地鐵隧道結構變形監(jiān)測方案

1、地鐵隧道結構變形監(jiān)測方案一、工程概況珠江新城海心沙綠化改造及地下空間（三區(qū)）基礎工程位于珠江新城海心沙區(qū)域的西部，正在運營的地鐵三號線“珠江新城赤崗塔”區(qū)間盾構隧道在該工程的地下由西北向東南通過。該工程位于地鐵隧道上方的地基基礎主要為直徑1.6和2.2米的鉆（沖）孔灌注樁基礎，樁底高程約為23.3520.7米（廣州城建高程），并設置橫、縱向轉換梁支撐跨越地鐵隧道的上部主體結構，最大的轉換梁梁底高程約2.70米。經(jīng)核查，位于地鐵隧道兩側的鉆（沖）孔樁與地鐵隧道的最小水平凈距約2.90米，位于地鐵左、右線隧道屮間的鉆（沖）孔樁與地鐵隧道的最小水平凈距約2.60米。橫、縱向轉換梁梁底與地鐵隧道結構頂

2、面之間的最小垂直凈距約為15.50米。該工程范圍內(nèi)的地鐵隧道結構頂面高程約-13.15米，地鐵隧道結構底高程約-19.35米。監(jiān)測目的正在運營的地鐵三號線“珠江新城赤崗塔”區(qū)間盾構隧道在該項目看臺工程的地下由西北向東南通過，在地鐵隧道結構外側左右垂直距離15.0米范圍內(nèi)的看臺工程樁及上部主體施工過程屮，可能對地鐵隧道結構產(chǎn)生變形、傾斜、位移、隆起或沉降等方而的影響。受廣州新屮軸建設有限公司的委托對此區(qū)間的盾構隧道進行變形監(jiān)測和裂縫監(jiān)測。主要目的是：1、了解各種因素對地鐵盾構結構變形等的影響，為有針對性地改進施工工藝和修改施工參數(shù)提供依據(jù)；2、預測地鐵隧道結構的變形趨勢，根據(jù)變形發(fā)展程度，決定是

3、否需要采取保護措施，并為確定經(jīng)濟合理的保護措施提供依據(jù)；3、了解上部工程施工過程屮地鐵隧道結構有無裂縫情況及其變化規(guī)律；4、建立預警機制，避免結構和環(huán)境安全事故造成不必要的損失；5、施工過程中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，及時反饋信息、指導施工，為地鐵的安全運營提供可靠保障。三、遵循的監(jiān)測技術及方案編制依據(jù)3.1遵循的技術為TPS極坐標差分法該方法釆用瑞士Leica公司的具有ATR(自動目標識別)功能的TCA系列的全站儀(又稱測量機器人)，進行極坐標差分作業(yè)。TCA2003全站儀，其標稱精度測角為0.5,測距為土(lnuii+1X10-6XD)；TCA1800全站儀，其標稱精度測角為1，測距為土(lnm

4、i+2X10-6XD),該系列儀器能對目標進行自動搜索、自動照準、自動觀測,實現(xiàn)角度、距離測量自動化，其測量原理是極坐標法。該系統(tǒng)的標準配置包括TCA全站儀、GeoMoS軟件。此系統(tǒng)已成功地應用于香港九龍?zhí)恋罔F隧道運營監(jiān)測，新加坡地鐵公司已將其作為常規(guī)裝備用于地鐵監(jiān)測。差分作業(yè)的基本思路是：由于測量實現(xiàn)了自動化，使得觀測時間縮短，在短時間內(nèi)，大氣環(huán)境可視為相對不變，故利用基準點的觀測信息，在無需測量氣象元素的條件下實現(xiàn)大氣折射、大氣折光的實時差分改正，測試結果顯示，在200m的距離上，距離測量精度為土0.211U11,水平方向測量精度為0.24,坐標測量精度達0.2mm,說明在近距離上達到了比

5、較高的精度。系統(tǒng)配置有TCA全站儀、GeoMoS軟件、光學反射棱鏡。差分法已有多個成功案例。如應用于新疆昌吉市三屯河水庫大壩的外部變形觀測。經(jīng)過長期運行，觀測資料的變化規(guī)律基本上與大壩變形特征相一致，說明系統(tǒng)是成功的。該系統(tǒng)的特點是：差分方案達到亞毫米級，減少了氣象儀器,全天24h無人值守，獲取3維坐標信息，反射棱鏡價格低廉，有利于增加變形點數(shù)。該系統(tǒng)在2001年的廣州地鐵一號線陳家祠站“非地鐵施工時對地鐵結構的影響”項目屮，得到成功應用。另夕卜，成功地用在寧波招寶山大橋、湖南澧縣艷州水電站、宜昌宜陵長江大橋、山西后河水庫等項目的變形觀測屮。32方案編制依據(jù)地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范GB5

