地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

1、地鐵工程量測(cè)監(jiān)控,劉維寧 北方交通大學(xué),本課題研究的三類環(huán)境影響問題,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,管線,樓房,樁基,,,,,,,,,,,,,,,,,,,橋面,管線,,,,,,,,,隧道,目的、意義、必要性,3,,4,,5,,6,,7,,8,,9,,10,11,圖3-1 科南路—知春路區(qū)間隧道與城鐵立交橋墩樁基礎(chǔ)關(guān)系剖面圖,12,,圖5-5 國(guó)貿(mào)站與國(guó)貿(mào)橋橋墩位置關(guān)系Ⅴ—Ⅴ剖面圖,,,,監(jiān)控量測(cè)實(shí)施流程

2、,,,,,,,,,,監(jiān)測(cè)與工程施工關(guān)系協(xié)調(diào),,,,,,修改或繼續(xù)按設(shè)計(jì)要求施工,判斷,,數(shù)據(jù)采集、分析,監(jiān)控量測(cè),,測(cè)點(diǎn)安裝,編制監(jiān)測(cè)方案,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，收集基本資料,,,,,1、監(jiān)控量測(cè)目的2、監(jiān)控量測(cè)方案3、監(jiān)控量測(cè)問題,1 監(jiān)控量測(cè)的目的,（1） 監(jiān)視地層、支護(hù)與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形情況，驗(yàn)證支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性。（2）保障監(jiān)控變形在允許范圍之內(nèi)，保障地層穩(wěn)定和施工安全。（3） 通過量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，掌握各種數(shù)據(jù)的變化規(guī)律

3、，提供地層和支護(hù)系統(tǒng)襯砌最終穩(wěn)定的信息。（4） 積累量測(cè)數(shù)據(jù)，為今后的設(shè)計(jì)與施工提供工程類比的依據(jù)。,編制標(biāo)準(zhǔn)(1)北京地鐵***標(biāo)土建工程施工招標(biāo)文件及投標(biāo)書；(2)北京地鐵***標(biāo)土建工程施工設(shè)計(jì)圖；(3)《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》GB50308-1999；(4)《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50299-1999；(5)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》JGJ/T8-97；(6)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》CJJ7

4、3-97；(7)《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026-93；(8)《城市測(cè)量規(guī)范》CJJ13-87；(9)《城市地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)規(guī)程》CJJ/T76-98；(10)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99；(11)《巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)》。,2.1 主要內(nèi)容工程特點(diǎn)分析，工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目確定，監(jiān)測(cè)目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，必要的施工力學(xué)分析以確定預(yù)警值和預(yù)警過程，測(cè)點(diǎn)布置方案，量測(cè)儀器選擇，監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃，數(shù)

5、據(jù)處理與報(bào)表方案，量測(cè)管理機(jī)構(gòu)與預(yù)警措施，投資估算。,2、監(jiān)控量測(cè)方案,工程特點(diǎn)分析周圍環(huán)境建（構(gòu)）筑物與管線，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，地質(zhì)特點(diǎn)地下水施工方法特點(diǎn),2、監(jiān)控量測(cè)方案,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,呼家樓站,呼家樓站,呼家樓站高架橋橋墩,道路紅線,呼家樓站,,,,,,,,,,,,,,,,,,工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目確定地表（地層）沉降管線建筑物（含基礎(chǔ)

6、）橋梁 （含基礎(chǔ)）地下構(gòu)筑物（既有地鐵）隧道洞內(nèi)沉降與收斂基坑變形量測(cè)支護(hù)及結(jié)構(gòu)內(nèi)力水位,2、監(jiān)控量測(cè)方案,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,,,,,,,,,,,,隧道收斂量測(cè),,,,,,隧道收斂量測(cè),,隧道圍巖變形的傳統(tǒng)量測(cè)工具：鋼尺收斂計(jì),,東直門隧道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布設(shè),,保護(hù)盒部分,打開測(cè)量時(shí),平常關(guān)閉時(shí),東直門隧道測(cè)量現(xiàn)場(chǎng),,,,,,,,,

7、,,,基坑變形量測(cè),,,,,,,,,,,,,,,基坑變形形態(tài),,,,,,,,隧道與地下工程的基本理論,地下結(jié)構(gòu)的荷載地層壓力水壓力（靜水壓力、滲透壓力、浮力）地層抗力地層變形所產(chǎn)生的附加荷載結(jié)構(gòu)自重地面附加荷載（靜載、動(dòng)載）,隧道與地下工程的基本理論,混凝土收縮徐變影響力溫度應(yīng)力施工荷載設(shè)備荷載人群荷載車輛荷載地震力,地層壓力,地層壓力的來源地應(yīng)力自重應(yīng)力流變壓力膨脹力沖擊力地溫壓力,隧道與地下工程的

