地铁隧道及车站监控量测方案.docx
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地铁隧道及车站监控量测方案
地铁隧道及车站监控量测方案
1施工监测目的
将监控量测作为一道工序纳入到施工组织设计中去。
其主要目的为：
⑴了解暗挖隧道和明开车站的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。
⑵为修改工程设计方案提供依据。
⑶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。
⑷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。
⑸积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。
2监控量测设计原则
⑴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：
第一，系统需要采用可靠的仪器。
第二，应在监测期间保护好测点。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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。
3监测项目
3.1监测项目分类
本工程的施工监测项目分为A类和B类。
⑴A类监测项目：
包括地质及支护观察、周边位移、拱顶下沉、地表沉降、地下水位等项目，属必测项目，施工时严格按照有关规范设计要求进行监测。
⑵B类监测项目：
包括土体水平位移、土体垂直位移、围岩压力、钢架应力，属于选测项目，根据设计要求，施工的实际要求和地层情况选择有实际意义的监测项目进行监测，以保证结构施工满足设计要求。
各种观测数据相互印证，确保监测结果的可靠性，为确保周围建筑物的安全，合理确定施工参数提供依据，达到反馈指导施工的目的。
3.2区间隧道监测项目
区间隧道标准断面监测项目如下表所示。
区间隧道标准断面监测项目表
监测项目
监测仪器
监测范围及测点布置
量测频率
洞内、外观察
地质预探、描述，拱架支护状态、建（构）筑物等观察和记录，每一开挖环一个断面
开挖后立即进行
初期支护结构
拱顶沉降
水准仪
每10m一个断面，交叉口处加密为5m
开挖面距监测断面≤2B时1次/天；
开挖面距监测断面≤5B时1次/2天；
开挖面距监测断面>5B时1次/周；
初期支护结构
净空收敛
收敛仪
每10m一个断面，交叉口处加密为5m
地表沉降
水准仪
隧道纵向25m一个横向监测断面，横向2.5～5m一个测点；在特殊地质地段和周围存在重要建（构）筑物时，监测断面间距应加密。
周围建（构）筑物
沉降、倾斜、裂缝
水准仪、经纬仪或全站仪、裂缝宽度板或游标卡尺
在隧道影响范围内的建、构筑物，在建筑物的拐角上，高低悬殊或新旧建筑物连接处，伸缩缝、沉降缝和不同埋深基础的两侧。
开挖面距监测断面≤2B时1次/天；
开挖面距监测断面≤5B时1次/2天；
开挖面距监测断面>5B时1次/周；
地下管线沉降
水准仪
地下管线每5～15m一个测点，管线接头处，位移变化敏感部位
3.3车站监测项目
车站监控量测项目如下表所示。
车站监控量测项目表
序号
监测项目
监测仪器及元件
监测精度
测点布置
监测频率
监测范围
测点断面及间距
1
基坑内外观察
目测
基坑外地面、建筑地层土质描述支护桩、内支撑
全过程，每天随时进行
2
基坑周围地表沉降
精密水准仪、铟钢尺
11mm
周围一倍基坑开挖深度
长、短边中点，且纵向间距为30m范围内
围护结构施工1次/天；开挖过程2次/天；主体施工1～2次/周
3
桩顶
位移
全站仪
1mm
桩顶冠梁
长、短边中点，阳角处，且长边上间距不大于10m
基坑开挖期间不低于1次/天；基坑开挖完成后1～7天，1次/天；7～15天，1次/2天；15～30天，1次/3天；30天以后，1次每周；稳定后1次/月。
4
桩体水平位移
测斜仪
测斜管
1mm
桩体全高
长、短边中点，阳角处，且长边上设3～4个主测断面
5
支撑轴力
应力计、频率接收仪、位移计
00.15%F×S
支撑端部或中部
主体基坑每层支护布置2个角撑测点，3～4个横撑测点，撑布置1～3个测点
6
土钉拉力
土钉反力计，读数仪
00.15%F×S
土钉拉力每层布设2个测点，基坑一测一个。
7
地下水位
电测水位计
5mm
基坑周边
基坑周围布置3个监测孔
基坑开挖期间H≤5m，1次/3天；5≤H≤10m，1次/2天；10≤H≤15m，1次/天；H≥15m，2次/天；开挖完成后1～7天，1次/天；7～15天，1次/2天；15～30天，1次/3天；30天后，1次/天；数据稳定后，
1次/月
8
地表沉降
水准仪
1mm
布置两个验测断面，断面测点数量为5～11个，点间距3～8m
9
地下管线
全站仪
1mm
基坑两侧
管线接头处，或对位移变化敏感的部位，不超过20m
10
重要建筑物整体倾斜
精密水准仪、铟钢尺、全站仪、裂缝观测仪
0.1mm
1”
周边构筑物
建筑物转角点结构桩
3.4基坑开挖监控项目
基坑开挖监控量测项目如下表所示。
基坑开挖监控量测项目表
监测项目
方法及工具
测点布置
监测频率
A
项
量
测
墙顶位移
经纬仪
沿基坑周边10～15m
开挖第一层土体时（0.2～-4.0）：
1次/3天，
开挖第二层土体时（-4.0～-8.6）：
1次/2天，
开挖第三层土体以后施工结束：
1次/天
地表沉降
水准仪、铟钢尺
沿基坑周边15～20m
建筑物沉降及倾斜
水准仪、铟钢尺
结合地表沉降点布设
地下管线变位
水准仪、铟钢尺
结合地表沉降点布设
支撑轴力
轴力计或应变计
轴力较大处布置，共约50点
桩位变形
测斜管、测斜仪
孔间距15～20米，同一孔测点间距0.5米
B
项
量
测
土体侧向位移
测斜管、测斜仪