6、0308-1999；地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范GB50307-1999；建筑變形測量規(guī)范JGJ8-2007；廣州地區(qū)建筑基坑支護技術規(guī)定GJB02-98；工程測量規(guī)范GB50026-2007；國家一、二等水準測量規(guī)范GB/T12897-2006；精密工程測量規(guī)范GB/T17942-2000；地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范(GB50299-1999)；混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2002)；廣州市政府對廣州地鐵設施保護的具體規(guī)定廣州市城市軌道交通管理條例(2007年10月22日頒布)。四、地鐵隧道自動化變形監(jiān)測部分1監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測點布設根據(jù)地保辦及地鐵運營部門的要求，受影響地鐵隧道區(qū)

7、間包括隧道與上部施工區(qū)域交叉段以及兩端各40米的延長段，所以,須進行監(jiān)測的隧道區(qū)段長度約為320米(包括上下線雙管隧道)。4.1.1監(jiān)測斷面布設在施工影響范圍內(nèi)的地鐵三號線上、下行線隧道內(nèi)共分別布設29個變形監(jiān)測斷面，其屮斷面1、2、28、29位于看臺基礎垂直投影外側，斷面間距30米；其它斷面位于看臺基礎正下方，斷面間距12米，見附圖1。4.1.2監(jiān)測斷面測點布設每個斷而布設5個監(jiān)測點，即在軌道附近的道床上布設兩個沉降監(jiān)測點，中腰位fI布設兩個水平位移監(jiān)測點,隧道拱頂布設一個拱頂沉降監(jiān)測點。各觀測點編號規(guī)則為：線路號+斷而號+測點編號，監(jiān)測點用連接件配小規(guī)格反射棱鏡，用膨脹螺絲及云石膠錨固于監(jiān)

8、測位置的側壁及道床的混凝土中，棱鏡反射而指向兩個工作基點。見下圖2、圖3圖2監(jiān)測斷而平面布點示意圖圖3監(jiān)測斷面立體布點示意圖4.1.3監(jiān)測基準點布設基準點布設在遠離變形區(qū)以外，最外觀測斷面以外40米左右的隧道屮。每個監(jiān)測隧道兩端各布設2個基準點。每一個監(jiān)測隧道內(nèi)共布置4個基準點以增加控制點的數(shù)量，通過增加多余觀測數(shù)來保證測站點的精度減少因控制點引起的誤差影響。通過后方交會的方式用最小二乘法控制點位精度來保證監(jiān)測數(shù)值的精確性。在布設控制點時以高于監(jiān)測要求一個等級的測量方法重復觀測，按相關規(guī)范及廣州市地下鐵道總公司監(jiān)測技術要求進行差分基準點的測量，建立高精度等級的基準網(wǎng)，具體技術要求見下表：水平角

9、方向觀測法的技術要求表1等級儀器精度等級兩次照準目標讀數(shù)差半測回歸零差(”)一測回內(nèi)2C互差(”)同一方向值各測回互差(”)一級0.57級儀器1584電磁波測距技術要求表2級別儀器精度等級(111111)一測回讀數(shù)間較羞限值(mm)單程測回間較差限值(nun)級W111.4水平位移觀測點坐標中誤差達到垂直位移觀測點測站高差中誤差達到4.1.4觀測基站布設為使各點誤差均勻并使全站儀容易自動尋找目標，工作基站布設于監(jiān)測點平均布局中部，先制作全站儀托架，托架安裝在隧道側壁，離道床距離1.2米左右，以便全站儀容易自動尋找日標,每次監(jiān)測時，將儀器通過螺栓固定于鋼架上。4.1監(jiān)測系統(tǒng)的建立4.1.1自動監(jiān)

10、測系統(tǒng)因地鐵隧道運營等特殊環(huán)境不能方便的進出人員進行傳統(tǒng)的監(jiān)測，因此采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠很好的適應實際需求。在每一條需要監(jiān)測的隧道內(nèi)安放2臺自動監(jiān)測機器人進行實時監(jiān)測,自動監(jiān)測系統(tǒng)從調式安裝運行，并以該時刻各變形點的觀測值為初始值，全天24小時無人值守全天侯、實時同步三維地獲取了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，因測量儀器在隧道區(qū)間段內(nèi)需要24小時用電，請地鐵運營相關部門協(xié)助辦理用電手續(xù)。通過專業(yè)軟件統(tǒng)計分析為隧道各個監(jiān)測斷而變形提供及時準確的數(shù)據(jù)。自動變形監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)總控、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理等部分組成。如下各圖4、圖5。變形監(jiān)測棱鏡（監(jiān)測點）變形監(jiān)測棱鏡（監(jiān)測點）儀乂自動全

