地下综合管廊及配套工程监测方案.docx
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地下综合管廊及配套工程监测方案
地下综合管廊及配套工程监测方案
一、监测目的和原则
1、监测工作目的及原则
工程进行信息化施工，通过对基坑围护体系和周围环境的变形情况进行监测，汇总各项监测数据，进行分析和预测，指导各项施工措施及保护措施的实施。
在基坑围护、开挖施工中，要保护基坑和周围环境的安全，按基坑设计规模、施工方法、设计要求、基坑施工规范对监测的要求，进行监测项目的设置。
根据本工程分段施工的安排和监测技术要求，本监测方案应按以下原则进行编制：
1）在施工过程中对基坑施工施工组织监测，为指导工程施工，调整优化施工工艺和施工流程提供实测依据和监测分析建议，保障工程安全。
2）通过对基坑施工影响区周边环境的监测，控制施工对周边环境的影响，保降环境安全，并为边坡加固提供实测依据。
3）为设计验证验算和开展相关科研提供实测参数。
4）为工程事故和纠纷处理提供实测依据。
2、监测和监测服务内容
1）本工程监测内容主要包括：
基坑部分工程的监测内容包括：
支护结构桩（墙）顶、支护结构变形的沉降、位移和倾斜监测，支撑轴力测试，边坡位移监测以及地下水位监测，海川大道~6#桥北侧的移动公司建筑基础（距北侧红线11M，2016年6-7月开始施工结构）。
2）监测服务内容包括：
①组织编制监测方案和监测工作细则；
②参与工地例会；
③配合业主的竣工验收过程中监测资料的移交工作；
④对与工程监测有关的工程安全事故提交技术分析报告；
⑤提交工程监测技术分析总结报告。
3）为工程积累经验和资料。
二、监测方案编制依据
1、编制依据
监测方案编制依据为相关图纸与说明。
2、执行规范与标准
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-1999；
《工程测量规范》GB50026-2007；
《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006；
《城市测量规范》CJJ8-99；
《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002；
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99。
3、有关参数资料
《岩土工程试验监测手册》，林宗元编，辽宁科学技术出版社；
《岩土工程安全监测手册》，刘俊峰等编，中国水利水电出版社。
三、监测点布置和精度要求
1、监测点布置原则
1）监测项目确定和测点布置满足设计和规范要求；
2）监测点布设在施工影响区变形敏感部位；
3）应力监测点布在受力大、易于受力分析位置；
4）不同项目监测点宜成断面布置、以利对照分析；
5）各道支撑、轴力、应力监测点竖向位置一致；
6）监测点位便于保护和施测；
7）确定监测工程量符合经济原则。
2、监测项目、测点布置和精度要求
监测项目、测点布置及监测精度、监测点数量汇总表如下表所示。
监测项目、测点布置和监测精度
序号
监测项目
位置或监测对象
测点布置
仪器
精度
1
支护结构桩（墙）顶水平位移
支护结构桩（墙）顶
边长大于30m的按间距30m布点，小于30m的，按1点布置
全站仪
0.6mm
2.
