（地图制图学与地理信息工程专业论文）地铁施工变形监测数据处理系统的研制与开发.pdf

+ 删嬲眄 摘要 本文结合北京地铁1 5 号线一期土建施工工程变形监测项目，针对地铁施工中主站 基坑及掘进隧道的监测测项较多、点位较多、监测周期性长、数据量庞大的特点，开发 了地铁施工变形监测数据处理系统，其主要功能如下： 1 系统提供了与d i n i1 2 型水准仪、三种高精度测量机器人( t c a l 2 0 1 + ， t c a 2 0 0 3 ，n e t 0 5 ) 进行数据交换的接口，将不同数据格式的文件转换成统一要求的清华 山维格式。 2 论述了车站位移监测的各种方法及各种方法的适用条件及注意事项。 3 提供了施工处的里程、图点布设信息的查询、数据处理后的存储、修改与查询 功能；实现了监测点位的三维坐标显示、单个测点不同周期位移图、多个测点同一周期 位移图。 4 对处理后的成果进行预警报警的自动判断；通过线性回归预测模型进行预测分析 未来某时i 、开j 段的变形情况。 5 以图表的形式输出、f 1 报、周报及变形趋势图等各种成果报表。 本文着重介绍了地铁盟测数据库的设计，重点分析了基坑水平位移数据处理的方 法、预警报警的判断和预测模型，并通过实际工程的应用和监测数据的处理进行了对比 分析，证实了该系统具有一定的实用价值。 关键词：变形监测，地表沉降，水平位移，系统设计，数据处理，预测分析 a b s t m e t a b s t r a c t t l i sa r t i c l eu n i f i e sb e i j i n gs u b w a y15l i n ei s s u eo fc o n s t r u c t i o nw o r kd i s t o r t i o nm o n i t o r p r o j e c t ，i nv i e wo ft h es u b w a yc o n s t r u c t i o n ，t h em a s t e rs t a t i o nh o l ee x c a v a t e df o rb u i l d i n g f o u n d a t i o na n dt u n n e l sm o n i t o rm e a s u r e dt h a tm a n yi t e m ，m a n ys u r v e ys t a t i o n s t h em o n i t o r p e r i o d i c i t yt ob el o n g , t h ed a t at ob el a r g e ，h a sd e v e l o p e dt h es u b w a yc o n s t r u c t i o nd i s t o r t i o n m o n i t o rd a t ap r o c e s s i n gs y s t e m i t sm a j o rf u n c t i o ni sa sf o l l o w s ： 1 s y s t e mp r o v i d e dt h ei n t e r f a c ew h i c hh a sc a r d e do nt h ed a t ae x c h a n g et h ec o n n e c t i o n a n dd i f f e r e n td a t af o r m a tf i l ec o n v e r s i o nu n i f i c a t i o nr e q u e s tt s i n g h u as h a n w e if o r m w i t ht h e d i n il2l e v e la n dt h r e ek i n d so f h i g h a c c u r a c ys u r v e yr o b o t ( t c a 12 01 + ，t c a 2 0 0 3 ，n e t 0 5 ) 2 t h i sp a p e re l a b o r a t e ds e v e r a lm e t h o d sw h i c hs u i t e dt h ec o n d i t i o na n dt h em a t t e r s n e e d i n ga t t e n t i o nw i t ht h es t a t i o nd e p a r t u r em o n i t o r s 3 s y s t e mh a v ep r o v i d e dt h ec o n s t r u c t i o np l a c ec o u r s e ，t h ec h a r tb u i l di n f o r m a t i o n i n q u i r y , t h ed a t ap r o c e s s i n gm e m o