地铁工程监控量测技术

地铁工程量测监控刘维宁北方交通大学本课题研究的三类环境影响问题管线楼房桩基桥面管线隧道目的、意义、必要性345678910图2-2呼家楼站、桥墩桩基及地面建筑位置关系剖面图高层建筑11图3-1科南路—知春路区间隧道与城铁立交桥墩桩基础关系剖面图121950022192093123721930196096567852888384742002185219966图5-5国贸站与国贸桥桥墩位置关系Ⅴ—Ⅴ剖面图监控量测实施流程监测与工程施工关系协调修改或继续按设计要求施工判断数据采集、分析监控量测测点安装编制监测方案现场调查，收集基本资料1、监控量测目的2、监控量测方案3、监控量测问题1监控量测的目的（1）监视地层、支护与结构的应力和变形情况，验证支护系统的设计稳定性。（2）保障监控变形在允许范围之内，保障地层稳定和施工安全。（3）通过量测数据的分析处理，掌握各种数据的变化规律，提供地层和支护系统衬砌最终稳定的信息。（4）积累量测数据，为今后的设计与施工提供工程类比的依据。编制标准(1)北京地铁***标土建工程施工招标文件及投标书；(2)北京地铁***标土建工程施工设计图；(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》JGJ/T8-97；(6)《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97；(7)《工程测量规范》GB50026-93；(8)《城市测量规范》CJJ13-87；(9)《城市地下水动态观测规程》CJJ/T76-98；(10)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99；(11)《岩土工程安全监测手册》。2.1主要内容工程特点分析，工程监测项目确定，监测目标现场调查，监测控制指标与执行标准，必要的施工力学分析以确定预警值和预警过程，测点布置方案，量测仪器选择，监控量测计划，数据处理与报表方案，量测管理机构与预警措施，投资估算。2、监控量测方案工程特点分析周围环境建（构）筑物与管线，结构特点，地质特点地下水施工方法特点2、监控量测方案呼家楼站呼家楼站呼家楼站高架桥桥墩道路红线呼家楼站工程监测项目确定地表（地层）沉降管线建筑物（含基础）桥梁（含基础）地下构筑物（既有地铁）隧道洞内沉降与收敛基坑变形量测支护及结构内力水位2、监控量测方案DH4-13DH4-12DH4-11DH4-10DH4-9DH4-8DH4-7DH4-6DH4-5DH4-4DH4-3DH4-2DH4-1沉降槽沉降示意图L既有环线区间监测横向布置图监测纵向布置图地表变形测点拱顶测点收敛测线地表变形测点地表变形测点图例：地表变形测点收敛测线拱顶测点说明：1.图中尺寸均以米计。环线地铁地面测点布置图轨面变形测点,纵向间距为2米5号线崇文门站轨面变形测点，纵向间距为2米隧道收敛量测隧道收敛量测隧道围岩变形的传统量测工具：钢尺收敛计东直门隧道现场测点布设保护盒部分打开测量时平常关闭时东直门隧道测量现场基坑变形量测基坑变形形态隧道与地下工程的基本理论地下结构的荷载–地层压力–水压力（静水压力、渗透压力、浮力）–地层抗力–地层变形所产生的附加荷载–结构自重–地面附加荷载（静载、动载）隧道与地下工程的基本理论混凝土收缩徐变影响力温度应力施工荷载设备荷载人群荷载车辆荷载地震力地层压力地层压力的来源–地应力–自重应力–流变压力–膨胀力–冲击力–地温压力隧道与地下工程的基本理论地层压力的表现形式–初始应力场–二次应力场–三次，，，多次应力场–围岩及围岩压力隧道与地下工程的基本理论均匀地层基坑第一讲隧道与地下工程的基本理论地层压力荷载的性质形变压力松动压力dPd隧道与地下工程的基本理论PP0PmPddmdd形变压力PP0ddPdP隧道与地下工程的基本理论形变压力松动压力PP0PmPddmddPd第一讲隧道与地下工程的基本理论确定地层压力的方法经验类比的方法实际量测的方法计算分析的方法反演分析的方法隧道与地下工程的基本理论经验类比的方法围岩分类稳定性地压力支护设计衬砌设计物理力学指标稳定分析经验类比的方法工程岩体分级标准铁路隧道围岩分级法公路隧道围岩分类法国外通用围岩分类法RQD,Qsystem第一讲隧道与地下工程的基本理论计算分析方法一（松动压力）经典的地压理论深基坑主动与被动土压力（郎肯、库仑）隧道与地下工程的基本理论极限1极限2实际土压天然重度抗力刚度合算q1外wh内wh水压土压天然重度，浮重度抗力刚度分算条形荷载qh)2cos2sin2(2qh2竖向围岩主动压力脱离区衬砌变形曲线围岩弹性抗力侧向围岩主动压力隧道与地下工程的基本理论地下结构h第一讲隧道与地下工程的基本理论超浅埋HqH第一讲隧道与地下工程的基本理论浅埋)1(tgBHHq浅H第一讲隧道与地下工程的基本理论深埋sq6245.0sq79.114.0)245(22ottgHBtgq)(1.00.231arroofMPQJP必要的施工力学分析以确定预警值和预警过程按施工步序确立分级预警指标2、监控量测方案80.0000.150-0.1500.01000010.00000080.0000.150-0.1500.01000010.00000080.0000.150-0.1500.01000010.00000080.0000.150-0.1500.01000010.00000080.0000.150-0.1500.01000010.00000080.0000.150-0.1500.01000010.000000地层名称密度(g/cm3)计算弹性模量(Mpa)泊松比抗剪强度(Mpa)摩擦角(度)杂填土1.7100.30.0230粉土2.090.350.02330粘土1.9840.350.02614粉砂2.05260.23028中砂2.01360.2040圆砾2.15450.2032初期支护25255000.2--二次衬砌25300000.2