提高基坑墙顶水平位移监测数据精度课件

1、中国中铁四局集团城市轨道交通工程分公司2015年QC成果发表会资料汇编中铁四局城市轨道交通工程分公司二一五年十一月二十日 目 录一、小组概况1二、选题理由2三、设定目标3四、目标可行性分析4五、分析原因5六、要因确认6七、制定对策15八、对策实施17九、效果检查20十、巩固措施22十一、总结和下一步打算23发表人：曾庆春 中铁四局杭州地铁5号线SG5-3标项目部QC小组 提高基坑墙顶水平位移监测数据精度提高基坑墙顶水平位移监测数据精度中铁四局杭州地铁5号线SG5-3标项目部QC小组工程概况：杭州地铁5号线SG5-3标杭师大站主体围护结构标准段宽21.3m，车站外包总长205.6m，标准段基坑深

2、度约15.3m，两端头井基坑深度约17.3m，车站围护结构采用800mm的连续墙，连续墙深度为29m32m，非栈桥区冠梁断面尺寸为1400mm×900mm，冠梁顶面低于原地面1.1m2.1m。沿基坑四周共布设26个监测断面，每个监测断面的监测项目为：地表沉降、水位监测、深层土体测斜、墙体测斜、墙顶水平位移、墙顶竖向位移、支撑轴力等7个监测项目。一、小组概况表1 QC小组成员简况表小组名称中铁四局杭州地铁5号线SG5-3标项目部QC小组成立时间2015.08.19课题类型现场型组长王明小组人数7人活动日期2015.8.19-2015.9.19活动频次每周3次，每次4小时活动次数12次Q

3、C时间48小时姓名性别文化程度小组职务行政职务组员分工情况王明男本科组长总工程师技术指导闫高闯男本科组员工程部长组织、协调、计划曾庆春男本科组员测量工程师 统筹、计划、组织、发表张良伟男本科组员技术员数据收集、信息反馈黄剑男专科组员技术员数据收集、信息反馈赵宏伟男专科组员安质部部长质量验收、信息反馈罗浩威男研究生组员施工监测技术负责人现场实施第 0 页 共 28 页表2 QC小组活动计划表2015年8月19日2015年9月19日实施项目2015年第1周第2周第3周第4周选择课题现状调查目标设定原因分析要因确认制定对策实施对策效果检查巩固措施回顾总结二、选题理由围护墙顶部水平位移主要由围护结构顶

4、部支撑施筑前挖土引起的变形和支撑杆件压缩带来的变形两部分组成。过大的水平位移会影响到基坑内主体结构的施工空间及周围环境安全。通过监测位移量必要时调整基坑开挖顺序和速度、反算地层的水土压力，确保基坑和周围环境的安全，判定地铁结构工程在施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，验证基坑开挖方案的正确性，并对可能发生的危险提供及时、准确的预报，避免事故的发生。在地铁基坑监测中，墙顶水平位移、墙体测斜、墙顶竖向位移、支撑轴力、地表沉降、土体测斜等监测项目布设在同一断面上，其数据相互影响、相互分析，进行多层次监测分析。其中地连墙墙体的测斜监测是最直接的反应出基坑的稳定、安全状态。但在墙体测斜的数据分析中，

5、是参照上口自上而下进行相对位移计算，此时必须要利用同一断面的墙体测斜进行修正校核。所以如若墙顶水平位移监测数据精度不达标，将直接影响墙体测斜数据的可靠性。1、 摸索出一套精密可靠、易于操作且经济合理的水平位移监测方法，实时准确的掌握基坑安全状态，指导下一步施工。2、 对墙顶水平位移监测进行深度研究，改善管理、改进工艺，降低施工风险及保障企业经济效益。3、 通过开展QC小组攻关活动总结出一套标准化的操作流程，提高大家监测理论知识的理解。鉴于上述情况，我们决定以“提高基坑墙顶水平位移监测数据精度”为课题开展QC小组攻关活动。三、目标设定1、现状调查为避免基坑开挖引起的墙顶水平位移对数据分析的影响，

6、我部选择在基坑开挖之前（默认为监测点稳定）对杭师大站的12个监测点进行一周的数据采集，其中ZQT7-ZQT12位于北侧，ZQT16-21位于南侧。其监测数据详见“表3 水平位移数据分析表”示：表3 水平位移监测数据分析表点号单日变化量mm（+为向基坑方向，-为向基坑外）8/198/208/218/228/238/248/25点位中误差ZQS72.8 2.3 -1.8 -1.4 -2.0 -2.2 3.2 2.49 ZQS83.2 -3.3 -1.5 -1.2 1.2 -1.9 1.8 2.33 ZQS9-2.1 -2.8 -1.1 -1.0 0.2 1.9 2.0 1.87 ZQS102.2

