/100（F·s）
开挖过程中：
1次/2天
6
地下水位
靠近维护结构的周边土体
在围护结构的周边土体内埋设测斜孔。
水位管，电子水位计
5mm
开挖过程中：
1次/3天
主体结构施工期间：
1次/5天
7
爆破震动效应
需保护的建（构）筑物
在距爆源较近的构筑物上埋设传感器。
IDTS2850爆破振动测试系统
20mm/S
视现场具体情况而定
5．监测控制标准及监测频率
5．1监测控制标准
在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。
根据以往经验以《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》（TBJ108-92）的Ⅲ级管理制度作为监测管理方式（表5-1-1）。
表5-1-1监测管理表
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅲ
U0＜Un/3
可正常施工
Ⅱ
Un/3≤U0≤Un2/3
应注意，并加强监测
Ⅰ
U0＞Un2/3
应采取加强支护等措施
表中：
U0——实测位移值
Un——允许位移值
Un的取值，也就是监测控制标准。
根据规范《建筑变形测量规程》、相关规范要求、以往类似工程经验及招标文件“通用技术条件”的要求，提出控制基准见表5-1-2。
表5-1-2监测控制标准表
序号
监测项目
控制标准
来源
1
地表及建筑物沉降
30mm
招标文件及
相应规范
2
建筑物倾斜
钢筋砼结构
3.0‰
砖木结构
3.5‰
3
围护结构水平位移
30mm
4
土体水平位移
40mm
5
锚索轴力
设计值
6
地下水位
设计值
根据上述监测管理基准，可选择监测频率：
一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶则应密切关注，加强监测，监测频率可达到1～2次/天或更多。
5．2监测频率
各项目监测频率详见表2，也可根据施工现场情况做适当的调整。
6．监测方法
6．1地表沉降监测
（1）测量仪器
N3精密水准仪，铟钢尺等。
（2）测量实施
1）
基点埋设方法
基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基点数量根据需要埋设，基点要牢固可靠，如图6-1-1所示。
要求深埋或钢管
2）沉降测点埋设
沉降测点埋设，用冲击钻在地表钻孔，然后放入长200~300mm，直径20~30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实。
3）测量方法
观测方法采用精密水准测量方法。
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，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。
首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。
4）沉降计算
在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，水准线路闭合差应小于±0.3√n（mm）（N为测站数），然后按照测站进行平差，求得各点高程。
施工前，由基点通过水准测量测出地表沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。
则高差△H＝Hn－H0即为地表沉降值。
5）数据分析与处理
Ø时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。
Ø当位移——时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。
预测最大沉降量。
Ø作横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径、土体体积损失等。
6．2地表建筑沉降与倾斜观测
（1）监测仪器
N3精密水准仪，铟钢尺等。
（2）监测实施
1）测点埋设
在地表下沉的纵向和横向影响范围内的建筑物应进行建筑物下沉及倾斜监测，基点的埋设与地表沉降观测相同。
沉降测点埋设，用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔，然后放入长直径200～300mm，20～30mm的半圆头弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实。
采用燕尾型钢筋
测点的埋设高度应方便观测，对测点应采取保护措施，避免在施工过程中受到破坏。
测点的布设如图6-2-1示。
2）
观测方法：
与地表沉降观测相同。
建筑物下沉及倾斜计算，在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度。