r y , t h er e v i s i o na n dt h ei n q u i r yf u n c t i o n s y s t e mh a s r e a l i z e dt h et e s tp o i n tp o s i t i o nt h r e ed i m e n s i o n a lc o o r d i n a t ed e m o n s t r a t i o n ，t h e s i n g l e m e a s u r i n gp o i n td i f f e r e n tc y c l ed i s p l a c e m e n td i a g r a m ，m a n ym e a s u r i n gp o i n ti d e n t i c a lc y c l e d i s p l a c e m e n td i a g r a m 4 s y s t e mh a sc a r r i e d o nt h ee a r l yw a r n i n gj u d g m e n ta f t e rt h ep a i r p r o c e s s e st h e a c h i e v e m e n ta n dc a r r i e do nt h ep r e d i c t i v ep a r s i n gt h r o u g ht h el i n e a rr e g r e s s i o nf o r e c a s t m o d e l 5 b yg r a p hf o r mo u t p u tt h ed a i l yp a p e r , w e e k l yr e p o r ta n dd i s t o r t i o nt e n d e n c yc h a r t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e de m p h a t i c a l l yt h es u b w a ym o n i t o rd a t a b a s e sd e s i g n t h es e l e c t i v e a n a l y s i sd e p a r t u r ed a t ap r o c e s s i n g sm e t h o dw i t hh o l ee x c a v a t e df o rb u i l d i n gf o u n d a t i o n ，t h e e a r l yw a r n i n g sj u d g m e n ta n dt h ef o r e c a s tm o d e l ，a n dh a v ec a r r i e do nt h ec o n t r a s t i v ea n a l y s i s t h r o u g ht h ea c t u a lp r o j e c t sa p p l i c a t i o na n dm o n i t o rd a t a sp r o c e s s i n g , c o n f i r m e dt h i ss y s t e m h a v i n gc e r t a i np r a c t i c a lu s e k e y w o r d s ：d i s t o r t i o nm o n i t o r , s u r f a c es e t t l e m e n t ， d a t ap r o c e s s i n g ，p r e d i c t i v ep a r s i n g h h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t ，s y s t e m sd e s i g n ， 月录 目录 北京建筑工程学院硕士学位论文原创性声明 北京建筑工程学院硕士学位论文使用授权书 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第1 章绪论1 1 1 我国地铁建设的前景1 1 2 地铁施工变形监测的意义1 1 3 变形监测信息系统的研究现状3 1 3 1 获取变形信息的方法与进展3 1 3 2 变形预测常用方法4 1 4 本文的主要研究工作及系统的设计路线5 1 4 1 本文的主要研究工作5 1 4 2 系统的设计路线7 第2 章地铁变形监测的内容和作业方法9 2 1 监测方案的设计9 2 1 1 监测方案的设计原则9 2 1 2 现场监测对象和项目9 2 1 3 现场监测频率和周期1 0 2 2 地表沉降、地下管线沉降及差异沉降监测1 l 2 2 1 基准点及监测点布置1 1 2 2 2 基准点和工作点观测1 1 2 2 3 沉降监测点观测1 2 2 3 