2～4孔，同一孔测点距离0.5米
土压力
压力盒、频率接受仪
选有代表性的3个断面
地下水位
水位管、地下水位仪
4个水位孔
孔隙水压力
孔隙水压力计
2～4孔，同一孔测点距离2～3米
挖孔桩内力
钢筋应力计
4个桩，同一桩竖向测点距离3米
4监测测点布置
4.1监测测点布置原则
⑴观测点类型和数量的确定结合本工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑，并能全面反映被监测对象的工作状态。
⑵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，为结合施工而设计的测点，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。
⑶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测，还要有利于测点的保护。
⑷埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度。
⑸在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，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。
⑹根据监测方案预先布置好各监测点，以便监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态。
⑺如果测点在施工过程中遭到破坏，尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，保证该测点观测数据的连续性。
⑻暗挖隧道以洞内、地表、管线、房屋和桥桩监测为主布点；明挖车站、出入口以地表、管线、房屋和基坑变形监测为主布点。
4.2区间监测测点布置
⑴区间隧道标准断面地表沉降测点布置
区间隧道标准断面地表沉降测点布置图
⑵洞内测点布置
区间隧道标准断面洞内测点布置图
4.3明挖车站监测测点布置
明挖监测测点剖面布置图
5监测方法
5.1地表沉降及裂缝监测
⑴地表沉降监测
①监测实施方法
A.基点埋设：
基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基点数量根据需要设置，基点要牢固可靠。
基点埋设方法示意图如图所示。
B.沉降测点埋设：
用冲击钻在地表钻孔，然后放入长200mm～300mm，直径20mm～30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实。
基点埋设方法如下图所示。
基点埋设方法示意图
C.测量方法：
观测方法采用精密水准测量方法。
基点和附近水准点联测取得初始高程。
观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。
首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。
D.沉降值计算：
在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。
施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。
则高差△Ｈ＝Hn－H0即为沉降值。
②数据分析与处理
地表沉降量测随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度、加速度曲线图。
5.2地表裂缝观测
地表裂缝开展状况的监测通常作为地铁明挖、暗挖施工影响程度的重要依据之一。
采用直接观测的方法，将裂缝进行编号并划出测读位置，必要时可用钢尺测读。
监测数量和位置根据现场情况确定。
5.3地表建筑沉降、倾斜及裂缝监测
⑴建筑物沉降监测
①监测实施方法
A.测点埋设：
在地表下沉的纵向和横向影响范围内的建筑物应进行建筑物下沉及倾斜监测，基点的埋设同地表沉降观测。
沉降测点埋设，用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔，然后放入长直径200mm～300mm，20mm～30mm的半圆头弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实。
测点的埋设高度应方便观测，对测点应采取保护措施，避免在施工过程中受到破坏。
每幢建筑物上一般布置4个观测点，特别重要的建筑物布置6个测点。
建筑物沉降测点如下图所示。
建筑物沉降测点示意图
B.测量方法：
与地表沉降观测同。
C.沉降计算：
与地表沉降观测同。
②数据分析与处理
采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估、决策。
绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，如图所示。
如果位移的变化随时间而渐趋稳定，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的，如图中的正常曲线。
图中的反常曲线中，出现了反弯点，这说明位移出现反常的急剧增长现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即相应的工程措施。
时间－位移曲线和距离－位移曲线如下图所示。
时间－位移曲线和距离－位移曲线
在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测结构和建筑物的安全状况。
⑵建筑物裂缝观测
建筑物的沉降和倾斜必然导致结构构件的应力调整而产生裂缝，裂缝开展状况的监测通常作为施工影响程度的重要依据之一。
