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2.4.1背景材料§2．4变形监测案例2．4．1背景材料1．工程概况某轨道交通线某区间盾构工程将通过正在施工的某住宅小区工地。目前，该工地基坑土方开挖已经完成，正在进行工程桩施工。地铁隧道将从工程桩中间穿过，两者最近距离1．7～1．8m。该地段工程地质条件差，存在较厚的淤泥层和砂层。住宅小区基坑用搅拌桩、旋喷桩止水，支护采用喷锚支护。目前，住宅小区周边较大范围内地面有明显沉降，该区域建筑大部分为多层建筑，其基础有采用静压桩(桩长12～18m)，有采用锤击灌注桩(持力层为强风化层)，另有部分建筑物基础形式未明。由于地质和设计原因，该地段地铁隧道顶部部分需在砂层中成孔，成孔过程中流沙和降水均可能会对周边环境造成如下影响：(1)成孔过程中流沙可能会引起周边地面、建筑物沉降；(2)成孔过程中流沙可能会引起周边土体、工程桩位移；(3)成孔过程中流沙可能会引起周边水位下降，导致淤泥层固结压缩，引起周边地区、建筑物沉降；(4)隧道穿过止水幕墙时对止水幕墙的扰动和周边土体变形而引起止水幕墙的变形可能拉裂幕墙，造成基坑漏水，从而导致周边地面、建筑物沉降。基于上述考虑，在采取相关加固措施以保证周边已有构筑物安全的同时，应进行严密的监测，以确保周边构筑物安全。2．实施技术方案编制依据(1)《建筑地基基础设计规范》(gb50007--2002)；(2)《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》(gb50308--1999)；(3)《建筑变形测量规范》(jgj8--2007)；(4)《工程测量规范》(gb50026--2007)：(5)《国家～、二等水准测量规范》(gb12897--2006)；(6)《城市测量规范》(cjj8—99)；(7)《建筑工程设计手册》；(8)轨道交通线区间盾构工程住宅小区段相关图纸。3．监测项目为准确了解盾构施工对周边环境和已有建筑物的影响，及时发现可能存在的危险并采用相应措施将地铁施工对周边的不利影响减至最小，确定以周边建筑物、地面(管线)沉降测量、基坑止水幕墙顶部位移和沉降测量、工程桩顶部水平位移测量为主要观测项目。具体监测项目及内容见表2—1。表2一l监测项目一览表序号项目单位数量备注1周边建筑物、地面(管线)沉降测量点1652基坑止水幕墙顶部位移和沉降点2l测量3工程桩顶部水平位移测量点204．监测方法和测点布置1)周边建筑物、地面(管线)沉降测量沉降观测(垂直位移监测)选用进口精密水准仪配合铟钢尺测量，仪器标称精度±0.4mm／km。参照《工程测量规范》(gb50026—2007)、《建筑变形测量规程》(jgj8—2007)等有关规范，沉降按三等变形测量的精度要求施测，外业观测按二等水准测量的技术要求作业。计划共埋设6个测量基准点：在住宅小区埋设3个测量基准点(其中2个为深埋式基准点，另1个基准点布置在施工影响范围外的、沉降已经稳定的桩基建筑物的结构柱位)；在邻近小区，埋设3个深埋式基准点。所有深埋式基准点均钻孔至岩层，然后在其顶部设置护罩。水准测量须在水准基点稳定后方可进行观测。基准网水准线路长约25km。建筑物沉降测点为直径14mm的膨胀螺丝，膨胀螺丝杆与墙面成600，以保证每次测量测点与测尺在同一位置接触；对于基坑止水幕墙顶部沉降测点，为减少测点埋设高度，减少测点被破坏的概率，膨胀螺丝顶部与周围高差小于1cm；对于地面沉降测点的埋设，先钻直径大于等于24mm的孔，再埋直径14mm或16mm的钢筋，钢筋穿透路面，且比路面略高。测量采用相同的观测网形，固定使用仪器和观测人员，并尽可能选择最佳观测时段，在基本相同的环境和条件下进行观测。本项目监测以建筑物结构沉降测量为主，同时测量周边地面沉降，共布置165个测点。