围护结构桩顶水平位移监测1 3 2 3 1 基准点及监测点稚置13 2 3 2 测点埋设及技术要求1 4 2 3 3 监测方法及数据采集1 5 第3 章地铁施工变形监测信息系统的构建1 6 3 1 地铁施工变形监测数据库的设计1 6 3 1 1 数据库设计原则1 6 3 1 2 数据模型的确定1 7 i i i f 1录 3 1 3 数拂：库管理系统( d b m s ) 的选择1 7 3 2 地铁施工变形监测信息数据库的设计过程1 8 3 2 1 需求分析设计1 9 3 2 2 逻辑结构设计1 9 3 3 信息系统的数据处理模块2 1 3 3 1 沉降位移监测数据的处理2 1 3 3 2 桩顶水平位移监测数据的处理：2 3 3 3 3 关于测点破坏问题的处理2 5 3 3 4 线性回归预测模型2 6 第4 章地铁施工变形监测信息系统的实现2 7 4 1 北京地铁某车站及盾构区间的概况2 7 4 1 1 工程位置及周边环境概况2 7 4 1 2 工程地质及水文地质条件2 7 4 1 3 结构设计形式及施工工法2 8 4 2 北京某地铁施工变形监测信息系统的实现2 9 4 2 1 系统登录与数据输入2 9 4 2 2 计算处理：3 2 4 2 3 数据维护3 3 4 2 4 曲线绘制与变形预报3 5 4 2 5 图表生成3 9 总结与展望；4 2 结论4 2 问题和展望4 2 参考文献4 4 致谢4 6 攻读硕士期间发表论文及科研情况4 7 硕士期间发表论文4 7 参加科研及项目4 7 附录4 8 i v 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 我国地铁建设的前景 中国是世界上最大的和发展最快的发展中国家之一。由于中国经济的快 速发展，大量人口涌向大中城市，加上近几年汽车行业的蓬勃发展，给城市的 交通带来了巨大的压力。面对如何解决城市道路拥挤、车辆阻塞、交通秩序混乱 等严重交通问题时，人们把目光聚集在城市的立体开发上，即聚集在具有节省 土地、减少干扰、节约能源、减少污染的轨道交通上面。据了解，目前中国人 口过百万的5 0 多个城市中，有2 4 个城市已经都得到国务院批准，正在建设或 筹建自己的轨道交通。 目前，北京、天津、上海、广州正在续建新的地铁线，构建城市的轨道交 通网。2 010 年12 月3 0r ，随着北京地铁房山线、亦庄线、大兴线、昌平线一 期、1 5 号线首开段5 条地铁线的同时运营，再加上现有的北京地铁一号线、二 号线、四号线、五号线、十号线、十三号线、八通线、机场线、奥运支线，北 京地铁线总长达到3 3 6 公里。预计到2 0 15 年，北京轨道交通总长度将达到5 6 0 多公里，北京中心城区轨道交通线网在规模上将接近纽约、伦敦、东京、巴黎 等城市的水平，地铁总长度有望成为全球地铁线路最长的城市。 在市场经济的推动下，内地各个大中城市掀起地铁建设的狂潮。从2 0 0 8 年 8 月丌始，国家先后批覆了宁波、无锡、长沙、郑州、福州、昆明、大连、南昌 和青岛9 个城市的地铁建设规划。当前还有南宁、东莞、济南和合肥4 个城市 的地铁规划j 下在等待国务院的批覆，还有先f i 获得国务院批复的15 个城市正在 续建地铁工程，全国共有2 8 个城市正在修建地铁工程。当然希望建设地铁的城 市和j 下在向国务院递交申请的城市就更多了。据不完全统计， 2 0 l5 年前后将规 划建设7 0 余条地铁，总长度约2 l0 0 公里，总投资超过8 0 0 0 亿元人民币，相当 于4 个三峡大坝的投资。若考虑到地铁每投入l 亿元可拉动至少2 亿元相关产 业的发展，此轮地铁建设热潮对经济的贡献将超2 4 万亿元人民币。 由此可见，我国的地铁建设具有广阔的前景，研究与地铁工程相关的理论、 技术、方法，并运用到地铁工程中，具有一定的实际价值。 1 2 地铁施工变形监测的意义 变形是指变形体在外在环境或人为压力的荷载作用下，变形体的形状、大 小及位置在时间或空问上的变化瞳3 。变形监测又称为变形测量或变形观测，变形 第1 币绪论 测量是通过重复观测设置在变形体上的观测点，通过剔除观测误差，数据的平 差处理，求得观测值在某一时间相对于初始观测的点位、高程、支撑轴力大小 等观测成果的变化量和这段时问的变形速率。 变形监测的对象是多种多样的，大区域的变形监测有地极移动、地壳板块 运动、地震引发的岩层及地表位置的变化，海底扩张、火山喷发引起的地表隆 起；局部范围的变形监测包括由于地下岩层结构的破坏或水文条件的破坏引起 的地面塌陷、地表建筑物的坍塌、滑坡体受降雨等外在因素影响导致的滑坡位 移；小区域的变形监测有工程构筑物基坑开挖时的桩体变形和桩顶水平位移变 形、周围工程建筑物的差异下沉、隧道开挖时及建成后受周围基坑开挖而引起 的水平收敛和拱顶下沉、桥梁工程的墩台沉降变形、桥梁主梁的横向水平位移 观测、桥梁构造受温度、荷载和风力影响下的挠度变形、土体或混凝土大坝由 于水位高低而受到的荷载不同引起的坝顶水平位移及垂直位移；精密设备的变 形监测包括设备部件在长期运转中发生的部件挤压、摩擦损耗或扭曲变形等l 。 