7、-2.1 -2.0 1.9 0.8 -1.5 2.3 2.03 ZQS112.0 -2.3 -1.1 -1.4 1.8 -1.4 2.9 2.08 ZQS122.5 2.4 -0.4 2.0 -0.9 -3.2 -1.4 2.20 ZQS16-2.7 1.9 0.1 1.9 -1.1 -1.4 -0.6 1.71 ZQS17-1.6 1.6 1.4 1.8 -0.9 2.2 -2.1 1.80 ZQS18-1.1 0.9 -2.4 2.9 0.1 1.9 -1.9 1.97 ZQS19-0.9 -3.0 1.9 1.9 -0.4 -1.8 0.8 1.86 ZQS20-1.4 2.2 -1.1

8、 -2.3 -1.0 1.3 2.2 1.87 ZQS21-1.2 0.9 -1.9 1.4 -1.5 2.3 -3.2 2.01 制表：黄剑 日期：2015.8.25图1 水平位移日变化曲线图结 论：墙顶水平位移的日报警值为±3mm/d，预警值为 ±2.4mm/d，8月19日-8月25日在基坑尚未开挖时监测数据中就有6天达到日变化速率预（报）警值，且监测数据变化无明显规律。监测点位中误差也大于城市轨道交通工程测量规范（GB50308-2008)的规定小于等于±1.5mm。2、目标设定 墙顶水平位移监测点平均点位中误差±1.50mm±2.02m

9、m四、目标可行性分析领导重视：施工监测对于基坑安全开挖的重要性是众做周知的，在历次的周例会中及基坑开挖方案的自评及研讨会中，领导多次提出监测数据真实可靠对于整个工程的重要意义。因此，项目部领导对QC小组开展“提高基坑墙顶水平位移监测数据精度”的课题极为重视，并在人力、物力、经费和技术指导上对QC小组活动的开展、实施给予大力支持。人员优势：QC小组成员对基坑施工监测具有丰富的实际操作经验和相关理论分析的能力，并且本QC小组在课题研究及技术创新方面拥有较高的水平，为目标的实现夯实了基础。队伍优势：参与本工程的施工监测方经验丰富，多次承接地铁基坑施工监测项目，对墙顶水平位移监测较为熟悉，能较好地执行

10、QC小组制定的对策。目标重难点：本课题重点主要体现在测量外业数据采集及误差对比分析方面，我项目部在此次课题研究方面只需要投入部分人力资源，不产生过多的经济负担。通过分析，经过QC小组讨论，如果我小组可以将墙顶水平位移监测数据精度控制在目标值范围内，对于后期指导调整基坑开挖顺序和速度，判定基坑的安全性及施工对周边环境的影响，验证基坑开挖方案的正确性，并对可能发生的危险提供及时、准确的预报，避免事故的发生有着重要意义。综合上述因素，我们认为本课题设定的目标是能够实现的！五、分析原因通过现状调查及原因分析，造成数据精度不达标的因素，归纳起来有仪器设备、人员、测量方法选择、外界条件影响四个方面。我们Q

11、C小组采用“头脑风暴法”展开讨论和分析研究，对问题产生的原因进行细部解析：制图：曾庆春 日期：2015年08月26日六、要因确认表4 要因确认计划表序号末端原因确认方法标 准负责人完成日期是否要因1作业人员未经培训检查是否有培训记录，是否进行了考核严格执行技术培训考核制度，考核合格率100曾庆春罗浩威2015.8.20非要因2照准及读数误差检查目标成像是否清晰，十字丝清晰度，检查是否存在视差目标成像清晰，十字丝清晰，调节目镜及望远镜调焦消除视差张良伟黄剑2015.8.20非要因3仪器性能不达标检查仪器检定证书、自检记录仪器各部件完好、稳定性良好曾庆春张良伟2015.8.20非要因4仪器对中误差

