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监控量测与信息反馈技术二〇一二年四月刘招伟中国中铁隧道集团有限公司城市地下工程主要内容一、城市地下工程特点及其主要施工方法二、监测与信息反馈的目的和意义三、主要监测项目及其确定原则四、主要监测仪器设备及监测方法五、变形控制基准的确定六、监控量测方案的编制七、监测数据处理与信息反馈技术八、围岩（支护结构）稳定技术措施一、城市地下工程特点及其主要施工方法城市地下工程特点地质条件复杂周边环境复杂结构埋深浅、与邻近结构相互影响荷载不确定、结构及围岩稳定性难以判断一、城市地下工程特点及其主要施工方法主要施工方法暗挖法沉管法明挖法明挖顺做（放坡、桩墙及支撑支护）盖挖顺筑法盖挖逆筑法矿山法盾构法钢壳方法干船坞法一、矿山法全断面法、台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法、侧洞法、柱洞法、PBA法等。二、盾构法敞开式盾构、土压平衡盾构、泥水平衡盾构等。一、城市地下工程特点及其主要施工方法暗挖法一、城市地下工程特点及其主要施工方法采用浅埋暗挖法施工时，常见的典型施工方法是台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法如CRD工法、单侧壁导坑超前台阶法、双侧壁导坑台阶法（眼睛工法）、中隔墙法等。施工方法见下表。施工方法示意图重要指标比较适用条件沉降工期防水一次支护拆除量造价全断面法地层好跨度≤8m一般最短好没有拆除低台阶法地层较差跨度≤12m一般短好没有拆除低上半断面临时封闭台阶法地层差跨度≤12m一般短好少量拆除低台阶环形开挖法地层差跨度≤12m一般短好没有拆除低单侧壁导坑台阶法地层差跨度≤14m较大较短好拆除少低中隔墙法（CD法）地层差跨度≤18m较大较短好拆除少偏高一、城市地下工程特点及其主要施工方法接上表交叉中隔墙法（CRD法）地层差跨度≤20m较小长好拆除多高双侧壁导坑法（眼睛工法）小跨度，连续使用可扩成大跨度大长效果差拆除多高中洞法小跨度，连续使用可扩成大跨度小长效果差拆除多较高一、城市地下工程特点及其主要施工方法接上表侧洞法小跨度，连续使用可扩成大跨度大长效果差拆除多高柱洞法多层多跨大长效果差拆除多高群洞法单层多跨小短效果好拆除少低越秀公园站中间通道剖面图越秀公园站斜通道剖面图左线斜通道右线右线中通道左线高程-10-20010（m)一、城市地下工程特点及其主要施工方法接上表ⅡⅥⅧⅣⅣⅡⅣⅡⅥφ32锁脚锚杆φ32锁脚锚杆Ⅱφ32锁脚锚杆一、城市地下工程特点及其主要施工方法台阶法CRD法施工照片中洞法一、城市地下工程特点及其主要施工方法PBA一、城市地下工程特点及其主要施工方法按开挖面形式分敞开式盾构窗闸式盾构封闭式盾构按土压力平衡方式分土压平衡盾构泥水加压盾构全敞式盾构窗闸式盾构盾构法隧道施工盾构分类一、城市地下工程特点及其主要施工方法土压平衡盾构示意图土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。一、城市地下工程特点及其主要施工方法土仓压力控制因素图增大/减小推进速度增大/减小螺旋输送机排放速度地下水压土压土压平衡盾构的概念土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。一、城市地下工程特点及其主要施工方法土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持：①土仓内的土压力平衡地层压力和水压力，②螺旋输送机调节排土量；③适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。当土仓内的土压力大于地层压力和水压力时，地表将隆起；当土仓内的土压力小于地层压力和水压力时，地表将下沉；因此土仓内的土压力应与地层压力和水压力相平衡。一、城市地下工程特点及其主要施工方法泥水平衡盾构示意图切削刀盘刀盘驱动马达排浆泵操作控制台推进千斤顶环片拼装机密封油脂装置气锁室压力夹舱密封隔舱板切削刀盘刀盘驱动马达排浆泵操作控制台推进千斤顶环片拼装机密封油脂装置气锁室压力夹舱密封隔舱板泥水平衡盾构的泥水系统分离站调浆池送泥泵中继泵排泥泵泥水平衡盾构的概念泥水盾构是在机械式盾构的刀盘后面设置隔板，隔板与刀盘之间形成泥水仓，将加压的泥水送入泥水仓，当泥水仓充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来维持开挖面的稳定。盾构推进时由刀盘旋转切削土砂，经搅拌后形成高浓度泥浆，然后用流体输送方式送到地面，在地面通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整后，再输送到开挖面一、城市地下工程特点及其主要施工方法泥水平衡盾构工作原理泥水盾构通过向密封的泥水仓内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表面形成泥膜，有助于改善围岩的自稳能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。通过泥膜，产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。一、城市地下工程特点及其主要施工方法渗透系数与岩性、粒径沉管隧道施工沉管隧道主要工艺流程干坞及坞底处理施工管段预制(含预埋件施工)堤岸处理、接口段及止推结构施工基槽浚挖及回淤清理一次舾装及试漏干坞进水、坞门破除管节逐节浮运出坞、临时系泊及二次舾装临时垫块安装管节浮运、沉放对接管节对称回填管节抛石锁定、基础施工最终接头施工管节对称回填循环航道恢复二次围堰岸上段结构施工一、城市地下工程特点及其主要施工方法二、监控量测与信息反馈的目的和意义修正设计指导施工安全评价积累资料二、监控量测与信息反馈的目的和意义安全评价根据监测结果及分析成果，对工程自身安全状况及受影响周边环境安全状况，作出相应安全评价。二、监控量测与信息反馈的目的和意义指导施工根据监测结果及分析成果明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节，指导施工采取相应工程措施。二、监控量测与信息反馈的目的和意义修正设计用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，调整相应的设计支护参数。二、监控量测与信息反馈的目的和意义积累资料通过监控量测，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。监控量测工作的现状、存在的问题及解决办法1、现状1）各建设、施工单位水平对监测工作的认识不统一，导致监测的要求也不统一；2）施工单位对监测与信息反馈工作的实施方法不同，效果不同。