支护结构桩（墙）顶垂直位移
支护结构桩（墙）顶
边长大于30m的按间距30m布点，小于30m的，按1点布置
精密水准
1.0mm
3
支护结构变形
支护结构体内
边长大于30m的按间距30m布点，小于30m的，按1点布置。
同一孔测点间距0.5m。
测斜管、测斜仪
1.0mm
4
支撑轴力
钢管支撑：
端部；钢筋砼支撑：
中部
每层2根计
钢管支撑：
轴力计；钢筋砼支撑：
应变计
≤1/100（F·S）
5
沉降、倾斜
沟槽边坡
每隔30m一点
经纬仪、精密水准
1.0mm
6
地下水位
基坑周围
每隔30m一点
水位管、水位仪
5.0mm
注：
具体布点可以根据实地情况进行调整。
四、监测点埋设和施测
1、一般规定
（1）基坑开挖过程中应根据监测数据进行施工，及时对开挖方案进行调整。
（2）基坑监测以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。
（3）各监测项目在基坑施工影响前应测得稳定的初始值，且不应少于两次。
（4）监测项目宜布置在同一断面上。
2、监测点埋设
（1）围护结构顶水平位移监测点埋设
a）围护结构桩（墙）顶水平位移的观测点采用Φ20×200顶端螺纹或带十刻钢标志，距下端5cm处钻Φ5孔穿入Φ5×200钢筋。
b）架仪器施测的监测点采用C30砼350×350×1200墩式监测点，内配Φ12×4主筋和Φ7@200箍筋（插入砼面200），随顶圈梁砼一起浇筑，也可预插筋二次浇筑，墩顶埋入带强制归心螺纹的监测标志，仪器和坐标基座可直接拧上以消除对中误差（强制归心对中误差≤±0.1mm）。
如下图。
强制归心水平位移观测墩
c）对于某些特殊部位，设计如下图所示的隐蔽性标志，标志由埋入部分和活动部分组成。
埋入部分的主体采用直径大于20mm的钢筋制作，在靠近顶端的位置是一个圆盘，直径大约为30mm，钢筋从圆盘中心穿过，并与圆盘形成一个整体，钢筋的最上部车有螺纹。
圆盘上面刻有一对齐标志，用于精确连接点位标志的活动部分，实现平面监测和高程监测点的互换。
点位标志的固定部分埋设在支护结构砼面，埋深大于10cm，为保护测点，以利长期使用，特别设置了测点保护盖板。
连接杆上可有连接螺纹，测量时刻将其连接到标志螺拴上，连接杆上部即可以连接棱镜，也可以连接瞄准标志，且整个连接杆的长度不宜超过1m。
以上机械部件需精密加工以确保其精度，并经严格测试后方能投入使用，确保目标对中误差在0.2mm之内。
隐蔽式水平位移监测点标志示意图
c）条件限制时，可用顶刻十字标志埋设在围护墙顶圈梁砼面层中，随该处砼浇筑同步埋设，砼初凝前调整好标志露出砼面5mm左右。
（2）围护结构变形测斜管埋设
a）测斜管宜采用Φ20PVC高精度测斜管和配套连接管、底盖。
b）每点管节总长自墙顶到钢筋笼底。
c）测斜管纵向垂直绑扎在设点处围护支护结构的钢筋笼内侧，绑扎间距不宜大于1.5m。
d）安装绑扎时，各节测斜管的上下管间应对接良好，无缝隙，接头和管底处应牢固固定、密封。
e）测斜管绑扎时应调正方向，使管内的一对测槽垂直于测量面（即平行于位移方向，如下图）。
f）埋设后管内应用清水冲洗干净、并用测斜预通器检查顺畅合格后封护顶部，保持测斜管的干净、通畅和平直。
g）做好清晰的标示和可靠的保护措施。
（a）测斜管导向槽（b）测斜管布设示意图
墙体测斜管的布设
（3）地下水位监测孔埋设
依据《供水水文地质钻探与凿井操作规程》（CJJ13）的有关规定，水位观测孔的施工主要包括测量放线、成孔、井管加工、井管下放及井管外围填砾料等工序，其施工流程见下图，水位观测孔施工流程图。
水位观测孔施工流程图
a）成孔：
水位观测孔采用清水钻进，钻头的直径为Φ130，在钻进过程中，应及时、准确地记录地层岩性及变层深度、钻进时间及初见水位等相关数据；钻孔达到设计深度后停钻，及时将钻孔清洗干净，检查钻孔的通畅情况，并做好清洗记录。
b）井滤管加工：
井滤管的原材料为内径Φ70、管壁厚度为2.5的PVC管。
