地铁浅埋暗挖隧道区间及车站监控量测方案.docx
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地铁浅埋暗挖隧道区间及车站监控量测方案
监控量测方案
1.1施工监测概述
以往的理论研究和施工实践均表明，在地下工程施工过程中，地层应力状态的改变将直接导致结构产生位移和变形，同时也会对地表及周边环境造成一定的影响。
当这种位移和影响超出一定范围，必然对结构产生破坏，并影响到上方地表和临近建筑的安全使用。
本标段工程包括一座明暗结合车站和两段暗挖区间。
工程所处地理位置复杂，地下管线众多，给施工监测工作制造了很大的困难。
如何保证施工不影响这些构筑物的正常使用，如何做到“未雨绸缪”，施工中的监控量测都将发挥极其重要的作用。
监控量测作为工程施工中的重要一环，必须得到重视，且作为一道工序纳入到施工组织设计中去。
其主要目的为：
1）了解暗挖隧道支护结构和周围地层的变形情况，为施工日常管理提供信息，保证施工安全。
车站支护结构和周围土体的变形及应力状态和其稳定情况密切相关，车站支护结构和周围土体各种破坏形式产生之前通常有大的位移、变形、受力异常等，监测数据和成果是现场施工管理和技术人员判断工程是否安全的重要依据。
因此，在施工过程中，通常依据观测结果来验证施工方案的正确性，调整施工参数，必要时采取辅助工程措施，以此达到信息化施工目的。
2）修改工程设计
监测除表明工程的“安全状况”外，通过研究监测成果，判断结构的安全稳定性。
有助于对工程设计进行修改，并通过监测数据与理论上的工程特性指标进行比较，以便了解设计的合理程度。
3）保证施工影响范围内建筑物、地下管线的正常使用，为合理确定保护措施提供依据。
4）验证支护结构设计，为支护结构设计和施工方案的修订提供反馈信息。
我国当前地下工程支护结构设计基本处于半经验半理论状态，土压力多采用经典的理论公式，与现场情况有一定差异。
且地下结构周围土层软弱，复杂多变，结构设计的荷载常不确定。
而且，荷载与支护结构变形、施工工艺也有直接关系。
因此，在施工中迫切需要知道现场实际的应力和变形情况，与设计值进行比较，必要时对设计方案和施工过程进行修改。
施工监测是支护结构设计的重要组成部分。
5）积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。
支护结构的围岩压力分布受支护方式、支护结构刚度、施工过程和被支护围岩种类的影响，常很复杂，现行设计分析理论尚未达到成熟的阶段，积累完整准确的地下工程开挖与支护监测结果，对于总结工程经验，完善设计分析理论是很有价值的。
1.2施工监测设计
1.2.1监控量测设计依据
工程土建施工监测方案依据如下标准进行编制：
1）本工程土建施工招标文件及设计说明；
2）中华人民共和国国家标准《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308-1999；
3）中华人民共和国国家标准《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999；
4）《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97；
5）《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97；
6）《工程测量规范》GB50026-93；
7）《城市测量规范》CJJ13-87；
8）《城市地下水动态观测规程》CJJ/T76-98；
9）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99；
10）《岩土工程安全监测手册》。
1.2.2监控量测方案设计原则
在地下工程中进行量测，绝不是单纯地为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息首先应能确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施（如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改开挖和支护的顺序和时机等）。
其次还应能满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供设计、施工所需的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。
施工监测是一项系统工程，监测工作的成败与选用监测方法的选取及测点的布置直接相关。
根据以往监测工作的经验，归纳以下5条原则。
1）可靠性原则：
可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则。