12、现场检查对中误差小于0.5mm张良伟黄剑2015.8.20要因5目标偏心误差现场检查目标偏心误差小于0.5mm张良伟黄剑2015.8.20要因6温度、气压变化影响仪器性能现场检查每天大致同一时刻进行外业测量，并在作业前测量实时温度气压，并输入仪器设置中进行自动修正张良伟黄剑2015.8.20非要因7阳光直射影响仪器性能现场检查尽量在早晨阳光不大时进行数据采集，阳光较强时给仪器打伞遮阳张良伟黄剑2015.8.20要因8极坐标法精度不能满足要求对极坐标法进行精度评定监测点平均点位中误差小于 ±1.5mm张良伟黄剑2015.8.20要因制表：曾庆春 日期：2015年08月20日要因确认一：

13、人员缺少技术培训确认方法：检查是否有培训记录，是否进行了考核制度标 准：作业前技术交底及技术培训到位率100% 实 测： QC小组调查成员组织对施工监测的7人进行调查，均接受过技术培训及考核，考核全部合格，其中3名主要操作人员考核分数都达到90分以上并持有测量员证且工作经验两年以上。施工监测人员进行技术培训监测技术交底作业人员持证上岗结 论：施工前培训考核合格率100%且主要操作人员均持证上岗，非要因。要因确定二: 照准及读数误差影响成果确认方法：现场进行实操检查标 准：成像清晰，眼睛左右移动，十字丝照准的目标不随着晃动实 测： QC小组调查成员进行实际操作，施工监测所使用的全站仪望眼镜放大倍

14、率为32倍，目标成像清晰，通过目镜及物镜调焦可以很好的消除视差，且读数为电子显示，不存在读数的误差结 论：照准及读数误差较小，非要因。要因确定三: 仪器性能不达标确认方法：检查仪器检定证书，并对仪器进行自检标 准：定期进行校检，满足施工精度要求实 测： QC小组调查成员对仪器设备进行检查，检查发现所用设备均已送检标定。调查成员还对仪器的轴系关系、测距系统及配套对点基座、棱镜等设备进行检查，仪器设备性能良好。仪器检定证书结论：根据上述检测报告，本项目所用仪器设备处于稳定状态，未发现不合格情况，非要因。要因确认四：仪器对中误差确认方法：现场实测及数据分析标 准：对点误差小于0.5mm实 测：此误差

15、为偶然误差，无法通过增加测回数消除。且其值较小，无法直接测得，我们通过旋转仪器0、90、180、270度对同一固定目标测角测距，分析其对点精度表5 固定目标变动仪器测量成果仪器对点器方向测回数实测方向值 （°）一测回平均方向（°）平均方向值（°）测角中误差（）0度1盘左91.23465 91.23450 91.23460 ±2.85盘右91.23434 2盘左91.23490 91.23465 盘右91.23439 3盘左91.23455 91.23475 盘右91.23494 4盘左91.23473 91.23453 盘右91.23432 90度1盘左

16、91.23500 91.23507 91.23502 盘右91.23514 2盘左91.23498 91.23511 盘右91.23524 3盘左91.23531 91.23521 盘右91.23511 4盘左91.23480 91.23467 盘右91.23455 180度1盘左91.23450 91.23458 91.23453 盘右91.23466 2盘左91.23486 91.23467 盘右91.23448 3盘左91.23415 91.23425 盘右91.23435 4盘左91.23473 91.23461 盘右91.23449 270度1盘左91.23503 91.23523

17、91.23509 盘右91.23543 2盘左91.23502 91.23479 盘右91.23455 3盘左91.23534 91.23517 盘右91.23499 4盘左91.23513 91.23518 盘右91.23522 制表：黄剑 日期：2015.8.27数据分析：本次实测方向值仪器距目标水平平均距离测得为112.3963mm；根据误差传播定理（其中m1为仪器对点误差所引起的角度误差、m2为仪器自身误差、m3为照准目标误差）；m2取2，m3取0.5；推算得出m1=1.97，对中误差 结 论：经数据分析粗略计算，仪器对中误差达到1.07mm，远超出规范要求的0.5mm，应此此项为要因

18、。要因确认五：目标偏心误差确认方法：现场实测及数据分析标 准：目标偏心误差小于0.5mm实 测：我们通过固定仪器，旋转对点基座0、90、180、270度对同一点位目标测角测距，分析其对点精度表6 固定仪器变动目标测量成果仪器对点器方向测回数实测方向值 （°）一测回平均方向（°）平均方向值（°）测角中误差（）0度1盘左63.11289 63.11305 63.11296 ±2.93盘右63.11321 2盘左63.11322 63.11295 盘右63.11268 3盘左63.11301 63.11279 盘右63.11257 4盘左63.11292 63