11、站儀觀測站（瑞士彳來卡TCA2003）（瑞士彳來卡TCA2003）供電與現(xiàn)場檢測系統(tǒng)GeoMos工控機監(jiān)測數(shù)據(jù)庫無線傳輸模塊GPRS模塊數(shù)據(jù)傳輸（SMS協(xié)議）監(jiān)控屮心服務器無線傳輸軟自動監(jiān)測系統(tǒng)作業(yè)構成圖4啟動Monits監(jiān)測部分操作流程圖54.1.2監(jiān)測儀器及其他設備序號名稱型號品牌產(chǎn)地數(shù)量單位備注1全站儀主機TCA2003探卡瑞士4臺每臺主機含GEB187電池1個，2M數(shù)據(jù)卡1個,GDF21基座1個，主機檢定證書及數(shù)據(jù)傳輸軟件（辦公軟件）和儀器箱;采用TCA2003全站儀2彳來卡大棱鏡GPR112探卡瑞士8個后視控制點用3彳來卡L型迷你棱鏡GMP104探卡瑞士N個監(jiān)測點用4程控開關盒探卡奧

12、地利4個可遠程遙控TCA2003開關機5專用GPRS通訊模塊探卡國產(chǎn)6個無線通訊模塊、數(shù)據(jù)電纜和電源，用于遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?自動監(jiān)測軟件GeoMoS雙站版探卡瑞士2套控制4臺全站儀同時自動監(jiān)測，含短信報警功能、限差超限報警等7短信報警模塊GFU24探卡瑞士2個用于短消息報警8遠程數(shù)據(jù)無線傳輸軟件探卡國產(chǎn)1個用于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程無線傳輸?shù)娇刂浦行模⒏碌娇刂浦行臄?shù)據(jù)庫9RS232-RS485數(shù)據(jù)轉換器MOXA臺灣6個系統(tǒng)通訊組網(wǎng)設備，自帶220V交流轉12V穩(wěn)壓直流電源10RS485轉TCP/IP轉換器MOXA臺灣6個11系統(tǒng)主設備安裝及調試探卡國產(chǎn)1項TCA2003、GeoMoS軟件安

13、裝和系統(tǒng)聯(lián)合調試12數(shù)字溫度氣壓傳感器探卡2套改正儀器參數(shù)4.2監(jiān)測方法采用彳來卡Geomos軟件進行自動變形監(jiān)測，該系統(tǒng)由瑞士Leicd公司開發(fā)用于自動型TCA系列的全站儀的自動監(jiān)測，具有自動控制及變形數(shù)據(jù)分析功能，是目前該方而最先進的系統(tǒng)。該系統(tǒng)將自動完成測量周期、實時評價測量成果、實時顯示變形趨勢等智能化的功能合為一體，是進行自動變形監(jiān)測的理想系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下特點與優(yōu)點：1）在無人值守的情況下，可以實現(xiàn)全天24小時自動監(jiān)測。列車運行時，系統(tǒng)也可以自動進行監(jiān)測，克服了傳統(tǒng)測量方法的不足，節(jié)約了大量的人力，為地鐵提供了實時的安全運營保障。2）建立高精度的基準點，釆用實時差分式測量方案，可

14、以最大限度地消除或減弱多種誤差因素，從而大幅度地提高測量結果的精度。變形監(jiān)測點位三維精度優(yōu)于1毫米。3）簡化了氣象等附加設備，為系統(tǒng)在計算機控制下實現(xiàn)全自動、高可靠的變形監(jiān)測，創(chuàng)造了有利條件。4）實時進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出及提供圖形等。5）遠程監(jiān)控，自動報警。6）在短時間內(nèi)同時求得被測點位的三維坐標，可根據(jù)設計方案的要求作全方位的預報。將TCA自動化全站儀安置在隧道側壁的強制對屮托盤架上，現(xiàn)場通過變壓穩(wěn)壓設備對其進行不間斷供電，保證對其本身的長效供電電池充電，全站儀數(shù)據(jù)通過CDMA模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心（辦公室），同時將監(jiān)測指令傳輸?shù)结娂O備（全站儀），實現(xiàn)遠程自動的變形監(jiān)測。4.3監(jiān)測