为了确保其可靠性，必须做到：
（1）系统需要采用可靠的仪器；
（2）应在监测期间保护好测点。
2）多层次监测原则：
多层次监测原则的具体含义有四点：
（1）在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目；
（2）在监测方法上以仪器监测为主，并辅以巡检的方法；（3）在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器；（4）考虑分别在地表、及临近建筑物与地下管线上布点以形成具有一定测点覆盖率的监测网。
3）重点监测关键区的原则：
在具有不同地质条件和水文地质条件、周围建筑物及地下管线段，其稳定的标准是不同的。
稳定性差的地段应重点进行监测，以保证建筑物及地下管线的安全。
4）方便实用原则：
为减少监测与施工之间的干扰，监测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。
5）经济合理原则：
系统设计时考虑实用的仪器，不必过分追求仪器的先进性，以降低监测费用。
1.2.3施工监测内容
本工程包括一座明暗结合结构车站和两段暗挖区间，工程场地周围地理位置复杂，场区范围内管线众多，为有效保护周围建筑物和地下管线，以及结构自身的安全，本工程变形量测控制按一级安全等级考虑，施工期间必须加强监控量测，根据设计说明要求和工程的实际情况确定监测内容，监测内容按照车站结构和暗挖区间隧道划分。
1）车站结构监控量测
本工程车站结构的监测工作按照明挖结构施工和暗挖施工两部分进行叙述。
根据设计要求和本车站的实际情况，确定明挖部分的监控量测项目主要包括：
地层及支护情况观察；地表沉降；地面建筑、地下管线及构筑物变化；围护结构桩体水平位移；围护结构钢支撑轴力；钢筋内力（见表1-1所示）。
依据监测项目确定所使用的量测设备，测量设备必须经过计量检测部门的检定，具有检定合格证。
经过现场勘查和工程结构受力情况分析以及以往类似工程施工的监控量测经验，并且结合工程设计要求，确定监测点位和监测范围。
监测频率的确定按照工程施工的进度情况和监测变形速度情况确定。
一般在工程部位施工期间和测量监测发现变形速度较快时，量测的频率较大，在平时状况下，监测频率按照设计要求确定。
车站明挖监控量测表表1-1
序号
量测项目
方法及工具
断面距离
量测频率
备注
变形速度（mm/d）
量测频率
1
地层及支护情况观察
现场观察及地质描述
每次开挖后立即进行,每15～20m一个断面
2
地表沉降
精密水准仪
铟钢水准尺
每次开挖后立即进行,每10m一个断面
开挖面距离量测断面前后<2B时1～2次/d；开挖面距离量测断面前后<5B时，1次/2d；开挖面距离量测断面前后>5B时，1次1周（B为开挖跨度；d为天数）
3
地面建筑、地下管线及构筑物变化
精密水准仪
铟钢水准尺
每5m布设一个沉降观测点
4
桩体水平
位移
测斜管
每20m设一个量测断面
1次/2天
5
钢支撑轴力
轴力计
每20m设一个量测断面
1次/2天
6
钢筋内力
应力计、频率仪
每20m设一个量测断面
1次/2天
车站暗挖部分的测量监测项目主要包括：
地层及支护情况观察；拱顶下沉；净空收敛；底部隆起；地表沉降；钢筋内力监测（见表1－2所示）。
车站暗挖部分的监测内容和明开部分有一些项目是重复的，尤其是在地面监测的项目，是因为明开和暗挖的施工工艺、施工顺序是不一样的，造成在监测过程中监测的重点、布点方法有所不同，在施工监测过程中应该区别对待。
暗挖工程的监测工作受施工限制具有更大的测量难度，暗挖施工中对监测数据的依赖程度也更大。
在监测工程中，根据施工特点布设监测点位，合理确定测量方法和测量路线，严格执行测量规程，确保监测数据的准确、可靠。
车站暗挖监控量测表表1-2
序号
量测项目
方法及工具
断面距离
量测频率
备注
变形速度（mm/d）
量测频率
1
地层及支护情况观察
现场观察及地质描述
每次开挖后
立即进行
2
拱顶下沉
精密水准仪
铟钢水准尺
每10m一个断面，每断面1个测点
≥5
2次/d
开挖或拆撑后立即进行
3
净空收敛
收敛仪
每10m一个断面，每断面6个测点
1～5
1次/1d
0.5～1
1次/2d
4
底部隆起
精密水准仪
铟钢水准尺
每10m一个断面，
1～5
1次/1d
0.5～1
1次/2d
5
地表沉降
精密水准仪
铟钢水准尺
每10m一个断面，每断面5个测点
开挖面距离量测断面前后<2B时1～2次/d；开挖面距离量测断面前后<5B时，1次/2d；开挖面距离量测断面前后>5B时，1次1周
6
钢筋内力
应力计、频率仪
代表性地段
1次/2天
注：
B为开挖跨度；d为天数。
2）区间竖井及暗挖隧道监控量测
区间暗挖隧道包括：
科－知区间和知－学区间。
科－知区间线路全长909.9米，知－学区间线路全长914.531米，两个区间均在中部设立施工竖井，隧道采用短台阶法施工，隧道为单孔单线马蹄形隧道。
