盾构法施工监控量测技术要点PPT课件

1、1 地下工程主要特点与施工方法地下工程主要特点与施工方法 1.1地下工程主要特点地下工程主要特点 随着社会的发展，人类面临日益突出的居住、交通、环境等与有限土地资源之间的矛盾，为解决上述矛盾，国际上提出“二十一世纪是人类开发利用地下空间时代”。特别是城市地区，随着人口急剧膨胀，居住困难、交通阻塞、环境恶化，开发利用地下空间，发展地下交通系统是城市面临的主要课题之一。 随着我国经济实力的不断增强，城市现代化程度的不断提高，城市规模不断扩大，为提高土地的空间利用率，交通线路由地面转入地下是大势所趋，各大城市纷纷在筹建城市地铁工程。同时为了利用有限土地资源，大力发展城市共同沟、地下停车场、地下商场等

2、地下工程，大力发展地下空间。第1页/共109页归纳起来，城市地下工程具有一下几个特点： （1）地质条件差 地层条件复杂多变，具有复杂性与不确定性，因此地下工程设计合理性进行理论分析比较困难，受工程地质和水文地质等条件影响较大，通常施工难度比较大；。 （2）周边环境复杂； 城市地铁工程往往多建在建筑物已高度集中的地区，在城市道路下面及各种管线附近通过。施工将产生一定范围的地表沉降，当沉降达到临界值时，将会引起建筑物的倾斜、开裂等，严重的可导致建筑物功能丧失。第2页/共109页 （3）结构埋深浅，与临近结构相互影响； 城市中的地下工程一般都处在密集的建筑群下，有些工程的基础与己有建筑物或构筑物的基

3、础紧邻，产生相互作用；处于较浅位置的地下管线结构，与深部的大型停车场或地铁工程形成上、下位置临接关系；多条隧道的工程又形成平面上的临接问题。 （4）围岩稳定性难于判断。 特别是城市地下工程施工引发的环境影响问题，如地表下沉、建筑物倾斜、道路交通乃至地中管线能否正常运作等源于兴建地下工程而产生的不良影响，因此环境影响是选择施工重要考虑因素之一。第3页/共109页1.2主要施工方法主要施工方法 随着技术的进步和科技的不断发展，地下工程的施工方法越来越丰富，根据地质条件、周边环境条件、机械设备配备情况，城市地下工程施工方法一般可分为三大类，即明挖法、暗挖法和沉管法。第4页/共109页1.3盾构法盾构

4、法 盾构法施工城市地下工程具有机械化程度高，对地层扰动小，综合性强，掘进速度快，对环境影响程度低等特点，因而在欧、美、日等发达国家得到广泛应用。20世纪初，盾构施工工法在美、英、德、法、苏等国得到广泛推广，大量用于公路隧道、地铁和下水管道等地下工程，并在加气压施工和盾尾注浆等方面有了突破和发展。20世纪60年代后盾构法在日本大量用于东京、大阪等城市的地铁建设和下水道施工等市政工程。盾构技术的迅速发展更加显示了盾构法的技术经济价值和社会效益，从而获得了更广泛的应用。 在我国盾构技术发展开始于50年代，首先应用于修建煤矿巷道。1963年上海结合地下铁道的筹建，开始第5页/共109页进行盾构技术开发

5、，并于1990年开始在地铁一号线大量引进盾构进行施工，经过多年的发展，在上海等软弱地层的盾构施工技术已相当成熟。近年来随着我国综合国力的提高，很多城市大力发展地铁，如北京、上海、广州、南京、深圳等城市，以上城市引进了大量盾构用于地铁施工。 盾构发展主要在机械化方面，从敞开式盾构发展到气压盾构和泥水盾构及土压平衡盾构。在盾构发展初期，较多采用气压式盾构，通过压力气体来稳定开挖面地层，如此将造成人必须在高气压下工作，对人体伤害很大，施工速度较慢。随着盾构技术的发展，研究出了用泥水来平衡开挖面的方法，出现了泥水盾构，大大改善了工作条件，提高了防坍塌和控制地表沉降的效果，但泥浆系统较复杂，场地面积大，

6、使用造价高，泥浆也经常沿盾构隧道泄漏而影响盾构密封和管片背后的注浆效果。因此出现了利 第6页/共109页用流塑状土来稳定掌子面的土压平衡盾构，土压平衡盾构的出现克服了泥水盾构的许多不足，近二十年以来，土压平衡盾构的辅助施工措施得到了高速的发展，如添加剂注入装置及注入材料的发展，以及其它的土仓加压措施的应用等，使此类盾构几乎能够适用于所有地层，因而发展很快，应用越来越多。在不均质地层条件下，是否需要设计的盾构适应所有的地层是一个有争议的问题，多功能盾构在技术上不存在问题，但也不能保证一次应用成功，实际应用风险较大，但仍然是今后盾构发展的一个方向，另外随着信息技术在盾构领域的应用，盾构正在向全自动

7、化发展，进一步减小劳动强度，提高工作效率。第7页/共109页盾构法基本原理 盾构法的基本原理是基于圆柱型钢铁装置沿隧道轴线向前推进的同时进行开挖。在隧道初期支护或二次衬砌施工前，圆柱型钢铁装置保证开挖所需的空间。盾构必须承受周围地层的压力，阻止地下水的侵入。 盾构法施工，根据地层和地下水情况，有五种稳定开挖面的方法： 自然支撑； 机械支撑； 压缩空气支撑； 泥浆支撑； 土压平衡支撑。第8页/共109页盾构法优缺点盾构法作为城市地下工程重要的施工方法之一，与其他施工方法相比，盾构法优缺点如下：盾构法主要优点有：机械化程度高，施工速度快；隧道断面准确；对环境影响时间短、程度小；施工人员安全程度高；