为保证PVC管的透水性，在PVC管下端0～4m范围内加工蜂窝状Φ8的通孔，孔的环向间距为12mm，轴向间距为12mm，并包土工布滤网，井滤管的长度比初见水位长6.5m，如下图所示。
水位观测井管结构图
c）下井滤管：
成孔后，经校验孔深无误后吊放经加工且检验合格的内径φ70的PVC井管，确保有滤孔端向下；水位观测孔应高出地面0.5m，在孔口设置固定测点标志，并用保护套保护。
d）回填滤料：
在地下水位观测孔井管吊入孔后，应立即在井管的外围填粒径不大于5mm的米石；
e）洗井：
在下管、回填砾料结束后，应及时采用清水进行洗孔。
洗孔的质量应符合现行行业标准《供水水文地质钻探与凿井操作规程》（CJJ13）的有关滤井规定。
并做好洗孔记录。
（4）钢支撑轴力监测点安装
a）钢支撑宜选用振弦式带测温端头轴力计（反力计）进行轴力测试。
b）轴力计规格应与设计受力相适应，分辨率≤0.08%F.S，误差≤2.0%F.S，有对应的标定书。
c）轴力计安装架应与钢支撑端头对中并牢固焊接。
在拟安装轴力计位置的墙体钢板上焊接一块250×250×25mm的加强垫板，以防止钢支撑受力后轴力计陷入钢板，影响测试结果。
（如下图）
钢支撑反力计与支撑关系示意图
d）待焊接温度冷却后，将轴力计推入安装架并用螺丝固定好。
e）安装过程必须注意轴力计和钢支撑轴线在一直线上，各接触面平整，确保钢支撑受力状态通过轴力计正常传递到支护结构上。
（5）砼应力监测点埋设
a）混凝土支撑宜采用振弦式带测温钢筋应力计进行内力测试，宜布置在支撑长度的1/3部位，在支撑钢筋绑扎时进行埋设。
b）钢筋应力计规格应与主钢筋直径一致，分辨率≤0.04%F.S，误差≤1.5%F.S，有对应的标定书。
c）每支撑测点应布4个应力计，分别布设在上、下层二侧主筋上（见下图）。
钢筋砼支撑应力计布置示意图
d）钢筋应力计连接杆长50d（d—主筋直径），二端与主筋焊接，焊缝长度双面焊5d，单面焊10d，焊接时应注意对应力计冷却保护。
e）钢筋应力计测读电缆穿PVC护管引至相对集中、方便测读的位置，引出端应作好编号标识，电缆接头应作好密封防渗处理。
f）砼浇筑时应旁站监护，防止振捣棒，碰撞损坏应力计和护线管。
3、施测方法
1）围护结构顶水平位移监测
a）水平位移监测控制网的测设
b）水平位移监测控制网是水平位移监测的基准，为满足本工程水平位移监测精度要求，水平位移监测控制网按两级布设，首级平面基准点按《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）一级变形测量（监测点坐标中误差±1.0mm）布设一级GPS监测平面控制边角网，技术指标如下表。
监测平面控制网技术指标表
级别
角度中误差
（”）
边长中误差
（mm）
最短边边长相对中误差
一级
±1.0
±1.0
1:
200000
二级
±1.5
±3.0
1:
100000
平面基准点覆盖本标段全线，共约8点，基桩点选设在施工影响区外利于保护和引测区域，各基准点均建立带强制归心标志的观测墩。
首级网与附近3个以上城市相应等级平面控制点联网，并采用与施工一致的平面坐标系统。
首级网用双频GPS接收机按《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18413）规定施测。
为方便施测，在首级网下近监测对象，相对稳定位置布设工作基点，工作基点埋设同上，按《建筑变形测量规范》二级控制网要求施测。
场区已有施工平面控制网满足监测要求时，将予检查利用。
平面监测控制网每1～2月进行复测检验其稳定性。
c）水平位移监测方法及精度分析
水平位移监测拟采用基准线法或极坐标法测量法。
根据施工监测的时效性要求，宜使用高精度仪器，采用简易、省时、精度可靠的监测方法。
①轴线法：
轴线法测量只能测量出一维位移，具体做法是，沿基坑的直线边缘建立一条轴线，并在轴线上每隔一定距离布设位移观测点，测量时不需要测量角度和边长，只需用经纬仪将轴线投射到位移点旁，量取测点偏移轴线的距离d，通过比较两次的偏差值即可确定位移量。