施工前，由基点通过水准测量测出建筑物沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。
则高差△H＝Hn－H0即为建筑物沉降值。
在建筑物沉降值后，进行倾斜计算，如图6-2-2所示：
tgθ=△s/b=SH2/Hf
（1）
∴SH2=Hf×△s/b
（2）
SH2——为所求建筑物水平位移
θ——为所求建筑物水位移产生的倾斜角
3）数据分析与处理
Ø绘制时间——位移曲线散点图
Ø当位移——时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。
预测最大沉降量。
根据所测建筑物倾斜与下沉值，判断建筑物倾斜是否超过安全控制标准。
及采用的工程措施的可靠性。
6．3围护结构水平位移监测
（1）监测目的
了解基坑施工过程围护结构的水平变形情况。
（2）监测仪器
测斜仪，PVC测斜管等。
（3）监测实施
测点埋设
预先将测斜管连接好，并绑扎在钢筋上，与钢筋一起放入槽内。
安装时应保证一组导槽垂直于围护结构面。
量测与计算
测试时，联接测头和测度仪，检查密封装置，电池充电量，仪器是否工作正常，将测头放入测斜管（在未确认导槽畅通时，不得放入真实的测头），测试应从孔底开始，自下而上沿导管全长每一个测段固定位置测读一次，测段长度为0.5～1m，每个测段测试一次读数后，将测头提转180°，插入同一对导槽重复测试，两次读数应接近，符号相反（各测点读数Ai（+）、Ai（-）），取数字平均值，作为该次监测值，然后以同样方法测平行隧道轴线方向的位移。
数据计算：
第i点量测值=Ai（+）-Ai（-）
变量i=本次测量值-上次测量值
本次i点相对（i－１）点的位移△Si=K×i（K=0.02），单位以毫米计。
第i点绝对位移Ｓｉ为：
数据处理与分析
每次量测后应绘制位移—历时曲线，孔深--位移曲线。
当水平位移速率突然过分增大是一种报警信号，收到报警信号后，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中出现了什么问题，并及时采取保证施工安全的对策。
6．4土体水平位移监测
（1）监测目的
了解基坑施工过程基坑周围土体水平位移情况。
（2）监测仪器
测斜仪，PVC测斜管等。
（3）监测实施
测点埋设
在选择合适位置钻孔至设计深度,预先将测斜管连接好，放入钻孔内,然后用砂石回填密实,安装时应保证一组导槽垂直于围护结构面。
注意钻孔测点应避开锚索设置。
量测与计算
量测方法和计算方法同桩体变形观测。
6．5锚索轴力监测
（1）监测目的
了解施工过程中锚索的内力情况，判断其稳定性。
（2）监测仪器
锚杆轴力计，钢弦式钢筋计及VW-1型频率接收仪。
（3）监测实施
测点埋设
轴力计安装如图6-5-1所示。
安装前先记录每个轴力计的编号；锚索安装后，先将轴力计套在锚索上；然后安装锚索垫板，上紧螺帽；最后将轴力计缆线引致安全地方；用频率接收仪量测初读数。
数据分析
绘制内力历时曲线图，确定锚索最大内力。
6.6地下水位监测
（1）监测目的
监测基坑开挖时基坑外侧地下水位的变化情况。
（2）监测仪器
电测水位计、PVC管。
（3）监测实施
①测点埋设
测点用地质钻钻孔，孔深应根据要求而定（以保证施工期产生的水位降低能够测出）。
测管用Φ50mm的PVC管作测管，水位线以下至隔水层间安装相同直径的滤管，滤管外裹上滤布，用胶带纸固定在滤管上，孔底布设0.5～1.0m深的沉淀管，测管的连接用锚枪施作锚钉固定。
②量测及计算
将探头沿孔套管缓慢放下，当测头接触水面时，蜂鸣器响，读取孔口标志点处测尺读数a，重复一次读数b，两次读数之差即是水位的升降数值。
③数据分析与处理
根据水位变化值绘制水位-随时间的变化曲线，以及水位随基坑开挖的变化曲线图，判断基坑外侧水位的变化情况。
6.7爆破振动监测
（1）监测目的
通过爆破振动监测，修改爆破设计，控制超、欠挖，同时了解钻爆法施工对地表建筑物的振动影响情况。
（2）监测仪器
IDTS2850爆破振动分析仪
（3）监测实施
测点埋设
地面震动测点一般选择在隧道附近建筑物上通过监测能真实反映其振动情况的地方。
量测及计算
采用IDTS2850爆破振动分析仪监测爆破振动速度。
爆破前对IDTS2850爆破振动分析仪进行调试，爆破发生时由IDTS2850爆破振动分析仪的传感器拾起振动波，转化为电信号进行存储，然后输入计算机进行分析、处理，最后输出爆破振动波形及振动速度。
数据分析与处理
通过现场测试的若干组爆破振速及有关系数的回归求出K、α值，利用萨道夫经验公式进行微振动爆破设计即：
在已知［Ｖmax］、K、α、R的条件下，求出每循环爆破的最大段允许装药量Qmax，并随时根据监测结果来调整设计。
7．信息化施工管理程序
7．1监测数据的处理及反馈