8、防水工程施工方便，质量好；隧道衬砌经济、质量好。第9页/共109页盾构法缺点主要体现在以下几个方面：盾构机设计、制造、安装等准备期长，前期投资大；操作要求高；施工场地大，只适合较长的隧道，对隧道埋深有一定的要求；当地层条件多变时，施工风险大；般只适合圆形断面，缺少变化，通常只适合事先确定的断面，改变断面代价大，如扩大断面。第10页/共109页2 监控量测的必要性和目的监控量测的必要性和目的2.1监测的必要性监测的必要性 采用盾构法在修建地下隧道，会引起地层移动而导致不同程度的地面和隧道沉降，即使采用当今先进的盾构技术，也难防止这些沉降。地面沉降和隧道沉降达到一定程度时，就会影响周围地面建筑、地

9、下设施和隧道本身的正常使用。另一方面，对于在软土地层采用盾构法施工的的城市地铁来说，在施工以前，对地质等的评价总有不完善的地方，设计和施工方案及细节也总有需要在施工中检验和改进之处，而施工监测正是使施工顺利和积极改进的一个关键环节，因此在盾构推进过程中，开展施工监控量测以研究施工引起的地层运动机理、预测相应的地面沉降及保护邻近构筑物和地下管线的安全是非常必要的。第11页/共109页（1）指导施工指导施工 通过监测了解地层在施工过程中的动态变化，明确盾构施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节，了解施工方法的实际效果，了解施工对周边环境的影响等等，以便采取相应的工程措施来。 第12页/共10

10、9页（2）安全评价安全评价 通过监测了解盾构管片结构及周边建（构）筑物的变形及受力状况，掌握掘进过程中工程自身结构所处的安全状态，并对其安全稳定性进行评价。 第13页/共109页（3）修正设计修正设计 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，调整相应的设计参数；第14页/共109页（4）积累资料积累资料 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。 施工过程中进行的监控量测是信息化施工的基础，具有重要作用，在盾构工程施工过程中进行现场监控量测，及时获取地层变位与盾构工程掘进引起的环境影响的动态信息，并反馈于修正盾构掘进参数与施工措施，

11、以期达到安全与经济合理的目的，这是信息化施工的实质。第15页/共109页3 主要监控量测项目及其确定原则主要监控量测项目及其确定原则3.1确定监测项目的原则确定监测项目的原则 施工监测是一项系统工程，监测工作的成败与选用监测方法的选取及测点的布置直接相关。根据监测工作的经验，归纳以下5条原则。 、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。 、多层次监测原则：多层次监测原则的具体含义有四点：第16页/共109页a、在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目。b、在监测方法上以仪器监测为主，并辅

12、以巡检的方法。c、在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器。d、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。、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。、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。、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。第17页/共109页3.2盾构法的主要监控量测项目盾构法的主要监控量测项目 根据以上原则，考虑盾构工程结构稳定及施工对环境

13、影响急待解决的问题，盾构施工引起的地面及土体沉降及变形；地面建（构）筑物沉降标准与保护等级的划分；管片结构变形。从总体来讲，监测项目可以分成三类：一、结构变形和应力、应变监测，二、盾构结构与周围地层（围岩与结构）相互作用，三、与盾构相邻的周边环境安全监测。 监测项目应根据具体工程的特点来确定，主要取决于（1）工程的规模、重要性程度；（2）盾构工程的形状、第18页/共109页尺、寸（隧道埋深、直径、盾构施工方法）；（3）地应力大小和方向；（4）工程地质和水文条件；（5）双线隧道的间距或邻近建筑物情况；（6）设计提供的变形及其它控制值。在尽量减少施工干扰的情况下，要能监控整个工程的主要部位的位移，

14、包括各种不同地质单元和盾构工程结构复杂部位。位移监测是最直接易行，因而应作为监控量测的重要项目。对于浅埋盾构工程，地表沉降监测是极其重要的。 一般将盾构隧道的监测项目分为应测项目和选测项目（表2），其中应测项目是必须进行的监测项目，选测项目是根据情况选用的监测项目。 第19页/共109页监测项目 表2类别监测项目监测仪器测点布置监测频率应测项目地表隆沉水准仪和水准尺隧道轴线纵向每1020m一个测点，每3050m一个断面，每个711测点开挖面距监测断面前后2B时12次/d开挖面距监测断面前后25B时1次/23d开挖面距监测断面前后5B时1次/周邻近建（构）筑物沉降水准仪、全站仪建筑物主要部位隧道

15、隆沉水准仪和水准尺计每1020m一个断面，每断面13测点净空收敛收敛计、全站仪等每1020m一个断面，每断面23测点选测项目地中水平位移多点位移计、测斜仪等取代表性地段设一断面，每断面23个测孔地中垂直位移分层沉降仪取代表性地段设一断面，一般在轴线上布12个测孔围岩压力压力传感器每取代表性地段设一断面，每断面79个测点管片内力与变形应力计和应变传感器地下水位水位孔电测水位计取代表性地段设一断面，每断面23个测孔孔隙水压力水压计每取代表性地段设一断面，每断面57个测点第20页/共109页4.主要监测项目及实施方法主要监测项目及实施方法4.1地表沉降监测地表沉降监测 地表沉降监测是盾构工程监测中最