也就是说变形监测的对象包括自然界内一切关系到人们生活的实物对象。 一般来说，工程建设的设计流程中设计单位都针对实际工程某种特定的地 质环境、水文条件、施工工法、施工进度等综合因素给出了变形体的累积变形 值和变形速率控制值的大小。在工程建设中，如果变形体的变形值和变形速率 在控制值以内是允许的，但当变形值或变形速率达到或超过变形值时，工程是 危险的，变形会引起工程事故或灾害1 。如建筑物的坍塌、基坑开挖维护结构不 及时引起的桩体折断和周围建筑物的沉陷、隧道掘进引起的地表塌陷等各种工 程事故。这些灾害和事故对人类的生命和财产安全造成了巨大的威胁1 。 在工程勘察设计环节，由于设计者不可能对工程的荷载做出特别准确的估 计值，在施工阶段，又由于施工现场的环境比较复杂，施工质量、施工进度和 设计不是完全的吻合，施工工程中变形体的变形一旦超过了设计人员给出的控 制值，就会影响施工质量，严重时会危机周围建筑物的安全和作业人员的人身 安全1 。例如，19 5 9 年12 月，法国6 7 m 高的马尔巴塞( m a lp a s s e t ) 双曲拱坝 溃坝，造成坝下游1 0 k m 处的费雷茄斯城变成废墟，坝前8 k m 处的一兵营5 0 0 名 士兵全部死亡。1 9 7 5 年8 月，我国河南省板桥和石漫滩两座土坝洪水漫坝失事 等，都造成了人们生命和经济的巨大损失。1 9 7 6 年美国9 3 m 高的提堂( t e t o n ) 土坝溃决，造成提堂河和斯内克河下游1 3 0k m ，面积7 8 0k m 2 的地区全部或局 部遭受溃水泛滥，4 万h m 2 农田被淹，冲毁铁路5 2k m ，1 1 人死亡，2 5 0 0 人无家 可归。2 0 0 3 年5 月2 2 同，兰州公路临洮县辛店镇附近兰临高速公路的一工地土 方坍塌，造成7 人死亡1 人重伤的重大事故。2 0 0 9 年1 2 月2 4 日，印度西部拉 2 第l 荦绪论 贾斯坦郧一座5 0 m 长的在建桥梁坍塌，造成4 5 人死亡，3 人失踪。 近年来，国内许多大中城市都在进行大规模的工程建设，伴随而来的各种 工程事故也屡次出现。2 0 1 0 年7 月1 5 日，北京地铁顺义站明挖车站施工过程中， 车站深基坑钢支撑脱落，事故导致2 名工人死亡，另有8 名工人受伤。2 0 10 年 1 1 月2 1 日凌晨，北京地铁l o 号线二期工程北京西三环新兴桥由北向南方向主 路出现坍塌，形成一个深4 m ，面积约为3 0 平m 的圆形大坑。这些安全事故告诉 我们：安全事故警钟长鸣，地铁监测切实必行。 地铁施工变形监测是保障地下铁道工程建设的质量和作业人员的生命安 全、保护地铁施工沿线建筑物、地上通道、铁路及河流等风险源的重要手段。 地铁在修建施工中，变形监测主要有两方面的工作：一是对基坑开挖时引起的桩 体变形、桩顶变形及周围地基、建筑物及地下管线、高压塔等构筑物的变形观 测，对隧道断面的收敛观测、内部拱顶的沉降的变形观测：二是对因盾构机掘进 和暗挖工法开挖的隧道引起的地表道路、两侧建筑物及公共设施的沉降、倾斜、 裂缝观测。通过监测随时预报变形速率、累积沉降值的大小及方向，以便及时 修改盾构机掘进时的各项参数、加强支护、修改注浆参数以及对暗挖隧道采取 喷锚等加固措施，以控制变形大小来保证地铁及周围构筑物安全，保障施工人 员的人身安全及避免经济损失哺1 。 由此可见，建立一套完整的地铁施工变形监测数据处理系统运用于地铁施 工建设，不仅可以及时j 下确的处理监测数据，还可以动态的管理各个工地的监 测数据，便于数据的查询、维护。 1 3 变形监测信息系统的研究现状 变形监测信息系统所研究的内容主要涉及到三方面内容：变形体的变形信 息的获取、分析变形的大小并解释变形的原因、对变形值超过控制值或变形速 率超过控制值的变形点位进行预警报警n 1 。随着计算机的发展，2 0 世纪8 0 年代 后期，我国的变形监测信息系统开始起步。随着各种新技术、新仪器的出现， 出现了许多新的监测方法，如g p s 系统方法成功运用到清江隔河岩大坝监测1 ； 梅文胜、张j 下禄等研究了测量机器人的自动化监测系统软件，并运用距离和高程 查分技术对数据进行了处理旧1 。 1 3 1 获取变形信息的方法与进展 由于监测目的、变形体的特征、监测精度、变形速率和累积变形值控制值 的大小等n 0 1 的不同，获取变形信息的技术方法也不一样。就普通局部区域的变 形监测和通常工程构筑物来说，监测的主要手段有： 3 第l 荦绪论 ( 1 ) 常规人地测量方法：即包括测量常川的经纬仪，水准仪，全站仪。用经 纬仪测量方向值，通常利用经纬仪采用视准线法测量桩体位移变化；用水准仪 监测地表及管线的沉降量和建筑物的差异沉降等；利用全站仪特别是带伺服马 达的测量机器人进行点位的三维自动监测。测量机器人的自动监测具有精度高、 无人值守等特点已经成为常规大地测量的发展趋势之一。 ( 2 ) 地面摄影测量技术：即利用立体像对的点位相对定向、绝对定向的方法 获取点位的坐标的方法。在理论上，凡是可以监测变形体几何外形变化的都可 以用摄影测量技术，但是地面摄影测量技术测得的点位绝对精度较低，主要应 用于建筑物、高塔、滑坡体等工程中。数字摄影c c d 技术的出现，提高了数据 处理的速度和点位的精度，拓宽了监测对象，使地面摄影测量技术得到了更广 泛的应用。 ( 3 ) g p s 空间定位技术：g p s 定位技术是利用空间后方交会原理测得点位的 一种方法】。由于它不受测站通视的影响，它可用于大区域的变形监测，如板 块运动、地震和大城市地面沉降监测等，当然，也较多的应用于视野比较开阔 的大坝，滑坡，大型桥梁、海上钻井平台等n 引。 ( 4 ) 三维激光扫描技术：由于它可以采集变形体的点位较多，可以经过处理 得到正射影像图、剖面图等成果，广泛应用于产品部件加工测试、古文物石窟、 壁画的保护等领域。它可以对变形体的各个部位变化进行监测，大面积获取点 位的三维坐标，它作为测绘领域的一种新兴方法，在变形监测领域有着广阔的 应用前景引。 ( 5 ) 特殊测量方法：随着物理技术的迅速发展，研制出了多种传感器和光电 测量仪器，可应用到变形体的自动监测。如测没桩体变形的测斜仪，保证隧道 等直线掘进的激光准直仪、监测支撑基坑钢支撑变形的轴力计、监测钢筋变形 的钢筋应变计等。这些特殊的测量方法应用于施工工程，保证了工程的安全生 产。 1 3 2 变形预测常用方法 变形监测的工作有两方面：一是反映变形体在某段时间的变形值大小，二 是对未来某段时问段变形体的变形值做出准确的预报。随着计算机和各种模拟 技术的发展，一些新理论和新方法为变形分析和预测提供了广泛的研究途径。 对于变形预测模型，国内外对其预测方法研究较多，各种新模型和新理论的出 现，为工程设计和灾害防治提供了科学的依据4 1 。工程中常用的预测方法有时 间序列法、线性回归分析法、形态判断法、拟合法、灰色预测模型、神经网络 模型等5 1 。 4 第l 荦绪论 时l 日j 序列法足一种动态数据处理的方法，它是讨论自叫归模型所描述的因 变量自身变化而不涉及自变量变化的统计规律，用这种模型仅仅是利用因变量 自身的现有资料来挖掘信息。从系统的角度看，时间序列分析是一个不被外界 所知道内因的“生成过程”。1 9 7 0 年，b o x 和j e n k i n s 首次提出自回归滑动平均 模型，并且建立了一套完整的预测模型、参数估计、模型检验、预测和控制方 法的理论和方法n 引，被很多研究预测分析的同仁所认可，广泛应用于各种工程 项目中去。焦明连，叶秋芹在基于时序分析的建筑物沉降数据处理7 1 一文 中，通过实例论证了建筑物沉降监测数据对其平稳化处理后，运用时问序列分 析能较好的反映出变形体的变形规律，模型预测较为准确。 回归分析方法就是利用已有的观测数据，通过建立因变量与自变量间的回 归方程，它适用于某种监测对象与其他因素有关联的情况，它既可以计算变形 体当前的几何形变的大小，也可用于预测未来某段时间的变形体的变形方向及 变形大小。回归分析方法可以根据自变量的维数不同分为一元回归分析、多元 回归分析。在工程实践上，线性回归分析很早就作为一种预测方法应用于变形 监测的数据处理上，例如刘家峡大坝位移分析研究报告便是现在能见到的国内 较早利用线性回归的典型案例。翟福全，蒋国军在线性回归方程在高桩码头 变形监测中的应用n 8 】一文中，运用线性回归方程剔除自变量水温及水位高度 对高桩码头监测的影响，找出影响变形的主要因素，分析了变形规律，提高了 监测的精度。 在文献大坝变形观测预测方法的扩展中，徐培亮把某一时间段同精度 观测点间的相互关联作为研究对象，采用多元多点回归分析模型，分析影响变 形的因素对模型的影响程度，利用回归方程消除较小变形因子引。张俊中，宋 蕾，张健雄在多元回归分析模型在变形船测中的应用心们一文中，通过实际 工程采用多元回归分析模型分析了建筑物荷载和时间间隔对变形值的影响，达 到了较好的预测效果，避免了工程事故的发生。 1 4 本文的主要研究工作及系统的设计路线 1 4 1 本文的主要研究工作 此沦文以一实际工程项目为依托，地铁施工变形监测的数据处理和分析管 理是本论文研究的重点。具体有以下几方面的内容： 1 本系统提供了与d in i12 型水准仪、三种高精度测量机器人( t c a l2 0 1 + ， t c a 2 0 0 3 ，n e t 0 5 ) 进行数据交换的接口，将不同数据格式的文件转换成统一要求 的清华山维格式。 5 2 论述了车站水平位移监测的各种方法及各种万法的迪川条件及注葸事 项。 3 提供了施工处的里程、图点布设信息的查询、数据处理后的存储、修改 与查询功能；实现了监测点位的三维坐标显示、单个测点不同周期位移图、多 个测点同一周期位移图的自动生成。 4 以采集信息处理后的成果为基础利用线性回归分析模型对未来某个时 间段的变形进行预测分析。 5 以图表的形式输出日报、周报、月报及点位变形趋势图等各项成果报表。 