在取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移或应力的时态变化曲线图，即时态散点图，如图7-1-1所示。
0
在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，采用的回归函数有：
U=Alg（1+t）+BU=t/（A+BtU=Ae-B/tU=A（e-Bt-e-Bt0）
U=Alg〔（B+t）/（B+t0）〕
式中：
U——变形值（或应力值）A、B——回归系数
t、t0—测点的观测时间（day）
为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，每次监测必须有监测结果，须及时上报监测日报表，并按期向施工监理、设计单位提交监测月报，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，对当月的施工情况进行评价并提出施工建议。
监测反馈程序见图7-1-2。
7．2监测管理体系
针对本工程监测项目的特点建立专业组织，由集团公司派驻现场3～5人组成监测小组，由具有丰富施工经验、监测经验及有结构受力计算、分析能力的技术人员担任组长。
为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项措施：
（1）监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。
（2）制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中。
（3）量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。
（4）量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。
（5）量测设备、元器件等在使用前均应经过检校，合格后方可使用。
（6）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则。
（7）量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。
（8）量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。
（9）各量测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。
（10）针对施工各关键问题及早开展相应的QC小组活动，及时分析、反馈信息，指导施工。
7．3提交的监测成果
（1）始发井监测成果图、表；
（2）监测月报及监测总结。
（3）变形体变形、应变、应力等物理量随时间、荷载变化的时态曲线图
（4）变形分析预测、预报报告
7．4监控量测组织机构和设备
针对本工程特点建立专业监测组织机构，成立监控量测及信息反馈组，成员由多年从事相关工程施工及监测经验的技术人员组成，具有丰富施工经验和较高结构分析、计算能力的工程师担任组长。
监测组分为现场监测和信息反馈两个小组，各设一名专项负责人，在组长的组织协调下进行地面和地下的日常监测工作及资料整理工作。
监测组织机构如图7-4-1所示。
图7-4-1监测组织机构
监测人员名单见表7-4-2。
表7-4-2监测主要人员名单
姓名
性别
年龄
学历
职称
备注
肖红渠
男
32
大学本科
工程师
监测负责人
张帅军
男
28
大学本科
助理工程师
信息反馈组
张泽卫
男
26
大学本科
助理工程师
现场监测组
高雷永
男
28
大学本科
助理工程师
朱志林
男
29
高中
测工
于大洋
男
27
高中
测工
监控量测配备设备见表7-4-3
表7-4-3投入本监测项目使用的仪器设备
序号
仪器设备名称/型号
仪器设备性能
生产厂家
数量
1
精密水准仪
NA2/GPM3
精度：
0.1mm
瑞士
1台
2
全站仪
TC402
3
数显式收敛计
JSS－30A
精度：
0.1mm
中国煤炭研究总院
1台
4
频率接收仪
江苏金坛仪器厂
1台
5
计算机
P4
2台
6
冲击钻
博仕
1台
7
发电机
1.3KW
Honda
1台
7．5监控量测质量、安全文明保证措施
7．5．1监控量测质量保证措施
（1）提供有关切实可靠的数据记录。
（2）制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中。
（3）量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。
（4）量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。
（5）量测设备、元器件
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