16、主要的监测项目。分析隧道施工引起的纵横沉降槽曲线及最大沉降坡度、最小曲率半径和沉降速率等，以评估盾构施工对周围环境的影响程度，为合理确定和调整施工参数提供反馈信息。 第21页/共109页布点要求布点要求 地表沉降测点应在隧道掘进前布设。地表沉降测点和隧道内测点原则上应布置在同一里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距隧道轴线按1020m一个测点布置。 根据地层条件，一般间隔3050m布设一组地表横向沉陷槽测点，地表沉降测点横向间距为25m。隧道中线两侧量测范围不应小于H0 + B，地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应适当加宽。 根据有关资料，地表沉降槽呈正态曲线分布，其隧道上方沉降量大，向两侧

17、逐渐减小，因此测点布置为中间间距小，向两侧逐渐增大间距，以便比较准确测出沉降槽曲线，其测点布置如图7.2所示。第22页/共109页图7.2 某隧道地表沉降横向测点布置示意图 第23页/共109页测点埋设测点埋设水准点设置水准点设置： 地表沉降监测是根据监测对象周围的水准点高程进行的。如果附近没有水准点，则应根据现场的具体条件和沉降监测的时间要求埋设专用水准点。水准点的型式和埋设可参照三、四等水准点的要求进行（如下图），其数目应尽量不少于三个，以便组成水准控制网，对水准点定期进行校核，防止其本身发生变化，以保证沉降监测结果的正确性。水准点应在沉降监测的初次观测之前一个月埋设好。第24页/共109

18、页埋设水准点应考虑下列因素： （1）水准点应布设在监测对象的沉降影响范围（包括埋深）以外，保证其坚固稳定； （2）尽量远离道路、铁路、空压机房等，以防受到碾压和振动的影响； （3）力求通视良好，与观测点接近，其距离不宜超过100m，以保证监测精度； （4）避免将水准点埋设在低洼易积水处。同时为防止土层冻胀的影响，水准点的埋设深度至少要在冰冻线以下0.5m。 第25页/共109页测点埋设方法：测点埋设方法： 地表沉降监测点的埋设首先用钻机钻透硬化路面，然后用洛阳铲进行探挖，以免破坏地下管线，开挖成孔以后放入钢筋，放入钢套筒隔离钢筋与周边土体，上部回填砂土和木屑。测点上部安设保护盖，做好标记。如图

19、3-4所示。 第26页/共109页第27页/共109页测试仪器及精度要求测试仪器及精度要求 测量精度应根据给定的监测对象性质、允许沉降值、沉降速率、仪器设备等因素进行综合分析后确定。一般可分为高精度和中等精度两类。（1） 高精度 用于要求严格控制不均匀沉降的地下工程。使用的精密水准仪通常带有光学测微器，放大倍率不小于40倍，如苏光DS6、WILDN3和LeicaNA3000等仪器。使用时，i角控制在15，视线长度不大于50m，闭合差应小于0.5 mm，测量数据保留至0.1mm。水准尺均需采用线条式铟钢尺。第28页/共109页（2） 中等精度 用于要求一般控制不均匀沉降的地下工程。所使用的水准仪

20、的精度等级应不低于国产S3水平，最好带有倾斜螺旋和符合水准器，放大率在30倍左右，如国产的NS3-1型、DZ2型带测微器、WiLDN2和LeicaNA3000等。仪器使用时，i角控制在20，视线长度不大于75m，闭合差应小于1.0 rnrn，测量数据保留至1.0mm水准尺必须用红、黑双面木尺（带圆水准器）。第29页/共109页各种类型水准仪第30页/共109页地表沉降的基本要求地表沉降的基本要求 （1）观测前对所用的水准仪和水准尺按有关规定进行校验，并作好记录，在使用过程中不随意更换； （2）首次进行观测，应适当增加测回数，一般取23次的数据作为初始值； （3）固定观测人员、观测线路和观测方式

21、； （4）定期进行水准点校核、测点检查和仪器的校验，确保监测数据的准确性和连续性； （5）记录每次测量时的气象情况、施工进度和现场工况，以供监测数据分析时参考。第31页/共109页沉降监测实例沉降监测实例 以广州地铁二号线某区间工程地表沉降为例。R35为右线地表沉降测点，处于走马山岗断裂破碎带，地层软弱，且富含地下水。其沉降历时曲线如图。右线地下工程施工时，引起的地表沉降在10mm左右；后因受左线隧道施工影响，且由于地下水大量流失，造成右线地表再次沉降，最后左、右线隧道施工引起的沉降叠加达42.4mm。 第32页/共109页4.2建筑物监测 在城市地区修建隧道，往往地表周围有建筑物。为了保证建

22、筑物的安全，在盾构掘进过程中进行建筑物监测，目的是掌握工程施工期间建筑物的变化情况，以便当建筑物的某一部位或构件变形过大，及时采取有效的保护加固措施，确保建筑物安全与正常使用。 建筑物变形监测包括：沉降监测（差异沉降）、倾斜监测、水平位移监测、裂缝监测。第33页/共109页 建筑物调查 在盾构工程施工前，应对施工现场周边的建筑物进行调查，根据建筑物的历史年限、使用要求以及受施工影响程度，确定具体的监测对象。然后，根据所确定的拟要监测的对象一一进行详查，以确定监测内容及监测方法。 建筑物调查的项目与内容有：建筑物概况、建筑物历史变迁、建筑物规模、图纸与资料、使用状况、材料、结构尺寸、基础与地基等