2、存在的问题1）未把监测与信息反馈作为工序编入施工组织设计，有的虽然作为工序编入，但实施不规范，不彻底，应用效果较差；2）实施过程中缺少专业技术人员，特别是信息反馈方面的人员，很少能结合施工情况，对监测信息进行有效分析，未能对工程设计和施工起指导作用；3）缺乏安全评估标准及监测控制基准。3、解决办法1）就隧道工程的安全评估标准及控制基准进行研究；2）在规范施工方监测的基础上，引入具备监测资质的第三方监测，对促进监测技术健康发展具有积极意义。二、监控量测与信息反馈的目的和意义三、主要监测项目及其确定原则监测项目确定原则可靠行原则多层次监测原则实用方便原则关键区域监测原则经济合理原则可靠性原则仪器适用可靠；测点稳固可靠；系统完善可靠；数据真实可靠；三、主要监测项目及其确定原则多层次监测原则监测对象：以位移监测为主，兼顾其他；监测方法：仪器监测与人工巡视并重；仪器选择：在经济可靠的原则下，以人工监测为主，辅以自动化监测。监测设计：监测设计应点面结合，联系成网；三、主要监测项目及其确定原则关键区域监测原则实施监测前，应对工程状况，周边环境进行分析针对工程自身重点、难点、重要周边环境等关键区域，进行重点监测。三、主要监测项目及其确定原则方便使用原则为减少监测与施工、监测与周边环境间的相互干扰，监测的设计和实施应兼顾方便实用的原则三、主要监测项目及其确定原则经济合理原则监测设计和实施过程中，应考虑经济合理的原则在满足需求的情况下，不必过分追求仪器设备的先进性。三、主要监测项目及其确定原则明（盖）挖法主要监测项目-必测项目一、地表沉降（含临近建构筑、管线沉降）二、建构筑物变形、倾斜三、围护桩（墙）顶水平位移四、围护桩（墙）体水平位移五、支撑（锚索）轴力六、地下水位七、中柱沉降（盖挖法）三、主要监测项目及其确定原则一、桩（墙）体内力二、围岩压力（桩体背后压力）三、渗水压力四、基坑回弹明（盖）挖法主要监测项目-选测项目三、主要监测项目及其确定原则一、地表沉降（含临近建构筑、管线降）二、地下水位三、建构筑物变形、倾斜四、结构拱顶沉降五、结构水平收敛矿山法主要监测项目-必测项目三、主要监测项目及其确定原则一、土体水平位移二、渗水压力三、地层分层沉降四、初支（二衬）结构应力五、围岩接触应力六、混凝土应力三、主要监测项目及其确定原则矿山法主要监测项目-选测项目一、地表隆沉（含临近建构筑、管线降）二、建（构）筑物倾斜三、管片上浮盾构法主要监测项目-必测项目三、主要监测项目及其确定原则一、管片应力二、渗水压力三、地层分层沉降四、土体水平位移五、围岩接触应力三、主要监测项目及其确定原则盾构法主要监测项目-选测项目水准仪、经纬仪、全站仪、收敛计、测斜仪分层沉降仪、单点（多点）位移计、裂缝计建筑物倾斜仪等四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-位移类监测仪器钢筋计、压力盒、应变计、轴力计、锚杆测力计、频率接收仪等四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-应力应变类监测仪器水位计、渗水压力计、爆破震动仪、管线探测仪等四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-其他监测仪器主要用于垂直类沉降位移观测测量各测点之间高差的光学仪器水准仪可用来建立沉降控制监测网四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水准仪主要用于垂直类沉降位移观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水准仪主要用于角度类观测；精密测定水平角度、垂直角度；配合钢尺可测量测点距离仪器的水平距离四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-经纬仪主要用于角度观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-经纬仪主要用于角度、距离、坐标观测可用于建立平面控制网四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-全站仪主要用于角度、距离、坐标观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-全站仪主要用于隧道周边收敛观测主要由连结转向、测力、测距三部分组成用于观测某一时段的收敛值收敛值：指两测点在某时间内的距离的变化量四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-收敛仪主要用于隧道周边收敛观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-收敛仪主要用于土体（桩、墙体）深层水平位移观测可分为固定式、滑动式两种固定式：测头固定埋设在结构物内部的固定点上滑动式：活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动，测定斜度变化，计算水平位移。（常用方式）四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-测斜仪主要用于土体深层水平位移观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-测斜仪主要用于土体深层垂直位移观测通过电感探测装置，根据电磁频率的变化来观测埋设在土体不同深度内的钢环（磁环）的确切位置，再由其所在位置深度的变化计算出地层不同标高处的沉降变化情况。分层沉降仪可用来监测由开挖、打桩等地下工程引起的周围深层土体的垂直位移（沉降或隆起）的变化。四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-分层沉降仪主要用于土体深层垂直位移观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-分层沉降仪主要用于在同一钻孔内沿其长度方向不同深度布置3至6个测点，测量各个测点沿长度方向的位移主要分单点式、多点式组成：锚头、传递杆、护管、支撑架、传感器护罩、灌浆管等组成四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-变位计四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-变位计四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水位计主要用于观测地下水位变化的仪器，可用