每栋楼根据距离地铁隧道的远近、基础形式的不同布置2～12个结构沉降测点和1～4个地面沉降测点；在住宅小区基坑南侧管线位置布置8个地面沉降测点；在隧道与止水幕墙交叉的2个位置各布置6～8个地面沉降测点。2)基坑止水幕墙顶部位移和沉降测量监测工作基点在基坑四周布置，同时在远处稳固的地方布置基准点，测量工作基点的变化情况，共布设约12个基准点和工作基点，基准网与工程桩顶部水平位移测量公用。水平位移监测控制网的主要技术要求见表2—2。表2．2水平位移监测控制网的主要技术要求等级相邻控制点点位中误差／film平均边长／m测角中误差／(”)最弱边相对中误差主要作业方法和观测要求ⅱ±3．o150士1．8≤1／70000按三等三角测量进行水平位移观测使用精密全站仪配合棱镜并采用极坐标法施测；测量采用二等水平位移标准测量，变形点的点位中误差≤3mm；测点采用强制对中，减少对中误差。沉降测量方法同周边建筑物、地面(管线)沉降测量。基坑止水幕墙顶部位移和沉降测量共布置21个测点。在止水幕墙的顶部布置测点时，测点间距15～30m。3)工程桩顶部水平位移测量工程桩顶部水平位移测量的测量方法同基坑止水幕墙顶部位移测量。工程桩顶部水平位移测量共布置20个测点。在隧道两边82条工程桩中选择20条桩，在桩顶布置水平位移测点。5．监测频率监测时间从××××年××月开始至××××年××月结束，历时约6个月，分为3个阶段：地铁隧道施工前、地铁隧道施工中、地铁隧道施工后。由于本项目监测时间较短，基准网没有复测计划，但每次观测前必须对基点或工作基点进行稳定性检查。从工程实际情况出发可将测量分为两部分：一部分是所有测点定期普遍测量，一部分是对在隧道经过位置前后的测点进行加密观测。观测周期、次数初步确定如下：(1)各监测项目测初值1次。(2)地铁隧道监测频率见．表2—3。表2—3地铁隧道监测频率变形速度w／(mm／d)监测频率施工状况喷锚暗挖法盾构掘进法w10每天2次距工作面1倍洞径距盾尾1倍洞径5w≤10每天1次距工作面1～2倍洞径距盾尾1-2倍洞径1w≤5每2天1次距工作面2～5倍洞径距盾尾2～5倍洞径w≤17～14天1次距工作面大于5倍洞径距盾尾大于5倍洞径(3)地铁隧道施工后(3个月)，按变形情况确定，一般每月测量1～2次，直至隧道稳定为止。2.4.2分析要点2．4．2分析要点1．变形监测的定义变形监测是对监视对象或物体(简称变形体)进行测量，以确定其空间位置随时间的变化特征。对于工程的变形监测来讲，变形体一般包括工程建筑物、构筑物及其设备，以及其他与工程建设有关的自然或人工对象，例如大坝、船闸、桥梁、隧道、高层建筑、古建筑、高边坡、采矿区等都称为变形体。变形又分为两类：变形体自身的变形和变形体的刚体位移。变形体自身的变形包括伸缩、错动、弯曲和扭转四种变形，而刚体位移则包括整体平移、整体转动、整体升降和整体倾斜四种变形。变形监测分静态变形监测和动态变形监测：静态变形通过周期性测量得到，动态变形通过连续监测得到。2．变形监测的内容变形监测包括水平位移、垂直位移监测，倾斜、绕度、弯曲、扭转、震动、裂缝等的测量，还包括与变形有关的物理量的监测，如应力、应变、温度、气压、水位、渗流、渗压、扬压力等的监测。3．变形监测的特点(1)周期性观测；(2)精度要求高，对不同的任务，变形监测所要求的精度不同；(3)综合应用各种观测方法；(4)数据处理要求严密；(5)需要多学科知识的配合。4．变形监测方案设计的内容（重点）(1)测量方法和设备的选择；(2)监测网布设；(3)测量精度和观测周期的确定。5．变形监测的方法(1)常规的大地测量方法：如精密高程测量、精密距离测量、角度测量等；(2)专门的测量手段和技术：如液体静力水准测量、准直测量、应变测量、倾斜测量等；(3)空间测量技术：gps测量、insar技术；(4)摄影测量和激光扫描技术。6．