15、頻率和周期本監(jiān)測工作從方案報批通過后正式進場開始，上部影響范圍內(nèi)工程施工完畢且監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定時止。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示變形尚不穩(wěn)定，應繼續(xù)觀測一個月直至變形穩(wěn)定為止。所有觀測點、測試元件和設備的安裝埋設均在基坑開挖前及影響范圍內(nèi)工程樁施工前完成，并測試各項初始值。由于被監(jiān)測區(qū)域為運營中的地鐵線路，根據(jù)列車通過監(jiān)測區(qū)域的時間進行調整。運用測量周期編輯器全天24小時無人值守全天侯、實時同步三維可獲取大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測周期設定可采用測量周期編輯器(MeasurementCycleEditor)在所定義的時間內(nèi)按定義的時間間隔對點組進行測量起始時間、終止時間、時間間隔的設定。監(jiān)測實施過程屮，監(jiān)測頻率可方便地根據(jù)

16、施工進度、監(jiān)測結果、及地保辦和設計的指令調整測量周期編輯器，先暫定監(jiān)測頻率為:樁基礎鉆孔期間，每天監(jiān)測35次；基坑開挖期間，每天監(jiān)測35次；主體施工期間每天監(jiān)測510次。當?shù)罔F隧道結構突然發(fā)生較大量的變形和不均勻變形，立即通知地鐵運營主管部門、建設單位、地保辦、施工單位、現(xiàn)場監(jiān)理、并加密觀測，研究施工措施，采取有效方法防止地鐵隧道結構變形損壞，對地鐵運營造成重大影響，4.4監(jiān)測報警值在信息化施工屮，監(jiān)測后應及時對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，判斷其穩(wěn)定性，并及時反饋到施工中去指導施工。根據(jù)以往經(jīng)驗以鐵路隧道噴錨構筑法技術規(guī)則的III級管理制度作為監(jiān)測管理方式(見表4)。監(jiān)測管理表表4管理等級管理累

17、計位移(mm)施工狀態(tài)IllW5可正常施工IIW10應注意，并加強監(jiān)測I10立即啟動報警模根據(jù)監(jiān)測管理基準，可選擇監(jiān)測頻率：一般在III級管理階段監(jiān)測頻率可適當放大一些；在II級管理階段則應注意加密監(jiān)測次數(shù)；在I級管理階段則應密切關注，加強監(jiān)測，監(jiān)測頻率可達到35次/天或更多。當次位移超過211U11時也應注意，并加強觀測,若連續(xù)三天位移均超過211UH則啟動報警模式。當?shù)罔F隧道結構突然發(fā)生較大量的變形和不均勻變形，我屮心將立即電話通知地鐵運營主管部門、建設單位、地保辦相關負責人，并將組織技術人員加密監(jiān)測，采取措施，防止地鐵隧道結構損壞，嚴重影響正在運營的地鐵安全。4.5監(jiān)測數(shù)據(jù)處理4.6.1

18、數(shù)據(jù)采集、整理通過現(xiàn)場監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)和與之相關的其它資料的搜集、記錄等。本監(jiān)測項目采用的儀器設備種類繁多，儀器自動讀數(shù)、記錄，然后將實測數(shù)據(jù)輸入計算機，有的儀器（如全站儀）則自動數(shù)據(jù)采集，并將量測值自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。每次觀測后應立即對原始觀測數(shù)據(jù)進行校核和整理，包括原始觀測值的檢驗、物理量的計算、填表制圖，異常值的剔除、初步分析和整編等，并將檢驗過的數(shù)據(jù)輸入計算機的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。4.6.2數(shù)據(jù)分析采用比較法、作圖法和數(shù)學、物理模型，分析各監(jiān)測物理量值大小、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢，以便對工程的安全狀態(tài)和應采取的措施進行評估決策。繪制測點時間位移曲線散點圖和距離位移曲線散點圖。如果位移的變化

19、隨時間而漸趨穩(wěn)定，說明圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，支護系統(tǒng)是有效、可靠的，如圖中的正常曲線。下圖屮的反常曲線屮，出現(xiàn)了反彎點，這說明位移出現(xiàn)反常的急驟增長現(xiàn)彖，表明支護體系已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應立即采取措施進行處理。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應根據(jù)散點圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對監(jiān)測結果進行回歸分析，以預測該測點可能出現(xiàn)的最大位移值，預測結構的安全狀況。在取得足夠的數(shù)據(jù)后,還應根據(jù)散點圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對監(jiān)測結果進行回歸分析，以預測該測點可能出現(xiàn)的最大位移值或應力值，預測結構的安全狀況。彳立移mm)正常山1線反常曲線圖7時間位移曲線和距離位移曲線五裂縫監(jiān)測部分5.1監(jiān)測內(nèi)容裂縫作為地鐵隧