8、基本理論,地層壓力的表現(xiàn)形式初始應(yīng)力場(chǎng)二次應(yīng)力場(chǎng)三次，，，多次應(yīng)力場(chǎng)圍巖及圍巖壓力,隧道與地下工程的基本理論,均勻地層,基坑,第一講 隧道與地下工程的基本理論,,,,,,地層壓力荷載的性質(zhì),形變壓力松動(dòng)壓力,d,,,,,P,,,,d,,,,隧道與地下工程的基本理論,,,,,P,P0,,,Pm,,Pd,,dm,,dd,,,,,,,形變壓力,,,P,P0,,dd,,,,,,P,,,,d,,,P,隧道與地下工程的基本理論,,,

9、,形變壓力松動(dòng)壓力,,,,,P,P0,,Pm,,Pd,,dm,,dd,,,,,,,,P,,,,d,,,第一講 隧道與地下工程的基本理論,確定地層壓力的方法,經(jīng)驗(yàn)類比的方法實(shí)際量測(cè)的方法計(jì)算分析的方法反演分析的方法,隧道與地下工程的基本理論,經(jīng)驗(yàn)類比的方法,圍巖分類,,,穩(wěn)定性,地壓力,,,支護(hù)設(shè)計(jì),襯砌設(shè)計(jì),物理力學(xué)指標(biāo),,穩(wěn)定分析,,經(jīng)驗(yàn)類比的方法,工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)鐵路隧道圍巖分級(jí)法公路隧道圍巖分

10、類法國(guó)外通用圍巖分類法RQD,Q system,第一講 隧道與地下工程的基本理論,,計(jì)算分析方法一（松動(dòng)壓力）,經(jīng)典的地壓理論深基坑主動(dòng)與被動(dòng)土壓力（郎肯、庫(kù)侖）,,,,,,,,,隧道與地下工程的基本理論,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,極限1,極限2,實(shí)際,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,土壓天然重度,抗力剛度,合算,,,,,,,,,,,,,,,,,,q1,,,,,,,,,,

11、,,,,水壓,土壓天然重度，浮重度,抗力剛度,分算,條形荷載,q,,,,,2 ?,?,隧道與地下工程的基本理論,地下結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,h,第一講 隧道與地下工程的基本理論,超淺埋,,,,,,,,,H,第一講 隧道與地下工程的基本理論,淺埋,,,,,,,,,H,第一講 隧道與地下工程的基本理論,深埋,必要的施工力學(xué)分析以確定預(yù)警值和預(yù)警過程按施工步序確立分級(jí)預(yù)警指標(biāo),2、監(jiān)控量測(cè)方案,,,,,,,,,Simula

12、tion of top drift and arch construction,,Comparison In-situ measurement (April 1995 to December 1997) and FEM prediction,The pilot tunnel constructionSection No.1（B187+03）,Top drift constructionSection No.1,,測(cè)點(diǎn)布置方案,2、監(jiān)

13、控量測(cè)方案,地鐵五號(hào)線崇文門站的施工監(jiān)測(cè),,,,,,,地鐵五號(hào)線張自忠路站的施工監(jiān)測(cè),,,,,地鐵四號(hào)線動(dòng)物園站的施工監(jiān)測(cè),,,,地鐵十號(hào)線呼家樓站的施工監(jiān)測(cè),2.1 主要內(nèi)容工程特點(diǎn)分析，工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目確定，監(jiān)測(cè)目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，必要的施工力學(xué)分析以確定預(yù)警值和預(yù)警過程，測(cè)點(diǎn)布置方案，量測(cè)儀器選擇，監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃，數(shù)據(jù)處理與報(bào)表方案，量測(cè)管理機(jī)構(gòu)與預(yù)警措施，投資估算。,2、監(jiān)控量測(cè)方案,1）首次監(jiān)

14、測(cè)的時(shí)間2）關(guān)于監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)3）臨時(shí)支護(hù)內(nèi)力的監(jiān)測(cè)4）先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用5）量測(cè)工作的管理6）影響沉降的幾個(gè)因素,3、監(jiān)控量測(cè)問題探討,首次監(jiān)測(cè)時(shí)間,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

15、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,關(guān)于監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn),監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn) === 最小值｛管線允許值，建筑基礎(chǔ)允許值， 地層穩(wěn)定允許值，地面沉降允許值｝風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)設(shè)計(jì)院提出的標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)保證施工單位提出的標(biāo)準(zhǔn)是施工單位對(duì)于業(yè)主的承諾業(yè)主提出的標(biāo)準(zhǔn)是業(yè)主的要求三方的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任和投資平衡,,,,,,,,,,,,,,推斷地表最大沉降,,基礎(chǔ)允許最大沉降△,,L,推斷拱頂最大沉降,各類