区间竖井的监测项目主要有：
竖井内外观察；竖井结构收敛（净空收敛）、临近建筑物、地下管线变化和地表下沉（见表1－3所示）。
区间暗挖隧道的主要监测项目有：
洞内外观察；洞周收敛（净空收敛）；拱顶下沉；地表下沉；临近建筑物、地下管线及构筑物的变形；侧向土压力；衬砌、钢架应力和底部隆起等内容，见表1－4所示。
监测布点方法和监测频率的确定同车站暗挖结构的监测。
区间隧道施工竖井的监测项目参考车站明挖结构监测，监测布点数量少于车站明挖结构。
区间竖井监控量测表表1-3
序号
项目名称
测量方法
测点布置
测量频率
1～15天
16天～1月
1～3月
3月后
1
洞内外
观察
观察、
记录
开挖后及初期支护后进行
每次开挖后进行
2
净空收敛
收敛计
纵向10m一断面，每断面4个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
3
地表下沉
精密水准仪、铟钢尺
每个施工竖井布设4个监测点
开挖过程中，每天观测1次，变形基本稳定后，3天观测1次。
4
临近建筑物、地下管线变化
精密水准仪、铟钢尺
根据现场情况布设点位
开挖面距离量测断面前后<2B时1～2次/d
开挖面距离量测断面前后<5B时，1次/2d
开挖面距离量测断面前后>5B时，1次1周
暗挖区间隧道监控量测表表1-4
序号
项目名称
测量方法
测点布置
测量频率
1～15天
16天～1月
1～3月
3月后
1
洞内外
观察
观察、
记录
开挖后及初期支护后进行
每次开挖后进行
2
净空收敛
收敛计
每10m一断面，每断面4测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
3
拱顶下沉
精密水准仪、铟钢尺
每10m一断面，每断面1测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
4
地表下沉
精密水准仪、铟钢尺
每10m一断面，每断面5-7测点
开挖面距离量测断面前后<2B时1～2次/d
开挖面距离量测断面前后<5B时，1次/2d
开挖面距离量测断面前后>5B时，1次1周
5
临近建筑物、地下管线变化
精密水准仪、铟钢尺
根据现场情况布设点位
同上
6
侧向土压力
压力盒
代表性地段布设
1次/1天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
7
衬砌、钢架应力
应变计
代表性地段布设
1次/1天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
注：
B为开挖跨度；d为天数。
1.2.4施工监测点布置
1）施工监测点按照下列原则布置
（1）观测点类型和数量的确定结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑。
（2）为验证设计数据而设的测点，布置在设计中最不利位置和断面上，为结合施工而设的测点布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息、指导施工。
（3）表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于应用仪器进行观察，还要有利于测点的保护。
（4）埋设测点不影响和妨碍结构的正常受力，不削弱结构的变形刚度和强度。
（5）在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上有机结合，力求使一个监测部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律。
（6）根据监测方案在施工前提前布置好各监测点，以便监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态。
（7）测点在施工过程中遭到破坏时，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，保证该点观测数据的连续性。
2）地表沉降观测点大多需要布设在交通繁忙的知春路上，测点的设置采用地面钻孔60厘米，穿透路面层和二灰层，达到原状土，灌入细砂，然后安置80厘米φ20钢筋。
周围建筑物的沉降观测点除采用勘察院的布点外，需要和建筑物的产权单位协商或直接由产权单位在建筑物（构筑物）结构上布设点位，点位应牢固、可靠并且耐用，一般采用钢筋头垂直镶入结构，用混凝土磨平。
其他监测项目的布点根据设点项目和元件构造原理合理设置。
1.2.5监测控制标准、警戒值
1）监测控制标准
监控量测管理基准值是根据有关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定的。
对于不同的监测对象和不同的监测内容有不同的监测控制标准，分别采用如下标准：