20、道結構中最為常見的病理表現(xiàn)，對它的測量和危害性分析是有效維修的前提。包括：原有裂縫編錄及裂縫發(fā)展監(jiān)測，包括裂縫的位置、走向、長度、寬度、深度監(jiān)測，以及裂縫主要特征隨盾構和列車運行變化的發(fā)展狀況，新出現(xiàn)裂縫檢測應注明裂縫的出現(xiàn)時間。隧道中重要構件上的新老裂縫應是監(jiān)測重點。52監(jiān)測步驟1）對支護管片中的裂縫進行首次普查，選取并記錄較大裂縫的相關參數(shù)1）對原有裂縫和新裂縫安裝裂縫監(jiān)測儀2）設定測量時間間隔3）設定測量時段4）設定測量啟動時間5）下載測量數(shù)據(jù)6）生成趨勢圖表5.3技術手段通過智能裂縫監(jiān)測儀對新老裂縫進行連續(xù)測量并記錄裂縫在一段時間內(nèi)的變化，從而清晰地反映裂縫的演變趨勢，幫助確定其病理特

21、征。智能裂縫監(jiān)測儀對重點裂縫的長期定點監(jiān)測記錄，按要求設定采集時間和頻率，并接入無線傳輸設備，隨時下載存儲的裂縫寬度值和溫度值到電腦終端上并繪制出該裂縫發(fā)展曲線。5.4儀器設備儀器設備精度用途數(shù)量備注1振弦式應變計1/1OO(F-S)裂縫寬度監(jiān)測若干2數(shù)據(jù)釆集盒應變值數(shù)據(jù)采集2套3數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)無線遠程數(shù)據(jù)采集1套4智能裂縫監(jiān)測儀0.03niiii裂縫寬度測量2套5鋼卷尺1.Onmi裂縫寬度測量若干六監(jiān)測結果的反饋1、在上部施工過程中每天用電子郵件發(fā)送或簡報的形式向地鐵運營主管部門、建設單位、廣州市地鐵設施保護辦公室、監(jiān)理、施工單位提供24小時觀測結果；2、每周提供周報；3、數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，結構出

22、現(xiàn)險情時，應加大監(jiān)測頻率，自動完成后2個小時內(nèi)即可將自動監(jiān)測分析結果和簡報報告地鐵運營主管部門、建設相關各方及地鐵相關各部門（見下圖監(jiān)測反饋程序框圖）；4、全部監(jiān)測完成后一個月內(nèi)在收齊相關資料后提交監(jiān)測最終報告；5、監(jiān)測報告及方案等相關資料的著作權屬于委托方所有，未經(jīng)圖9監(jiān)測反饋程序框圖七預警與應急措施FT地下隧道受到上部樁施工的影響，監(jiān)測時必須考慮諸多不利因素，對發(fā)生的異常情況采取有效的應急方案：當測點位移周期變化或累計較大時，將進行加密觀測，從TCA2003自動采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸給GeoMoS軟件，并由此計算出所有監(jiān)測點的坐標及高程。隨后與起始位置的坐標進行比對后、偏差以及位置變化的

23、趨勢每兩小時便可獲得更新并可以數(shù)值或者圖形的方式供工程師進行查看分析，在加密監(jiān)測過程屮發(fā)現(xiàn)變形未有收斂趨勢，各監(jiān)測點變化繼續(xù)增大，將征求委托方及地鐵相關單位擴大監(jiān)測范圍，增加監(jiān)測點數(shù)量，更廣泛的了解實際情況在緊急情況下接受相關主管單位的指令配合各種應急處理方案八監(jiān)測相關保證措施監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠保證措施不斷向工作人員提供監(jiān)測領域的新技術、新工藝、新儀器，不斷提高監(jiān)測隊伍的素質定期對監(jiān)測控制點進行復測，從而確保其穩(wěn)定加強對監(jiān)測點的保護監(jiān)測組內(nèi)建立二級檢查制度監(jiān)測儀器按規(guī)定時間進行核準，以確保測量數(shù)據(jù)的準確性，固定專人管理儀器，進行保養(yǎng)和維修監(jiān)測資料的存儲、計算、管理均采用計算機進行8.2監(jiān)測小組的管理1、工程開工前，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況及工程的施工進度安排，編制詳細的監(jiān)測實施作業(yè)計劃及相應的保證措施，將監(jiān)控量測納入施工生產(chǎn)計劃的一項重要內(nèi)容。2、成立監(jiān)測小組，確保監(jiān)測人員、監(jiān)測儀器、工具滿足監(jiān)測工作需要，并相對固定。為監(jiān)測人員提供良好