16、建筑物允許傾斜下沉率,注：(a)L指相鄰柱基的中心距離或基礎(chǔ)長(zhǎng)，mm，H指自室外地面算起的建筑物 高度，m； (b)傾斜是指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值。,,,,,,,,推斷地表最大沉降,,,,,,,,,,,,管線允許最大沉降,推斷拱頂最大沉降,煤氣管線的沉降或水平位移均不得超過10mm，每天發(fā)展不得超過2mm；采用焊接接頭的煤氣管兩個(gè)接頭之間的局部?jī)A斜值不大于0.002自來水管線的沉

17、降或水平位移均不得超過30mm，每天發(fā)展不得超過5mm。采用焊接接頭的水管兩個(gè)接頭之間的局部?jī)A斜值不應(yīng)大于0.006，承插式接頭的鑄鐵水管、鋼筋砼水管兩個(gè)接頭之間的局部?jī)A斜值不應(yīng)大于0.0025，,,,,,,,,推斷地表最大沉降,橋面允許最大沉降△,,,推斷拱頂表大沉降,guan,關(guān)于橋基的控制標(biāo)準(zhǔn)是什么？,地面沉降允許值-30mm, +1mm由此推算拱頂沉降允許值,99,隧道內(nèi)失穩(wěn),guan,關(guān)于隧道失穩(wěn)的控制標(biāo)準(zhǔn)是什么？

18、,初期支護(hù)變形允許值正確地理解和使用規(guī)范隧道規(guī)范中，沒有給出初期支護(hù)的變形允許值僅有圍巖變形的經(jīng)驗(yàn)控制值基坑變形允許值為樁頂位移30樁體位移50地面沉降30,重點(diǎn)控制拱部沉降,,,,地表,,洞內(nèi),考慮地面沉降和隧道內(nèi)變形的時(shí)間滯后特點(diǎn)應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)空隧道內(nèi)變形，也就是初期支護(hù)變形,監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)控制標(biāo)準(zhǔn) =最小值｛管線允許值，建筑基礎(chǔ)允許值， 地層穩(wěn)定允許值，地面沉降允許值｝落實(shí)

19、到工作面（拱頂沉降值）,,2）臨時(shí)支護(hù)內(nèi)力的監(jiān)測(cè),3、監(jiān)控量測(cè)問題探討,,,3）先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,3、監(jiān)控量測(cè)問題探討,隧道圍巖變形的傳統(tǒng)量測(cè)工具：鋼尺收斂計(jì),盡管鋼尺收斂計(jì)本身的讀數(shù)精度很高，但在監(jiān)測(cè)過程中，受到設(shè)備安置等各種因素的限制，實(shí)際精度容易受人為因素制約和影響。從而失去了數(shù)據(jù)的可靠性和參考價(jià)值，難以保證施工安全。,非接觸量測(cè)方法的分析比較 所謂非接觸量測(cè)是指應(yīng)用光電測(cè)距、攝影測(cè)量、傳感器等現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)手段

20、在不接觸被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的情況下，獲取被測(cè)點(diǎn)的空間位移信息的方法。 目前嘗試過的非接觸量測(cè)方法主要有： 1、近景攝影測(cè)量 ； 2、多通道無線遙測(cè)隧道圍巖位移 ； 3、光纖檢測(cè)技術(shù) ； 4、經(jīng)緯儀空間前方交會(huì)及全站儀三維測(cè)量。,,東直門隧道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布設(shè),,保護(hù)盒部分,打開測(cè)量時(shí),平常關(guān)閉時(shí),東直門隧道測(cè)量現(xiàn)場(chǎng),,部分軟

21、件界面,4）量測(cè)工作的管理,3、監(jiān)控量測(cè)問題探討,應(yīng)包括的內(nèi)容：測(cè)點(diǎn)描述（平面，縱面，橫面，設(shè)置方式）圖形地質(zhì)特征，地下水情況（如需要的話）施工狀態(tài)描述：臺(tái)階，分層分塊等量測(cè)時(shí)刻，時(shí)間量測(cè)人分析圖表：橫坐標(biāo)為距工作面的距離，時(shí)間， 注明工作面狀態(tài)。,,東直門K39+330斷面各測(cè)線歷時(shí)曲線圖,,,,,,,,,,D, t,S,1步開始,,,,1,2,4,3,,2步開始,3步開始,,,1步封閉,,2步封