（1）地表沉降控制标准
根据地表的沉降速率和沉降量以及土质情况确定地表沉降量的控制标准，车站明挖结构的沉降量一般控制在30mm，重点地段地表沉降允许值为15mm；区间隧道的沉降量一般控制在60mm，重点地段地表沉降允许值为30mm。
（2）建筑物沉降控制标准
桩基础建筑物允许最大沉降值不应大于10mm；天然地基建筑物允许最大沉降值不应大于30mm。
对于重要建（构）筑物或建（构）筑物本身设计有缺陷、既有变形以及结构本身的附加应力等因素，应重点观测并提高控制标准。
（3）建筑物倾斜控制标准
建筑物允许沉降差控制标准如下表所示。
多层和高层建筑物的地基倾斜变形允许值如表1-5所示。
各类建筑物允许倾斜下沉值如表1-6所示。
（4）地下管线及地面控制标准
煤气管线的沉降或水平位移均不得超过10mm，每天发展不得超过2mm；自来水管线的沉降或水平位移均不得超过30mm，每天发展不得超过2mm。
建筑物允许沉降差控制标准表1-5
变形特征
地基变形允许值
中、低压缩性土
高压缩性土
砌体承重结构基础的局部倾斜
0.002
0.003
工民建柱间沉降差：
1．框架结构
2．砖石墙填充的边排柱
0.002L
0.007L
0.003L
0.01L
注：
表中L为柱中心距，单位：
米。
各类建筑物允许倾斜下沉值表1-6
建筑物结构类型
地基土类型
中低压缩性土
高压缩性土
砌体承重结构
0.002
0.003
工业与民用建筑物相邻桩基的沉降差：
砖石墙填充边排桩
0.0007L
0.001L
框架结构
0.002L
0.003L
不均匀沉降时不产生附加力的多层、高层结构
0.005L
0.005L
高层或多层建筑物的基础倾斜：
H＜24m
0.004
0.004
24≤H＜60
0.003
0.003
60≤H＜100
0.002
0.002
H≥100
0.0015
0.0015
注：
（a）L指相邻柱基的中心距离，mm，H指自室外地面算起的建筑物高度，m；
（b）倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。
承插式接头的铸铁水管、钢筋砼水管两个接头之间的局部倾斜值不应大于0.0025，采用焊接接头的水管两个接头之间的局部倾斜值不应大于0.006，采用焊接接头的煤气管两个接头之间的局部倾斜值不大于0.002。
相应的道路沉降按上述相应管线的标准进行控制。
（5）隧道拱顶位移及收敛控制标准
隧道拱顶沉降控制值为20mm。
隧道周边容许相对收敛量如表1-7所示。
隧道施工中出现下列情况之一时，应立即停工，并采取措施进行处理：
（a）量测数据有不断增大的趋势；（b）支护结构变形过大或出现明显的受力裂缝且不断发展；（c）时态曲线长时间没有变缓趋势。
洞周容许相对收敛量（%）表1-7
隧道埋深（米）
<50
50～300
围岩类别
Ⅲ
0.1～0.3
0.2～0.5
Ⅳ
0.15～0.5
0.4～1.2
Ⅴ
0.2～0.8
0.6～1.6
2）警戒值
当监测数据达到管理基准值的70%时，定为警戒值，应加强监测频率。
当监测数据达到或超过管理基准值时，应立即停止施工，修正支护参数后方能继续施工。
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，判断监测对象的稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。
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。
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，见表1-8所示。
监测管理表表1-8
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
注：
U0—实测位移值；Un—允许位移值Un的取值，即监测控制标准。
位移管理基准值在地下工程安全监控中有广泛应用，但需要补充说明的是对地下工程而言，位移指标本身的物理意义不够明确，主要是位移指标与洞径、埋深、支护、施工等影响因素关系未能很好解决，这方面的研究成果也不多见，因而位移控制指标的制定和应用必须同时考虑以上各种因素，并尽可能同时配合使用位移速率控制指标。
与位移相比，位移速率控制指标有明确的物理意义，它反映了地层随时间变化的变形效应，在位移V=0条件下，洞室围岩趋于稳定，反之，V=C（常数）或不断增大，则说明地层处于等速或加速流变状态，洞室是不稳定的，因此位移速率控制指标是洞室失稳的充分条件，在安全预报中，较位移指标有更直观和明确的控制意义。
根据以往的经验，Ⅱ类围岩位移速率控制值为5mm/d，稳定临界值为0.1～0.2mm/d。
1.2.6监测仪器设备