23、。第34页/共109页建筑物沉降监测 水准点水准点的构造、形式以及埋设方法可参照前述内容。水准点离监测建筑物的最近允许距离见表3313。表3313 根据建筑物性质、层次和用途确定水准点的位置第35页/共109页 （1）沉降观测点 观测点的位置和数量应根据建筑物的体形特征、基础形式、结构种类及地质条件等因素综合考虑。为了反映沉降特征和便于分析，测点应埋设在沉降差异较大的地方，同时考虑施工便利和不易损坏。 一般可设置在建筑物的四角（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，框架（排架）结构的主要柱基或纵横轴线上。对于烟囱、水塔、油罐等高耸构筑物，应沿周边在其基础轴线

24、上的对称位置布点。 第36页/共109页图3-5 建筑物沉降测点大样图图3-6 钢架结构沉降测点大样图（2）建（构）筑物沉降测点埋设 1）混凝土或砖混结构的建（构）筑物，采用直接在建（构）筑物上直接钻孔，埋入“L”形钢筋，埋入端用混凝土与建（构）筑物浇筑连成一个整体，另一端打磨成半圆形，监测是放置铟钢尺保证测量的准确性。 2）钢结构形式的建（构）筑物，无法在上面钻孔埋设，采用焊接的形式，使得测点和结构连成整体。第37页/共109页（3）监测仪器和方法 监测方法同道路及地表沉降。 第38页/共109页建筑物倾斜监测 建筑物倾斜是指建筑物或独立构筑物顶部相对底部、或某一段高度范围内上下两点的相对水

25、平位移的投影与高度之比，倾斜监测就是对建筑物的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率进行测量。 建筑测斜的方法主要有倾斜仪法、全站仪法、差异沉降法。 （1）倾斜监测原理 在进行观测前，首先要在被监测的建（构）筑物上设置上、下两标志点M、N，作为观测点。观测时，在离建（构）筑物大于其高度的距离外安置经纬仪、全站仪等，第39页/共109页 以下部标志为基准点，测出上部标志的高度H以及水平位移的投影值a，则倾斜度i为： （341） 如倾斜观测的方向不在其最大倾斜方向时，应采用同样方法在与其垂直的方向测出水平位移b，计算其矢量和c。 （342） （343） 第40页/共109页（2）基准点埋设 基准点布置在施工影

26、响范围外稳固区域；基准点之间以及与观测点之间要求相互通视状况良好；基线与观测点组成最佳构形交会角在60120之间； 基准点埋设可选择在地表埋设或埋设在后期沉降已结束的稳固建筑物上，地表基准点埋设应钻深度大于1m的钻孔，孔内灌注C20以上混凝土，插入中嵌铜芯（直径1mm）的钢筋标示（长度大于1m），标示露出混凝土面12cm；上部加装保护盖。第41页/共109页（3）测点布设 测点采用8cm8cm的反射膜片，埋设时将基面处理干净，将膜片牢固贴在基面上。测点埋设在建（构）物主体竖轴线的顶部及底部相对应位置。测点与基准点间应通视良好，旁边无遮挡物和反光物。第42页/共109页（4）观测方法 倾斜观测采

27、用前方交会法观测，按照工程测量规范GB50026-2007二等水平位移监测网技术要求观测。采用Leica全站仪 进行观测，水平角观测采用方向法，边长采用全站仪测距，交会边长一般不超过100m，位移测定中误差不超过1mm。 第43页/共109页 简单介绍一下差异沉降法，适用于整体刚度比较大建筑物。图3-3-26 建筑物倾斜计算示意图 在建筑物沉降值确定后，进行倾斜计算，如图3326所示： SH2为所求建筑物水平位移 为所求建筑物水位移产生的倾斜角第44页/共109页4.3地下管线监测地下管线监测管线监测目的管线监测目的 城区盾构施工区段一般地下管线众多，主要有上、下水管、煤气管道、电力管道、通讯

28、管道等，由于盾构倔进不可避免地要对土体产生扰动，因而埋设在土层中的地下管线随土体变形，产生垂直位移和水平位移，有可能会引起地下管线的断裂而直接危及其正常使用，甚至引发灾难性事故，其后果是极其严重的，必须进行严密监测。 监测目的在于：根据观测数据，掌握地下管线的位移量和变化速率，及时调整掘进参数，采取有效防范措施，保证地下管线的安全和正常使用。第45页/共109页管线测点埋设原则管线测点埋设原则 1）原则上地下管线监测点重点布设在煤气管线、给水管线、污水管线、大型的雨水管线上，测点布置时要考虑地下管线与线路的相对位置关系； 2）测点一般间距1030m，宜布置在管线的接头处和拐角处，或者对位移变化

29、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线管顶点，无特殊要求的布置在管线上方对应地表。第46页/共109页管线埋设方式管线埋设方式1）基点埋设 同地表沉降埋设方法。2）测点埋设 地下管线测点主要有以下三种设置方法： 直接式 抱箍式 模拟式第47页/共109页直接式 有检查井的管线，直接打开检查井直接将监测点布设到管线上或者管线承载体上，如图3-8； 管线埋设浅开挖不影响周边交通的，用敞开式开挖和钻孔取土的方法挖至管顶表面，管顶埋设测杆作为测点。如图3-9。直接式测点适用于埋深浅、管径较大的地下管线。 第48页/共109页抱箍式（如图3-10） 管线埋设浅开挖不影响周边交通的，