--Simulationoftopdriftandarchconstruction-30-20-100102030-40-30-20-100Settlement（mm）(m)PilottunelTopArchstep1step2step4step5step3ComparisonIn-situmeasurement(April1995toDecember1997)andFEMpredictionThepilottunnelconstructionSectionNo.1（B187+03）-30-20-100102030-30-25-20-15-10-5Settlement（mm）(m)MeasuredPredicted-30-20-100102030-45-40-35-30-25-20-15Settlement(mm)（m）PredictedMeasuredTopdriftconstructionSectionNo.1测点布置方案2、监控量测方案地铁五号线崇文门站的施工监测图例:地表测点说明：1.本图尺寸均以米计。崇文门站测点布置平面图主断面7.86.37.86.3纵向钢筋计洞内A项及地表横断面测点布置图洞内B项量测测点布置图图例：说明：1.本图尺寸均以米计。纵向钢筋计地表测点拱顶测点收敛测线压力盒钢筋计地表测点拱顶测点收敛测线压力盒钢筋计雨水管热力管雨水管电力管拱顶测点收敛测线出入口、风道、换乘通道洞内测点布置示意图混凝土应变计混凝土应变计地表沉降拱顶下沉底板隆起隧道收敛围岩压力钢筋应力图例：地表横断面沉降测点布置图洞内B项断面测点布置图洞内A项断面测点布置图104104444444说明：0.3建筑物沉降测点示意图1.本图尺寸均以米计；地铁五号线张自忠路站的施工监测地铁四号线动物园站的施工监测街大外门直西地铁十号线呼家楼站的施工监测2.1主要内容工程特点分析，工程监测项目确定，监测目标现场调查，监测控制指标与执行标准，必要的施工力学分析以确定预警值和预警过程，测点布置方案，量测仪器选择，监控量测计划，数据处理与报表方案，量测管理机构与预警措施，投资估算。2、监控量测方案1）首次监测的时间2）关于监测标准3）临时支护内力的监测4）先进监测技术的应用5）量测工作的管理6）影响沉降的几个因素3、监控量测问题探讨首次监测时间地表洞内洞内最终地表最终开始量测1量测沉降1量测沉降2开始量测2关于监测标准监测控制标准===最小值｛管线允许值，建筑基础允许值，地层稳定允许值，地面沉降允许值｝风险分担设计院提出的标准是设计院的设计保证施工单位提出的标准是施工单位对于业主的承诺业主提出的标准是业主的要求三方的风险责任和投资平衡推断地表最大沉降基础允许最大沉降△L推断拱顶最大沉降各类建筑物允许倾斜下沉率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0.002L0.003L工业与民用建筑物相邻桩基的沉降差：砖石墙填充边排桩0.007L0.001L框架结构0.002L0.003L不均匀沉降时不产生附加力的多层、高层结构0.005L0.005L高层或多层建筑物的基础倾斜：H＜24m0.0040.00424≤H＜600.0030.00360≤H＜1000.0020.002H≥1000.00150.0015注：(a)L指相邻柱基的中心距离或基础长，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。推断地表最大沉降管线允许最大沉降推断拱顶最大沉降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；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5mm。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，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，推断地表最大沉降桥面允许最大沉降△推断拱顶表大沉降guan关于桥基的控制标准是什么？地面沉降允许值-30mm,+1mm由此推算拱顶沉降允许值99隧道内失稳guan关于隧道失稳的控制标准是什么？初期支护变形允许值–正确地理解和使用规范隧道规范中，没有给出初期支护的变形允许值仅有围岩变形的经验控制值基坑变形允许值为桩顶位移30桩体位移50地面沉降30重点控制拱部沉降地表洞内考虑地面沉降和隧道内变形的时间滞后特点应重点监空隧道内变形，也就是初期支护变形监测控制指标与执行标准控制标准=最小值｛管线允许值，建筑基础允许值，地层稳定允许值，地面沉降允许值｝落实到工作面（拱顶沉降值）2）临时支护内力的监测3、监控量测问题探讨3）先进监测技术的应用3、监控量测问题探讨隧道围岩变形的传统量测工具：钢尺收敛计尽管钢尺收敛计本身的读数精度很高，但在监测过程中，受到设备安置等各种因素的限制，实际精度容易受人为因素制约和影响。从而失去了数据的可靠性和参考价值，难以保证施工安全。非接触量测方法的分析比较所谓非接触量测是指应用光电测距、摄影测量、传感器等现代测试技术手段在不接触被测目标点的情况下，获取被测点的空间位移信息的方法。目前尝试过的非接触量测方法主要有：1、近景摄影测量；2、多通道无线遥测隧道围岩位移；3、光纤检测技术；4、经纬仪空间前方交会及全站仪三维测量。东直门隧道现场测点布设保护盒部分打开测量时平常关闭时东直门隧道测量现场部分软件界面4）量测工作的管理3、监控量测问题探讨应包括的内容：–测点描述（平面，纵面，横面，设置方式）图形–地质特征，地下水情况（如需要的话）–施工状态描述：台阶，分层分块等–量测时刻，时间–量测人–分析–图表：横坐标为距工作面的距离，时间，–注明工作面状态。东直门K39+330断面各测线历时曲线图DH4-13DH4-12DH4-11DH4-10DH4-9DH4-8DH4-7DH4-6DH