轴线法测量的主要误差来源包括：
仪器对中误差
，轴线瞄准误差
，距离量取误差
等，采用精度估计公式：
（4-1）
对于采用J1级经纬仪，望远镜的测量倍数一般为40倍，则其瞄准误差为：
（4-2）
轴线法位移测量原理
当目标离测站的距离为D时，并考虑后视目标和监测目标的瞄准误差，由瞄准误差一测回测量而引起的误差为：
（4-3）
取测站对中误差为
0.5mm，由于偏距一般只有几厘米，且每次测量时采用同一钢卷尺的同一部位，此时估读的误差一般较小，设
，为消除仪器轴系误差的影响，至少需要观测一测回。
根据以上的分析，J1经纬仪一测回测量100m目标的测量误差：
（4-4）
则位移测量的误差为：
（4-5）
②极坐标法
极坐标法可以测量二维的平面位移，是变形测量中最常用的方法，影响测量精度的误差来源主要是测角误差、测距误差、仪器和目标对中误差，若仅考虑测量误差的影响，得到极坐标法点位误差的计算式：
（4-6）
其中
为测角中误差，
为测站点到监测点的水平距离。
采用J1经纬仪一测回测角精度为1.41"，对离测站100米的测点，由测角引起的误差为±0.69mm，采用1＋2ppm精度的测距仪的距离测量中误差
为±1.2mm。
仅考虑测量误差测量所得到的点位误差为±1.4mm，要达到变形监测的精度要求，宜观测四测回，此时的点位误差为：
（4-7）
由上面的分析可以看出，采用极坐标法测量虽然能测出二维的位移，但即使不考虑测站和目标的对中误差，用J1经纬仪也需观测四测回才能够满足精度要求。
2）围护结构变形监测
支护结构水平位移监测，采用设备为活动式测斜仪。
测斜仪由探头、电缆、接收仪表组成，测斜仪通过测量测斜管轴线和铅锤线之间的夹角变化量进而计算出维护或土层各点的水平位移。
在需要进行测斜的部位埋设与测斜仪配套的测斜管，测斜管内部有两对互成90°的导向凹槽，把测斜仪的一组导向轮沿测斜管导向凹槽放入管中，自下而上每隔0.5m距离读数一次，测定测斜仪与垂直线之间的倾角变化，即可得出不同深度部位的水平位移。
由于测斜所反映的支护结构位移是相对于支护结构墙顶不动点的相对位移，故尚须测出墙顶的绝对位移，两者相比较才能得出支护结构纵深方向各点的绝对位移，方能比较真实地反映施工期间支护结构的变形情况；另外，通过多点测试支护结构的水平位移，基本上能勾画出整个基坑施工中引起的位移场分布形态。
从而指导基坑开挖和支撑系统的施工，使基坑本体的稳定性得到有效控制。
施测时，测斜仪探头应沿导槽缓缓沉至孔底，在稳定10～15min后，自下而上以0.5m逐段测出需量测方向上的位移，每个测点均应进行正反两次量测。
各量测段水平位移按式（4-8）计算：
（4-8）
式中△Xn——管口下第n个测段处水平位移值（mm）;
l——量测段长度（mm）；
αi——管口下第i个量测处本次测试倾角值；
αio——管口下第i个量测处初始值测试倾角值；
Xo——实测管口水平位移（mm），当采用底部作为起算点时Xo＝0。
测斜数据记录：
测斜仪具有自动记录功能，经过传输进入电脑，通过专用数据处理软件直接形成监测报表和测斜曲线，可以很直观的反映出支护结构的变形情况。
3）支撑轴力监测
支撑轴力宜用振弦式传感器设点后用频率读数仪进行测读后用以下公式计算支撑轴力。
（4-9）
其中：
——支撑轴力（kN）
——标定系数（kN/Hz2））
——观测频率值（Hz）
——初始频率值（Hz）
根据每次计算得到的观测轴力成果，可以得到本次支撑轴力变化量和累计支撑轴力变化量。
（4-10）
其中：
——第i点本次支撑轴力变化量（MPa）
——累计支撑轴力变化量（MPa）
需要注意的是，温度的变化同样会引起应力计的收缩和拉伸，从而产生温度应力，因此现场测得的钢筋应力计频率，必须经过温度应力修正后，才能换算为支撑轴力。
具体修正公式为：
（4-11）
其中：
——修正后频率
——现场实测频率
——温度修正系数
——测试位置的实际温度
——标准温度
4）地下水位观测
坑外地下水位主要对基坑开挖后支护结构的止水状态进行监控，以防止围护渗漏水引起坑外大量水土向坑内流失，从而导致基坑部分破坏或周围环境破坏。