这五项功能也就是对软件的各组成部分的基本要求，将这五项功能有机的 结合起来，形成完整的后处理软件，其具体组成图如图卜l 。 6 第l 章绪论 原始数据 j 标准格式一一：_ i 嘉、 电子水准仪格式 ! 三! 乡夕 图其它格式 转换成标准格式 文 1 查 r 询标准接口 e 它接口 ， 转换后接口 h 关 工 髟经理模块秀 程 靠，# t， 和 根据转换后的观测数据计算相心的累计沉降、期沉降、 标 累计沉降速率、j j j 沉降速率等所需结果。 段 的 信 息 黪昭模疾“? 臻 和 t 程、标段、工作 处理数据结果表原始观测 一 测点等状况描人员 数据表 j 述数据表 表 表ll 表2l 表3 | 查 爹函藏输 | i 模块7 秀i 询 比 较 各 断面沉降测点原始曲线各类回归分析 期 资 料 1r 1 r 提供与a u t o c a d 的图形接口提供与e x c e l 的报表接u 图卜1 软件设汁功能模块组成图 f i g 1 - 1c o m p o s i t i o no fs o f t w a r ed e s i g nf u n c t i o n a lm o d u l e 1 4 2 系统的设计路线 变形观测所采集的数据是变形监测数据信息系统设计的依据，基本理沦是 软件工程原理，基础是计算机技术，从而设计出变形监测数据信息系统的技术 路线。本系统的设计路线如图1 - 2 。 7 第1 章绪论 图1 - 2 系统总体框架设计路线 f i g 1 - 2r o u t eo fs y s t e mo v e r a l lf r a m ed e s i g n 第2 章地铁变形豁测的内容和作q k 方法 第2 章地铁变形监测的内容和作业方法 2 1 监测方案的设计 2 1 1 监测方案的设计原则 监测方案设计是以满足安全管理和监控为f i i 提旺，根据业主、设计单位、 地铁监理方等提供的技术标准要求，综合初步设计资料、现场情况进行编制的， 监测方案设计的基本原则如下： ( 1 ) 施工变形监测对象主要为工程周边环境对象( 包括建筑物、过街天桥、 地下管线、道路及地表) 及工程围护结构对象( 包括桩顶水平位移、桩体水平 位移、锚索拉力、支撑轴力) ，并重点考虑风险工程。 ( 2 ) 施工监测各监测项目的监测范围为： 建筑物沉降监测项目监测范围取基坑结构边缘两侧各1 5 2 o h ( h 为基坑 或隧道开挖深度) 范围比2 1 ； 地下管线仅对污水、雨水、上水、燃气等管线进行沉降及差异沉降监测， 监测范围取基坑或隧道结构边缘两侧各1 o h 范围； 道路及地表沉降监测范围取基坑或隧道结构边缘两侧各1 0 h 范围； 围护结构桩项水平位移监测范围为主体基坑及附属结构四周的围护结构； 围护结构桩体变形监测范围为主体基坑四周的围护结构； 支撑轴力监测范围为主体结构的每层支撑； 一 ( 3 ) 施工监测监测项目、测点布置以及监测频率、周期均按照业主施工监 测监测技术标准要求进行设计。 2 1 2 现场监测对象和项目 本工程的监测项目如表2 1 。 9 第2 章地铁变形炼测的内容和作、i k 方法 表2 1 监测对象及精度 t a b l e2 - 1m o n i t o ro b j e c ta n dp r e c i s i o n 序号类别监测对象监测项目监测精度 l 盾构区问临近高层住宅 建筑物沉降 薹1 0 m m 2过街大桥三1 0 m m 3盾构区间上方混凝十雨水管 三1 0 m m 4 周边 盾构【) ( 问上方混凝十污水管 主1 0 m m 5 环境 盾构区间上方热力方沟地下管线沉降及差异沉 三1 0 m m 6 盾构区间上方混凝- 十污水管 降耋1 0 m m 7 盾构区问上方混凝。 ：雨水管 主1 0 m m 8 盾构区间上方铸铁上水管 薹1 0 m m 9基坑周边地表道路、地表沉降兰1 0m m 桩顶水平位移 耋1 0m m1 0 罔护结 主体基坑及附属结构基坑桩体水平位移 兰1 0m m1 1 构自身 1 2支撑轴力三1 0 f s 2 1 3 现场监测频率和周期 本工程中，现场监测频率如表2 2 所示。 表2 - 2 监测频率表 t a b l e2 - 2m o n i t o rf r e q u e n c y 序号监测对象 监测项目 监测频率 l 建筑物沉降 基坑开挖期间h 5 m ，1 次3 大；5 m 1 0 m ，1 次天；基坑开挖完成以后 2 周边环境1 。7 天，1 次天；7 1 5 天，1 次2 天；1 5 3 0 天， 差异沉降 1 次3 天；3 0 大以后，1 次周经数据分析确认达 3道路及地表沉降 剑基本稳定后1 次月。 4 桩顶水平位移 基坑开挖期问，h 5 m ，1 次7 大；5 m 1 0 m ，1 次2 天；基坑开挖完成以后 身 1 7 大，1 次2 天；7 1 5 天，1 次3 天，1 5 、3 0 大，1 次7 天；经数据分析确认达到基本稳定后 6 支撑轴力 1 次月 标注：( 1 ) h 为基坑开挖深度，即某车站标准段基坑深约1 6 3 2 m ，某出入口 基坑深约1o m 。