30、采用直接开挖暴露出管线抱箍形式，由扁铁做成抱箍固定在管线上，抱箍上焊一测杆，测杆顶端不应高出地面，路面处布置阴井，既用于测点保护，又便于道路交通正常通行。 抱箍式测点的特点是监测精度高，能如实反映管线的位移情况，但埋设时必须进行开挖，且要挖至管底，对于交通繁忙的路段影响甚大。抱箍式测点主要用于一些次要的干道和十分重要的管道，如高压煤气管、压力水管等。第49页/共109页模拟式 对于地下管线排列密集且管底标高相差不大，或因种种原因无法开挖的情况，可采用模拟式测点，方法是选有代表性的管线，在其邻近打一100mm的钻孔，如表面有硬质路面应先将其穿透（孔径大于50mm即可），孔深至管底标高，取出浮土后

31、用砂铺平孔底，先放入不小于如50mm的钢板一片，以增大接触面积，然后放入20mm的钢筋一根作为测杆，周围用净砂填实。模拟式测点的特点是简便易行，避免了道路开挖对交通的影响，但因测得的是管底地层的位移，模拟性强，精度较低。第50页/共109页 管线沉降监测测点埋设时应注意准确调查核实管线的埋设深度、位置，确保测点能够准确的反应管线变形，采用钻孔埋设方式测点埋设前应探明有无其他管线，确保埋设安全。第51页/共109页4.4管片衬砌变形监测管片衬砌变形监测 包括隧道隆起与水平收敛位移。隧道隆起采用水准仪测量，管片安装后即测量初始值。水平位移可以采用收敛计或经纬仪测量，最好采用全站仪。通过监测分析管片

32、变形原因，影响管片变形的因素主要有：注浆材料、注浆方式、注浆压力、盾构推力、隧道线形及地质条件等。从而制定防止管片变形过大或上浮过大的措施。第52页/共109页各式收敛计第53页/共109页测点布设间距及要求测点布设间距及要求 管片下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。原则上按10m20m间距布设测试断面，每测面布设一组管片收敛和沉降测点，见图9。 测点埋设在管片安装完成后及时进行，测点尽量埋设在岩土体内，埋设收敛变形管片沉降图9 衬砌位移监测布点示意图 时在管片在钻孔，放入测点，用水泥砂浆锚固结实，或采用反射膜片粘贴在管片上。施工过程中要注意保护测点，尽量使量测数据不中断。第54页/共1

33、09页5.1监控量测控制标准的意义监控量测控制标准的意义（1）设计意图的体现；）设计意图的体现；（2）施工单位的施工工艺及水平的体现；）施工单位的施工工艺及水平的体现；（3）地层地质情况变化体现；）地层地质情况变化体现；（4）周边环境和施工安全的体现；）周边环境和施工安全的体现； 5 监测控制基准监测控制基准第55页/共109页5.2控制基准确定的基本原则控制基准确定的基本原则 监测控制基准值是监测工作实施前提，在监测过程中，一旦监测数据超过控制基准值，测监部门应在报表中醒目地标注出，予以报警。控制基准确定一般参照以下原则： (1)监测控制基准值应在监测工作实施前，由建设、设计、监理、施工、市

34、政、监测等相关部门共同确定，列入监测方案。 (2)有关结构安全的监测控制基准值应满足设计计算中对强度和刚度的要求，一般应小于或等于设计值；并保证其安全和正常使用。 (3)有关周边环境保护的控制基准值，应考虑被保护对象（如建筑物、地下工程、管线等）主管部门所提出的要求。 第56页/共109页 (4)监测控制基准值的确定应具有工程施工可行性，在满足安全的前提下，应考虑提高施工速度和减少施工费用。 (5)监测控制基准值应满足现行的相关设计、施工法规、规范和规程的要求； (6)设计文件规定的隧道监控量测管理标准，可作为施工初期阶段量测管理标准，依据施工的进展，根据监测取得的数据及地层的稳定性、盾构掘进

35、效果的判断，适当修正调整。 第57页/共109页 (7)对一些目前尚未明确规定控制基准值的监测项目，可参照国内外类似工程的监测资料确定。 在监测实施过程中，当某一监测值超过控制基准值时，除了及时报警外，还应与有关部门共同研究分析，必要时可对控制基准值进行调整。第58页/共109页 5.3地表沉降控制基准地表沉降控制基准 根据国内研究资料分析，按理论要求应提出+20mm、-50mm的标准。但考虑到制定规范的严肃性，我国城市地下工程施工规范规范地表沉降控制标准最后确定为+10mm、-30mm。工程实践证明，制定统一的标准是不妥的，应按不同地区，不同建筑物区别对待，以确定经济、合理的控制基准地表沉降

36、控制基准值应综合考虑地表建筑物、地下管线及地层和结构稳定等因素，分别确定其允许地表沉降值，并取其中最小值作为控制基准值。 第59页/共109页（1）按环境保护要求确定最大允许地表沉降值： 从考虑地表建筑物安全角度确定最大允许地表沉降值从考虑地下管线的安全角度确定最大允许地表沉降值 （2 2）从考虑地层及支护结构稳定角度确定最大允许地表沉降值 第60页/共109页 5.4建筑物控制基准 施工前应根据前面介绍的基本原则，参考国内的成功经验确定。（1）建筑物沉降控制标准 桩基础建筑物允许最大沉降值不应大于10mm。天然地基建筑物允许最大沉降值不应大于30mm。（2）建筑物倾斜控制标准 建筑物允许沉降

37、差控制标准如表5-4-1所示，多层和高层建筑物的地基倾斜变形允许值如表5-4-2所示。第61页/共109页表5-4-1 建筑物允许沉降差控制标准 变 形 特 征地 基 变 形 允 许 值中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.002 L0.003 L工民建柱间沉降差：1框架结构2砖石墙填充的边排柱0.002L0.0007L0.003L0.001L表5-4-1 多层和高层建筑物的地基倾斜变形允许值变形特征变形允许值多层和高层建筑基础的倾斜：H2424H60641000.0040 H0.0030 H0.0020 H0.0015 H注：H为建筑物高度，单位：米。第62页/共109页5.