在施工期间对施工基坑沿线地下水位实施监测,为施工提供及时、可靠的信息，让有关各方有时间做出反应、避免事故的发生。
地下水位观测设备采用电测水位仪，观测精度为0.5cm，其水位孔结构及水位计工作原理图如下图所示为：
水为导体，当测头接触到地下水时，水位计发出蜂鸣信号，此时可读取与水位孔口与孔内地下水位间的垂直距离，再通过用水准测量施测的孔口标高计算监测孔地下水位标高。
电测水位仪工作原理图
4、监测周期和频率
监测周期根据施工方法选用不同的观测周期和频率，但监测数据出现异常或超过预警值且其变化趋势仍不稳定时，应加大观测频率，以下项目的观测周期分别对应选取。
根据工程施工的工况合理安排监测时间间隔，做到既经济又安全。
拟定监测频率为见下表。
管廊基坑施工期：
监测内容
监测频率
桩体围护施工
基坑工程开挖
结构施工周期内
回填施工
支撑拆除期间
边坡监测
1次/2天
1次/1天
1次/2天
2次/1周
1次/1天
墙体测斜
/
1次/1天
1次/2天
2次/1周
1次/1天
墙顶沉降、水平位移
/
1次/1天
1次/2天
2次/1周
1次/1天
水位观测孔
/
1次/1天
1次/2天
2次/1周
1次/2天
支撑轴力监测
/
1次/1天
1次/2天
2次/1周
1次/1天
说明1、现场监测将采用定时观测与跟踪观察相结合的方法进行。
2、监测频率可根据监测数据变化大小进行适当调整。
3、监测数据有突变时，监测频率适当加密，必要时进行跟踪监测。
4、各监测项目的开展、监测范围的扩展，随基坑施工进度不断推进。
五、监测警戒值
1、监测警戒值的确定原则
监测警戒值的确定应满足相关规定和设计要求。
2、各监测项目的警戒值
A、基坑施工部分变形控制要求：
监测最大值如下
1）灌注桩侧向位移：
本次≤±2mm累计≤±25mm
2）支撑轴力：
设计值的80%
3）坑外地下水位:
本次≤50mm，累计≤500mm
为便于施工方在达到警戒值之前能预先采取措施，特设顶预警值，预警值为警戒值的80％，当监测结果位于预警值和警戒值之间时，可以继续施工，但应采取措施优化施工方案避免位移的进一步扩大。
相应的，监测警戒的管理也采用三级管理体系。
其中Ⅲ管理为≤0.8倍安全警戒值；Ⅱ级管理为介于0.8倍安全警戒值与1倍警戒值之间；Ⅰ级管理为超过安全警戒值（见下图）。
监测数据的分级管理
六、监测注意事项及应急措施
本监测工作中需注意的有关事项：
1、基坑
本工程基坑面积较大，且开挖深度较深，监测过程中需加强对基坑围护体系的监测，平时注意汇总分析各项监测数据，防止基坑围护体系产生较大变形。
2、工程施工过程中，可能出现一些异常情况，应采取相应的应急措施。
①雨季：
加强围护安全监测和巡视，必要时增设监测点。
②围护渗漏：
加强坑外地下水位监测、渗漏处围护安全监测和巡视。
③地面裂缝：
加强对裂缝处沉降监测、裂缝附近围护安全监测和巡视。
④基坑变形：
当出现变形异常时及时通知，并加大监测频率。
或者增加其它监测手段。
⑤监测数据持续报警：
加强监测频率，出现异常时及时通知相关单位。
七、监测资料处理与成果提交
监测数据的提交分日报表、阶段报告和最终报告。
日报表用电脑整理、计算、储存；报表分送业主、监理公司及设计单位；当实测值临近“报警”值时，即加强监测，并向业主、监理公司和其他有关部门进行报警，以便采取相应技术措施确保施工和周围环境的安全。
阶段报告是在施工阶段提出报告，为安全施工提供依据。
最终报告在监测工作全面结束后一个月内提交。
八、仪器设备配置
1、徕卡NA2型精密水准仪，GPM3平板测微器，国产铟钢尺；
2、Leica—TS30全站仪。
测角：
0.5；测距：
0.6㎜+1ppm
3、美国Sinco测斜仪，精度±0.1㎜/500㎜；
4、国产大连基坑频率计，精度±0.1Hz；
5、国产大连基坑水位计，精度±1㎜。
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