( 2 ) 当监测值超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测， 当有危险事故征兆时，则需进行加密监测。( 3 ) 在拆卸支撑期间，需加密监测， 应每天进行监测。 现场监测周期：( 1 ) 初始值测定：测点布置完成后，在施工之前，应对所有 的监测项目进行连续两次独立的观测，判定合格后取其平均值作为监测项目的 初始值。为了更好的进行对比分析，针对共同的监测点，施工监测同第三方监 测单位要在相同的时间段进行初始值测定。( 2 ) 结束监测标准：本工程中，变形 稳定判断的标准依据建筑变形测量规范j g j8 2 0 0 7 相关内容确定，即“当 第2 章地铁变形舱测的内容和作业方法 最后l o o d 的沉降速率小于0 0 l 0 0 4 m m d 时_ u j 认为已经进入稳定阶段”。变肜 稳定后，即可向业主发出“结束监测申请”，业主批准后结束监测。 2 2 地表沉降、地下管线沉降及差异沉降监测 2 2 1 基准点及监测点布置 本车站及盾构区间高程基准网选取地铁l5 号线一期施工高程系统为基础建 立，在远离地铁基坑施工影响区稳固位置选择3 个精密水准点作为高程基准点。 根据现场实际情况，为方便测点引测，另加密布设3 个工作基点。根据具体地 下管线分布，高程基准点、工作基点同监测点一起布设成独立的闭合环或形成 由附合路线构成的结点网。 为保护测点不受碾压影响，地表沉降测点标志采用窖井测点形式，采用人 工开挖或钻具成孔的方式进行埋设。测点布置于受施工影响的地表，基坑周边 地表沿基坑边以2 0 m 排距布设测点，每排2 个测点，布点间距为3 m ，布置了两 个断面；暗挖出入口上方地表按5 m 一个点的原则布置测点，本工程在明挖基坑 周边及暗挖出入口上方布设了8 7 个地表沉降测点，具体布点见附录a 。 在本工程中要监测的地下管线主要为出入口下穿的混凝土雨水管、混凝土 污水管、热力方沟、混凝土雨水管、铸铁上水管等地下管线。 监测点布置于受施工影响的管线上，布置的原则为：( 1 ) 监测点重点布设在 雨水管线、污水管线、上水管线及热力方沟上，测点布置时要考虑地下管线与 洞室的相对位置关系。( 2 ) 监测点宜布置在管线的接头处，或者对位移变化敏感 的部位；( 3 ) 根据设计图纸要求，有特殊要求的管线布置管顶测点，无特殊要求 的布置在管线上方对应地表。布点问距为l5 2 0 m 。( 4 ) 管线沉降监测测点应埋设 平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，同时，测点埋设稳固，做好清 晰标记，方便保存比引。 2 2 2 基准点和工作点观测 基准点和工作点观测按按建筑变形测量规程变形监测仪级的精度要求 进行观测，作业过程严格遵守规范要求，每次观测山固定的测量人员，采用固 定仪器按相同的观测路线进行，观测汜录至0 0 l m m ，计算及结果至0 1 m m 。其 精度按表2 - 3 心引、表2 - 4 心州标准进行： 第2 章地铁变彤临测的内容和作q k 方法 农2 3 基准点、上作点测量的精皮婴求 t a b l e2 - 3a c c u r a c yr e q u i r e m e n to fr e f e r e n c ep o i n t o p e r a t i n gp o i n ts u r v e y 等观测点测站高差中往返较著、附合或环线闭检测已测测段高差之基辅分划所测高差 级误差( m m )合差( m 瑚)著( m m )之差( m m ) _ - 0 1 5 o 3 石o 4 5 石 o 5 级 表2 - 4 基准点、工作点测量的视线长度、前后视距差、视线高度的要求 t a b l e2 - 4r e q u i r e m e n to fr e f e r e n c ep o i n t ，o p e r a t i n gp o i n ts u r v e yl i n eo fs i g h tl e n g t h ， a r o u n da p p a r e n td i s t a n c ed i f f e r e n c e ，l i n eo fs i g h th i g h 任一测站上前后 视线高度 等级视线k 度前后视距差 视距差累积 ( 下丝读数) 一级 3 0 m0 。7 m1 o m0 3 m m 2 2 3 沉降监测点观测 ( 1 ) 建筑物和电缆监测：按照建筑变形测量规程变形监测二级的精度要 求进行，技术要求如下2 5 妇3 1 所示。 