38、5控制基准的管理（1）位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，按表5.4要求确定。 表5.4 位移控制基准类别距开挖面1B (U1B)距开挖面2B U2B )距开挖面较远允许值65% Uo90% Uo100% Uo注:B为隧道开挖宽度，U。为极限相对位移值。第63页/共109页（2）根据位移控制基准，可按表5.5分为三个管理等级。 管理等级距开挖面1B距开挖面2B施工状态UU1B/3UU2B/3可正常施工U1B/3U2 U1B/3U2B/3UU2B/3应注意，并加强监测U2U1B/3U2U2B/3应采取加强支护等措施表5.5 位移管理等级注:U为实测位移值。第64页/共109页 （3）采用分部开

39、挖法施工的隧道应每分部分别建立位移控制基准，同时应考虑各分部的相互影响。 （4）与位移相比，位移速率控制指标有明确的物理意义，它反映了地层随时间变化的流变效应，在位移V=0 条件下，洞室围岩趋于稳定，反之，V=C（常数）或不断增大，则说明地层处于等速或加速流变状态，洞室是不稳定的，因此位移速率控制指标是洞室失稳的充分条件，在安全预报中，较位移指标有更直观和明确的控制意义。 根据以往的经验，盾构掘进位移速率控制值一般为35mm/d，稳定临界值为0.10.2mm/d。第65页/共109页6 监控量测组织与实施监控量测组织与实施6.1监测方案编制监测方案编制 监测方案是指导监控量测的主要技术文件。主

40、要包括监测目的和监测项目、监测仪器布置及安装、数据采集方法、数据分析及施工信息反馈。监测方案的编制应按一下要求进行。（1）监测方案的设计原则 （2）监测项目的确定（3）监测方案的编制（4）监测方案的主要内容（5）编制监测方案的基础资料第66页/共109页监测方案的设计原则监测方案的设计原则 监测方案设计的编制符合国家、行业现行的有关规范、规定。监测方案设计一般遵循以下原则： （1）监测方案应以安全监测为目的，根据不同的工程项目和不同的施工方法确定监测对象（基坑、建筑物、管线、地下工程等），针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。 （2）根据监测对象的重要性确定监测规模和内容，监测项目和测点

41、的布置能够比较全面地反映监测对象的工作状态。第67页/共109页监测方案的设计原则监测方案的设计原则 （3）应尽量采用先进的测试技术，如计算机技术、遥测技术，积极选用或研制效率高、可靠性强的先进仪器和设备，以确保监测效率与精度。 （4）为确保提供可靠、连续的监测资料，各监测项目应能相互校验。 （5）方案在满足监测性能和精度要求的前提下，力求减少监测传感器的数量和电缆长度，减低监测频率，以降低监测费用。 （6）根据设计要求及周边环境条件，确定各监测项目的控制基准值。第68页/共109页监测项目的确定监测项目的确定地下工程监测项目的选择应考虑以下因素。 （1）工程地质条件与水文地质条件； （2）工

42、程规模与施工技术难点；包括设计结构型式、施工方法、埋深等； （3）工程的周边环境条件。主要是所处位置、周围建（构）筑物的结构型式、形状尺寸及与地下工程之间的关系。第69页/共109页编制监测方案的步骤编制监测方案的步骤监测方案编制步骤如下：（1）收集编制监测方案所需的基础资料；（2）现场踏勘，了解周围环境；（3）编制监测方案初稿；（4）会同有关部门确定各类监测项目的控制基准值；（5）完善监测方案；（6）监测方案报批。第70页/共109页监测方案的主要内容监测方案的主要内容 监测方案的是指导监测工作的主要技术文件，应包括的主要内容有： （1） 工程概况；（2） 监测目的与意义；（3） 监测内容和

43、测点数量；（4） 各类测点布置平、剖面图；（5） 监测周期和频率的确定；第71页/共109页（6） 监测仪器设备的选用、监测人员的配备；（7） 监测人员的配备；（8） 各类监测项目控制基准值的确定；（9） 监测报告送达对象和时限；（10）监测注意事项。第72页/共109页编制监控量测方案的基础资料编制监控量测方案的基础资料在编制监测方案前，应熟悉的基础资料主要包括以下内容： 设计图； 地质勘察报告； 施工方案； 地面建筑物平面； 管线平面图； 保护对象的建筑结构图； 最新监测传感器和设备信息； 类型相似或相近工程的经验资料。第73页/共109页6.2监控量测的组织与实施监控量测的组织与实施 监