用于施工变形监测的设备绝大部分为计量仪器，在使用前和使用中，按质量保证体系ISO9002中要素的要求和相应的控制程序进行管理和使用，仪器需要检定的事先检定，在观测过程中要时刻注意量测结果是否有异常，平时对监测用设备定期保养，以确保量测结构的准确性，见表1－9所示。
监测所用主要仪器设备一览表表1-9
序号
监测项目
仪器设备
1
周围建筑物、
地下管线变形
自动安平精密水准仪、3m分划为5mm的线条式铟钢合金水准尺
2
桩体水平位移
SINCO测斜仪和配套PVC管
3
支撑轴力
轴力计及数据采集仪
4
土压力
土压力盒
5
地表沉降
自动安平精密水准仪、3m分划为5mm的线条式铟钢合金水准尺
6
拱顶沉降
自动安平精密水准仪、3m分划为5mm的线条式铟钢合金水准尺
7
结构收敛
JSS30A数字收敛仪
8
底板隆起
自动安平精密水准仪、3m分划为5mm的线条式铟钢合金水准尺
9
钢筋应力
钢筋计及数据采集仪
1.2.7监测布点数量
本监测方案确定的监测布点数量如表1－10所示。
监测布点数量表表1－10
工程部位
测点名称
测点数量
单位
备注
学院路站
地面沉降点
170
个
建筑物沉降点
21
个
支撑轴力
3
端面
桩体位移
3
端面
钢筋应力
明挖3，暗挖2
端面
土压力
4
端面
拱顶下沉
5
端面
结构收敛
5
端面
科~知区间
地面沉降点
501
个
建筑物沉降点
22
个
钢筋应力
1
端面
城铁桥
土压力
2
端面
城铁桥
拱顶下沉
91
端面
每端面3点
结构收敛
91
端面
每端面6点
底板隆起
91
端面
每端面3点
知～学区间
地面沉降点
529
个
建筑物沉降点
92
个
钢筋应力
1
端面
城铁桥
土压力
1
端面
城铁桥
拱顶下沉
91
端面
每端面3点
结构收敛
91
端面
每端面6点
底板隆起
91
端面
每端面3点
1.3监测方法和数据处理
1.3.1地层、洞内外及支护情况观察
工程施工过程中，及时对车站明挖结构支护情况，车站暗挖结构支护情况，地面沉降情况和区间暗挖隧道洞口内外情况进行观察，有助于及时发现工程施工中出现的问题，尽快采取安全措施，确保施工正常进行。
现场观察工作应安排熟悉工程情况，了解工程进度的人员负责，一般应在工程施工至较危险地段或在工程每次土方开挖后加强观察。
1.3.2地表沉降的监测
车站明挖结构、车站暗挖结构、区间竖井以及暗挖区间隧道施工过程中，为了确保工程的安全和及时发现由于施工产生的地面沉降变化，必须对工程地面进行沉降观测。
及时准确
的进行监测，果断的采取控制措施，是确保道路正常畅通和临近建筑物安全的有力保障。
1）监测点布置：
车站明挖主体结构的沉降观测点布设在基坑周围，垂直基坑方向。
每10米一个监测断面，每个断面布设5个监测点，测点间距5米。
在暗挖线路中心线的地面上每隔10米布设监测断面，每个断面布设5-7个监测点，测点间距5米。
在区间隧道的线路中线上，监测点的布设采用钻孔80cm，安置钢筋，并且用护桶保护（如图1－6所示），其他位置的测点用钻孔80cm，填入细砂，然后镶入钢筋。
监测点布置在原状土上，直到出影响范围。
影响范围用下面公式计算：
B+2×（H+h）×tg（45°-φ／2）
式中B——隧道开挖宽度H——地面到结构顶
h——结构开挖高度φ——土层摩擦角
区间部分地面沉降监测点布置见（图1－5－1和图1－5－2），车站地面沉降监测点布置见（图1－4）。
2）监测方法和数据处理：
用自动安平精密水准仪、3m分划为5mm的线条式铟钢合金水准尺观测。
车站明挖结构在土方施工过程中，每周观测2次，暗挖隧道在开挖面距监测断面＜2B时，每天观测1次，开挖面距监测断面＜5B时，每2天观测1次，开挖面距监测断面＞5B时，每周观测1次；每次观测结束后，及时整理观测记录、计算当次沉降量和各点的累积沉降量，并绘制沉降量-时间关系曲线。
1.3.3地面建筑物、地下管线变形监测
1）地面建筑物的监测
（1）监测目的:
随着工程的进行地表会产生不均匀沉降，从而导致建筑物发生沉降、倾斜和产生裂缝等现象。
为了保障周围建筑物的安全，在施工中对周围建筑物实施变形监测。
（2）监测点布置：
在施工影响范围内的高层建筑上各布置4~8个沉降监测点，一般建筑物上布置4个沉降监测点，区间周围建筑物沉降监测点布置见（图1－5－1和图1－5－2），车站周围建筑物沉降监测点布置见（图1－4）。
（3）监测方法及数据处理：
在施工前，布置一个高精度的水准网，用自动安平精密水准仪、3m分划为5mm的线条式铟钢合金水准尺测出其绝对高程。
网中的点做为水准基点（埋设牢固，每次使用前进行检测），监测点布置后，依据水准基点对各点的高程独立进行两次观测，取两次观测成果的平均值做为各沉降点的原始数据。
监测频率同地表沉降。
每次观测结束后，及时整理观测记录、计算当次沉降量和各点的累积沉降量，并绘制沉降量-时间
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