2 - 5 沉降观测点的精度要求 t a b l e2 - 5a c c u r a c yr e q u i r e m e n to fs u b s i d e n c eo b s e r v a t i o np o i n t 观测点测站高往返较差、附合或环线 检测已测测段高差基辅分划所测高差之 等级 差中误差( m m ) 闭合差( m m )之差( m m )差( m m ) 二级o 5 0 1 o 石1 5 石 o 7 ( 2 ) 监测时各项限差：沉降监测作业测量的视线长度、前后视距差、视线高 度的要求按照下2 6 7 3 执行。 2 6 沉降监测点测量的视线长度、前后视距差、视线高度的要求 t a b l e2 - 6r e q u e s to fs u b s i d e n c et e s tp o i n ts u r v e yl i n eo fs i g h tl e n g t h ， a r o u n da p p a r e n td i s t a n c ed i f f e r e n c e ，l i n eh e i g h to fs i g h t 任一测站上前后 视线高度 等级视线k 度前后视距差 视距筹累积 ( 下丝读数) 二级 5 0 m2 0 m3 0 m0 2 m m ( 3 ) 测站观测顺序和方法：将电子水准仪设置为“奇偶站”测站方式。 往测时，奇数测站的观测顺序为：b f f b ( “后前前后 ) ； 往测时，偶数测站的观测顺序为：f b b f ( “前后后前”) ； 。返测时，奇数测站的观测顺序为：f b b f ( “前后后前”) ： 返测时，偶数测站的观测顺序为：b f f b ( “后前前后) 乜引。 水准外业记录由仪器自动完成，当观测超限时，仪器自动提示重测。 1 2 第2 章地铁变形峪测的内容和作q k 方法 观测时注意事项如下：1 ) 对使用仪器必需定期进j j ：检验。当观测成果异常， 经分析与仪器有关时，应及时对仪器进行检验与校正；2 ) 观测应做到三固定， 即固定人员、固定仪器、固定测站；3 ) 观测时，必需保证良好的观测环境及成 像条件；4 ) 观测前应正确设定记录文件中各项控制限差参数，观测完成需现场 检核闭合或附合差情况，确认合格后方可完成测量工作；5 ) 观测时应满足水准 观测各项相关技术要求心引。 在进行观测点的首次观测时，必须观测两次，取其平均值为初始值。各监 测点的高程通过各测点与工作点进行水准连测得到。 ( 4 ) 沉降值计算：监测时通过测得各测点与工作点( 基点) 的高程差h ， 把第一次观测的测点高程作为起始值，以后每次测得高程与前一次进行比较， 差值ah 即为该测点的沉降值。 2 3 围护结构桩顶水平位移监测 2 3 1 基准点及监测点布置 ( 1 ) 水平位移观测基准网布设形式 本项目围护结构桩顶水平位移监测基准网采用导线网，测点监测采用极坐 标法。基准点以北京地铁1 5 号线一期施工平面控制系统为基准建立，采用附合 或闭合导线形式，起始并闭合于地铁精密导线上。水平位移监测基准网由水平 基准点和工作基点组成，基准点根据场地围挡条件及基坑位置合理分布，设置3 个基准点、3 个工作基点，同观测点一起布设成监测网。根据现场情况，选取三 个精密导线点作为基准点。 ( 2 ) 水平位移观测基准点及工作基点布置原则 围护结构桩顶水平位移监测基准点布置的原则为：1 ) 基准点是监测点稳定 性的基准，应设立于施工基坑开挖深度2 4 倍距离之外的稳定区域，为提高监 测精度，应埋设专门观测标石；2 ) 每个相对独立的测区基准点个数不应少于3 个，以保证必要的检核条件心5 1 。 工作基点布置的原则为：1 ) 工作基点点位的分布应满足准确、方便联测控 制点的需要；2 ) 工作基点点位的分布应满足准确、方便观测定全部观测点的需 要。 根据上述原则，本站了选择了3 个基准点、布设了3 个工作基点，基准点 选择基坑北侧和南侧路边的精密导线点，工作基点布设在基坑西侧路边。 ( 3 ) 观测点布置原则 观测点按业主提供的技术要求在主体基坑长边以2 0 m 间距进行布点，在主 1 3 第2 章地铁变形舱测的内容和作q p 方法 体基坑短边中点佃设1 个监测点，附属结构在关键部位进行仰点；测点设置强 制对中标志。 根据上述原则，在主体结构基坑围护桩上布设了3 2 个桩项水平位移测点， 附属结构基坑围护桩上布设了12 个桩顶水平位移测点，本站一共布设了4 4 个 桩顶水平位移测点，点位布设图见附录b 。 2 3 2 测点埋设及技术要求 ( 1 ) 水平位移观测基准点、工作基点及观测点埋设方法 基准点埋设专门观测标石，标石的埋设形式及规格如图2 1 所示 图2 一l 监测基准点埋设规格图 f i g 2 1 s p e c i f i c a t i o no f m o n i t o rr e f e r e n c ep o i n te m b e d m e n t 现场监测工作基点采用强制归心的水泥观测墩，顶面长宽各o 4 m ，地下部 分埋深大于1 2 m ，地面部分高1 o m ；监测点埋设时先在圈梁、围护桩或地下连 续墙的顶部用冲击钻钻出深约1 0 c m 的孔，再把强制归心监测标志放入孔内，缝 隙用锚固剂填充。辉设形式如图2 2 、