44、控量测应作为重要工序纳入施工组织中，为确保监测方案的实施，组织专业技术人员负责监控量测的组织与实施。监测的前期准备工作监测的前期准备工作 基础资料调查分析、监测设备准备、监测传感器及材料的准备、人员组织准备、现场监测控制网点设立、做好拟保护建筑物、构筑物的调查鉴定工作等等监控量测实施阶段监控量测实施阶段 监控量测实施一般可分三阶段进行，即测点布设阶段、监测阶段和资料分析和整理阶段。第74页/共109页确定监测控制值确定监测控制值 监测控制值是监测工作实施前，为确保监测对象安全而设定的各项监测指标的预估最大值。由建设、设计、监理、施工、市政、监测等有关部门共同商定在监测过程中，一旦监测数据超越控

45、制值，监测部门应在报表中醒目注出，予以报警。第75页/共109页6.36.3监控量测数据的采集、分析整理要求 监测数据的整理分析反馈的方法和内容通常包括监测资料的采集、整理、分析、反馈及评判决策等方面。（1）数据采集 通过现场监测取得的数据和与之相关的其它资料的搜集、记录等。将实测数据输入计算机；全站仪则自动数据采集，并将量测值自动传输到数据库管理系统。（2）数据整理 每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。第76页/共109页（3）数据分析 采用比较法、作图法和数学

46、、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。第77页/共109页6.4监测数据的信息反馈监测数据的信息反馈 反馈的目的反馈的目的 在盾构地下工程中，为保证地下工程施工及周边环境安全，需要建立一套严密、科学的监测体系，在施工过程中对地下工程及周边环境进行监测，分析、判断、预测施工中可能出现的情况，并采取相应的技术措施，将盾构对周围环境的影响降低到最小程度，即通常所说的信息化设计与施工。其核心内容是监测与信息反馈，信息反馈的主要目的有：第78页/共109页 （1）指导施工指导施工：根据监测所得到的地层变形、周边建（构）筑物、地下管线影响程

47、度，指导调整盾构掘进参数，制定合理的保护措施。 （2）安全评价：安全评价：通过监测了解盾构管片结构及周边建（构）筑物的变形及受力状况，掌握掘进过程中工程自身结构所处的安全状态，并对其安全稳定性进行评价。 （3）动态设计动态设计：把监测结果反馈设计，为设计与施工、监理单位提供沟通渠道，以确保信息化设计与施工的效果。 （4）积累资料积累资料：为信息化设计与施工积累资料，提高地下工程的设计和施工水平。第79页/共109页信息反馈的内容信息反馈的内容 （1）通过对监测资料的反分析，修正设计用围岩物理力学参数。 （2）通过对监测资料的反分析，修正设计用地应力、渗水压力、围岩压力等基本荷载。 （3）通过对

48、盾构管片结构位移、应力应变、地表及周边建筑物位移等监测，修正设计用变形控制基准、安全监测方法和监控判据指标。 （4）在盾构掘进过程中，通过对地表、周边构筑物的变形监测结果的分析判断，及时调整掘进参数和施工方案，必要时增加辅助施工措施，以确保工程及周边环境的安全，达到施工的安全性和经济性效果， 实现动态设计、动态施工。第80页/共109页信息反馈程序 第81页/共109页信息反馈方法信息反馈方法 信息反馈的方法基本上可分为回归分析法、工程类比法、数值计算法等。（1）散点图与回归分析法 根据不同工程的具体情况，也可将通过计算求得监测间隔时间、累计监测时间、监测位移值、累计位移值、当日位移速率、平均

49、位移速率等列成表格并绘制成相应的与时间关系曲线。选择有代表性的测点进行回归分析。回归分析包括一元线性回归分析和非线性回归分析。该方法简单实用，适合现场运用。第82页/共109页（2）工程类比法 根据监测资料与已有工程监测结果及稳定性评判等资料的对比进行分析，评判当前工程的安全状态，及时调整施工方案。该方法需要借鉴大量的工程实践经验，最重要的是采用工程类比时应充分考虑工程的相似性。第83页/共109页6.5监测的管理 针对监测项目的特点建立专业组织机构，成立监控量测及信息反馈小组，监测组织机构见图4-7-10。图4-7-10 施工监测组织机构图第84页/共109页7 目前国内监控量测存在的问题及

50、发展方向目前国内监控量测存在的问题及发展方向7.1存在的问题存在的问题监测造价低监测造价低 各方对于监测的重视程度也较之过去有了明显的提高，但总体来讲还仅仅是流于言表。监测造价相对于工程造价普遍偏低，尤其是施工监测价格更是低得可怜。对于同一个工程，在设计单位、施工单位、监理单位、监测单位这四方单位里，监测单位“价时比”最低。 费用过低不仅不能有效保证工程安全，制约了监测技术的发展，还在某种程度上造成了浪费，进一步恶化了监测的市场环境。第85页/共109页 监测设计与测试监测设计与测试 目前监测设计工作只是设计图中很小的一个组成部分，设计人员往往对监测方面了解甚少。 现场监测人员没能真正领会和掌

51、握信息化设计与施工技术，实施过程中缺少专业人员。特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测信息进行合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用。第86页/共109页 监测定位不明确监测定位不明确 施工监测、第三方监测两者均需要同时具备，而目前有的地下工程只有两者其一；只有在这些基础体系完善后才有可能为之后进行相关咨询等技术服务提供平台。 控制标准问题控制标准问题 监测工作伴随工程始末，周期较长，但由于监测造价太低，在同样的也没有精力因地制宜，照抄照搬现象普遍；在制定监测控制值时无据可依，目前这么多监测项目，没有一一制定控制标准，只个别几项有说明，而这个别项目的控制值也是照搬好几十年前的工程经验