通常采用直接观测的方法，将裂缝进行编号并划出测读位置，观测裂缝的发生发展过程。
必要时通过裂缝观测仪进行裂缝宽度测读。
监测数量和位置根据现场情况确定。
5.4地下管线沉降监测
⑴监测实施方法
①测点布置：
地下管线测点重点布设在煤气管线、给水管线、污水管线、大型的雨水管及电力方沟上，测点布置时要考虑地下管线与隧道的相对位置关系。
有检查井的管线应打开井盖直接将监测点布设到管线上或管线承载体上；无检查井但有开挖条件的管线应开挖暴露管线，将观测点直接布到管线上；无检查井也无开挖条件的管线可在对应的地表埋设间接观测点。
管线沉降观测点的设置可视现场情况，采用抱箍式或套筒式安装。
每根监测的管线上最少要有3～5个测点。
基点的埋设同地表沉降监测。
②测量方法：
与地表沉降观测同。
③沉降计算：
与地表沉降观测同。
⑵数据分析与处理
根据施工进度，将各测点变形值绘成管线变形曲线图。
即：
绘制位移—时间曲线散点图，据以判定施工措施的有效性；位移—时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析，预测管线的最大沉降量；沿管线沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径等。
5.5暗挖隧道拱顶沉降监测
⑴监测实施方法
测点埋设：
沿隧道轴线每隔10m埋设１个拱顶下沉测点。
测点埋设方法为在初支钢拱架立好后即将拱顶下沉预埋件焊接在拱架上，测点应露出喷混凝土外10mm～15mm，并进行初测。
在每个断面做一个醒目的测点里程标识牌，以免破坏，保证监测工作的连续性。
量测及计算方法：
量测方法为由洞外基准点起测量洞内相对基准点高程，再由洞内相对基准点起测量拱顶下沉预埋件高程，通过计算后、前两次拱顶下沉预埋件高程的变化值即可算得拱顶下沉值。
这里的计算与地表略有不同，因为尺子是倒挂的。
⑵数据分析与处理
根据变形值绘制沉降—时间曲线图和变形—开挖距离的曲线变化图，其中，包含测点距工作面的距离、施工步序、地质和地下水情况的记录描述和标记。
在隧道横断面图上按不同的施工阶段，以一定的比例把变形值点画在分布位置上，并以连线的形式将各点连接起来，成为隧道支护变形分布形态图。
并与设计值进行比较，验证设计结构形式的合理性，为施工安全提供可靠的依据。
5.6暗挖隧道、竖井、车站明开槽水平收敛及支护结构裂缝监测
⑴暗挖隧道、竖井水平收敛
①监测实施方法
测点埋设：
在拱顶下沉测点同一断面拱腰部位（以方便量测为易）埋设收敛测点预埋件。
测点埋设方法为在初支钢拱架立好后即将收敛测点预埋件焊在拱架上，测点应露出喷混凝土外10mm～15mm，每对收敛点隧道左右两侧各一个，并进行初测。
在每个断面做一个醒目的测点里程标识牌，以免破坏，保证监测工作的连续性。
量测及计算方法：
通过测量两个预埋件的距离，为了减小误差，每次应测三次取平均值为本次测量结果，计算后、前两次所测距离的差值即为该对测点在这一段时间内净空收敛值，其累计值即为该对测点的净空收敛值。
②数据分析与处理
根据变形值绘制收敛—时间曲线图和收敛—开挖距离的曲线变化图。
⑵支护结构裂缝观测
初期支护裂缝开展状况的监测通常采用直接观测的方法，并将裂缝进行编号划出测读位置，必要时通过裂缝观测仪进行裂缝宽度测读。
监测数量和位置根据现场情况确定。
5.7初支及内衬结构钢筋轴力
对于暗挖隧道的初次支护结构，钢筋计直接布置在钢拱架或格栅拱架上；对于二次支护结构，钢筋计布置在环向主受力钢筋上。
6监控量测数据处理及信息反馈
监控量测资料均由计算机进行处理与管理，当取得各种监测资料后，能及时进行处理，绘制各种类型的表格及曲线图，对监测结果进行回归分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，确定工程技术措施。
因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率（mm）/d等综合判断结构和建筑物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。
取得各种监测资料后，需及时进行处理，排除仪器、读数等操作过程中的失误，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监测数据的可靠性和完整性，采用计算机进行监控量测资料的整理和初步定性分析工作。
数据处理方法为：
⑴数据整理
把原始数据通过一定的方法，如按大小的排序用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征值计算，离群数据的取舍。
⑵插值法
在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。
⑶采用统计分析方法对监测结果进行回归分析
寻找一种能够较好反映监测数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测物理量进行预测，防患于未然。
如预测最终位移值，预测结构物的安全性，并据此确定工程技术措施等。
因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率（mm）/d等综合判断结构和建筑物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。
当施工中出现下列情况之一时，应立即停止施工，采取措施处理。
①初支结构有较大开裂。
②监测数据有不断增大的趋势。
③暗挖隧道支护结构变形过大，超过控制基准或出现明显的受力裂缝并不断发展。
④时态曲线长时间没有变缓的趋势等。
监测资料的反馈程序和监测信息反馈流程如下图所示：
监测资料反馈管理程序图
监测信息管理流程图
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