测量基准点的布设布设测量基准点，是为了保证测量的基准统一，布设工作基点是为了便于测量工作，并减小测量误差。必须保证基准点的稳定性，定期进行测量、分析，工作基点与测量基准点问也必须进行测量，以得到工作基点的坐标值，同时可根据坐标值的差异，判断工作基点的稳定性。7．变形观测数据的处理变形观测的数据可分为两种：一种是监测网的周期观测数据，根据这些数据，计算网点的坐标，进行参考点稳定性检验和周期间的叠合分析，从而得到目标点的位移；另一种是监测点上某一种特定的形成时间序列的监测数据，如应力、应变、温度、气压、水位、渗流、渗压、扬压力等，对它们进行回归分析、相关分析、时序分析和统计检验，确定变形过程和趋势。变形观测数据处理包括整理、整编观测资料，计算测点坐标和变形量，以及分析变形的显著性、规律和成因等。8．变形观测资料的整理、整编工作的主要内容(1)对观测记录进行核校，检查是否有记录、计算错误；(2)数据的存档及入库；(3)绘制相应的图表(如变形过程线、测站分布图等)。9．变形监测资料分析的常用方法(1)作图分析：将观测资料绘制成各种曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘制成过程线；(2)统计分析：用数理统计方法分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特种，分析观测物理量的周期性、相关性和发展趋势；(3)对比分析；(4)建模分析：建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行预报和实现安全控制；常用的数学模型有统计模型、确定性模型和混合模型。10．变形测量工程应提交的成果资料(1)技术设计书和测量方案；(2)监测网和监测点布置图；(3)标石、标志规格及埋设图；(4)仪器的检校资料；(5)原始观测记录；(6)平差计算、成果质量评定资料；(7)变形观测数据处理分析和预报成果资料；(8)变形过程和变形分布图表；(9)变形监测、分析和预报的技术报告。2.4.3样题2．4．3样题简答题(1)为完成变形监测任务，除了布设变形监测点外，还布设了测量基准点和工作基点。布设测量基准点和工作基点的目的是什么?(2)对变形监测资料进行分析是变形监测的主要工作之一，常用的方法有哪几种?(3)该项目完成后，提供给甲方的成果应包含哪些内容?2．4．4参考答案简答题(1)为完成变形监测任务，除了布设变形监测点外，还布设了测量基准点和工作基点。布设测量基准点和工作基点的目的是什么?[参考答案]布设测量基准点，是为了保证测量的基准统一，布设工作基点是为了便于测量工作，并减小测量误差。必须保证基准点的稳定性，定期进行测量、分析，工作基点与测量基准点间也必须进行测量，以得到工作基点的坐标值，同时可根据坐标值的差异，判断工作基点的稳定性。(2)对变形监测资料进行分析是变形监测的主要工作之一，常用的方法有哪几种?[参考答案]——作图分析：将观测资料绘制成各种曲线，常用的足将观测资料按时间顺序绘制成过程线；——统计分析：用数理统计方法分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特种，分析观测物理量的周期性、相关性和发展趋势；——对比分析；——建模分析：建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行预报和实现安全控制；常用的数学模型有统计模型、确定性模型和混合模型。(3)该项目完成后，提供给甲方的成果应包含哪些内容?[参考答案]——技术设计书和测量方案；——监测网和监测点布置图；——标石、标志规格及埋设图；——仪器的检校资料；——原始观测记录；——平差计算、成果质量评定资料；——变形观测数据处理分析和预报成果资料；——变形过程和变形分布图表；——变形监测、分析和预报的技术报告。