52、；第87页/共109页监测手段监测手段 目前监测手段逐步多样化，但总体来说手段较为古老和陈旧，涉及到的仪器设备数量很少，实现监测项目的方法基本依赖人工静态观测。现在虽然也陆续采取一些先进手段监测，但毕竟是少数工程里用到很少一部分。监测手段需要及时更新，从而推动监测技术的发展和与时俱进。第88页/共109页7 .2监测展望监测展望 以后的监测应该往以下几个方面改进和发展。 充裕的经济支撑充裕的经济支撑 任何地位的提升和认可归根到底是经济上的提高。否则一切都是空话。通过测算，工程造价的12%作为监测费用是较为合理的，对于重大工程或具有研究意义的工程还应突破。这一点急需解决，否则监测发展举步为艰。

53、监测设计专业化监测设计专业化 监测设计人员必须有丰富的监测经验，监测设计同土建设计、防排水等设计要同等重视、同等对待。 监控量测与信息反馈应作为重要工序编入施工组织设计第89页/共109页建立专业队伍，引入第三方监控量测建立专业队伍，引入第三方监控量测 目前，在我国部分城市地下工程施工中，引入第三方监控量测，对促进监控量测健康发展具有一定的积极意义，但其中还有很多方面需要进一步规范监控量测组织与实施。监测手段先进化、信息反馈可视化监测手段先进化、信息反馈可视化 随着地下工程施工技术的发展，地下工程安全监测技术的发展也很迅速。主要表现为监测方法的自动化和数据处理的软件化。监测设备及传感器不断发展

54、与完善，监测技术向系统化、远程化、自动化方面发展，从而实现实时数据采集、数据分析，监测精度不断提高，数据分析与反馈更具有时效性，如远程监测系统。第90页/共109页8 8 盾构施工引起的地表沉降规律8.18.1盾构掘进对周围地层的扰动及地表沉降的原因 盾构掘进引起的地基变形的原因如下（参见图8-1），但是各自发生的机理是不同的。 (1）开挖时的土水压力不平衡：土压平衡式盾构或泥水盾构，由于掘进量与排土量不等的原因，开挖面土压力、水压力与压力仓压力不平衡，致使开挖面失去平衡状态，从而产生地基变形。开挖面土压力、水压力小于压力仓压力时产生地基下沉，大于压力仓压力时产生地基隆起。这是由开挖面时的应力

55、释放，附加应力等引起的弹塑性变形。第91页/共109页 (2）推进对围岩的扰动：盾构推进时，由于盾构的壳板与围岩摩擦和围岩的扰动从而引起地基下沉或隆起。特别是蛇形修正和曲线推进时进行的超挖是产生围岩松动的原因。 (3）盾尾建筑间隙和壁后注浆不充分：由于盾尾建筑间隙使受盾壳支撑的围岩朝着盾尾间隙变形而产生地基下沉。这是由于应力释放引起的弹塑性变形。地基下沉的大小受壁后注浆材料的性质、注入时间、位置、压力、数量等影响。另外，粘性土地基中的壁后注浆压力过大是引起地基临时隆起的原因。第92页/共109页 (4）管片的变形与变位：接头螺栓紧固不足，管片环容易变形，盾尾建筑间隙的实际量增大，盾尾脱出后外压

56、不均等使衬砌变形或变位，从而增大地基沉降。 (5）地下水位下降：来自开挖面的涌水或管片产生漏水时，地下水位下降而使地基下沉。这一现象是由于开挖面的有效应力增加而引起的固结沉降。第93页/共109页图8-1盾构掘进对地层应力状态的影响第94页/共109页8.28.2地表沉降规律 （1 1）纵向地表沉降 随着盾构掘进所产生的地基变形，由以上诸多因素引起的地基沉降或隆起发生叠加，地基变形经历五个阶段，见图8-2。如果选择合适的盾构型式，进行合理的施工管理，图7-4中所示各个阶段的变形可以控制在最小限度以内。图8-2盾构施工引起的纵向地表沉降规律第95页/共109页 1）先期沉降，盾构尚未到达该点时的

57、变位，表现为地表下沉。对于砂质土，其可能是由于地下水下降引起，对于极软粘性土，则沉降可能是由于开挖面过量取土引起的； 2）开挖面前方地基变位，盾构开挖面即将到达之前发生的变位，表现为地表隆起或下沉。其主要是由于盾构对开挖面土层施加的支护压力过大或过小，致使开挖面失去平衡状态，从而发生地基变位引； 3）盾构通过时地基变位，指从盾构开挖面到达该地表点的正下方开始，直至盾尾即将脱离该点为止的发生的地基变位，表现为地表隆起或下沉。产生这部分地基变位的原因，主要是盾壳对土体的摩擦力，破坏了土体的结构强度，另外超挖及盾构姿态的非水平向也加剧了地基变位；第96页/共109页 4）盾构尾部脱离时变位，指盾尾空隙形成至注浆结束为止的那段时间内的下沉或隆起。管片从盾尾脱离之前，盾壳对土体有一约束力，方向指向土体，一旦盾尾脱离，盾构壳土体之间产生空隙，如果在盾尾脱离后未能及时注浆或填充率不足，则空洞断面就会向内缩小，引起应力释放力，产生地表沉降，相反，如果注浆压力过大，则会导致地表隆起； 5）后期沉降，指从注浆结束开始，直到下沉停止的那部分下沉，引起这部分沉降的原因，主要是蠕变变形与固结变形