19、.11307 盘右63.11321 90度1盘左63.11381 63.11364 63.11356 盘右63.11347 2盘左63.11349 63.11364 盘右63.11378 3盘左63.11371 63.11357 盘右63.11343 4盘左63.11334 63.11338 盘右63.11341 180度1盘左63.11267 63.11284 63.11301 盘右63.11301 2盘左63.11299 63.11292 盘右63.11285 3盘左63.11323 63.11337 盘右63.11351 4盘左63.11263 63.11292 盘右63.11321 2

20、70度1盘左63.11339 63.11355 63.11342 盘右63.11371 2盘左63.11332 63.11311 盘右63.11289 3盘左63.11356 63.11364 盘右63.11371 4盘左63.11363 63.11337 盘右63.11311 制表：黄剑 日期：2015.8.27数据分析：本次实测方向值仪器距目标水平平均距离测得为120.0054m；根据误差传播定理（其中m1为目标偏心误差所影响的角度误差、m2为仪器自身标称精度误差、m3为照准目标误差）；m2取2，m3取0.5；推算得出m1=2.08，目标偏心误差结 论：经数据分析粗略计算，目标偏心误差达到

21、1.21mm，远超出规范要求的0.5mm，应此此项为要因。要因确认六：温度、气压变化影响仪器性能确认方法：现场实操检查标 准：尽量选择一天中的同一时刻对监测数据进行监测实 测：一天中早晨气温较低时和中午气温较高时对同一基线边进行测量。结 论：通过实测证实，温度气压的变化对测角影响不大，对测距有比例误差影响，由于水平位移监测点距离较近（120m内），所以其对测距影响较小，并且全站仪中通过输入实时温度气压，可以对温度气压改变带来的误差进行改正。综上所述，此项非要因。要因确认七：阳光直射影响仪器性能确认方法：现场实操检查标 准：尽量在早晨阳光不大时进行数据采集，阳光较强时给仪器打伞遮阳实 测：在中午

22、阳光较大时进行测量，固定仪器、固定目标对同一角度距离进行实测表7 太阳直射时测量成果测回数实测角度值 （°）一测回平均角度（°）平距（m)1盘左45.53191 45.53182 93.5389盘右45.53173 93.53932盘左45.53292 45.53273 93.5385盘右45.53254 93.53913盘左45.53288 45.53325 93.5393盘右45.53361 93.53884盘左45.53368 45.53384 93.5399盘右45.53400 93.5398 制表：黄剑 日期：2015.8.27数据分析：以上四个测回计算得出平均测

23、角中误差为：±8.56，仪器标称精度2，4各测回的测角中误差理论值为2*/=1.41结论：经实测得出，阳光直射仪器，使得仪器局部温差过大，出现整平气泡跑偏，对点偏移较大，严重影响测量成果质量。因此，此项是要因。要因确认八：现有仪器设备采用极坐标法不能满足精度要求确认方法：误差理论精度分析标 准：保证测量点点位中误差小于±1.5mm精度分析：本次使用的索佳全站仪标称精度为测角2，测距2mm+2ppm，我们以距离工作基点最远的120m处的监测点进行分析。点位中误差：（m1为测角误差、m2为测距误差)m1=2/206265*120=1.16mm，m2=2+2*0.12=2.24m

24、mm中=2.52mm点位中误差分解到垂直于基坑方向得出有效点位中误差为：结 论：用2秒级、2mm+2ppm级全站仪观测一个测回得到变形量的中误差为±1.78mm±1.5mm，此台全站仪使用极坐标法监测水平位移不能满足规范要求精度，所以此项是要因。结合上面8条末端原因分析，严重影响基坑墙顶水平位移监测数据精度主要因素有4点：仪器对中误差超标；目标偏心误差超标；阳光直射影响仪器性能；现有仪器采用极坐标法达不到精度要求。七、制定对策通过验证找出主要导致墙顶水平位移精度超限的4个重要因素后，小组成员经过反复讨论，制定了相应的对策，并编制了对策措施表。QC小组讨论会议表8 对策措施表

25、序号要因对策目标措施完成地点责任人完成时间1仪器对中误差改变仪器对中方法使得对中误差小于0.5mm采用强制对中观测墩作业现场曾庆春黄剑张良伟赵宏伟罗浩威2015.8.27至2015.9.192目标偏心误差降低目标高度使得目标偏心误差小于0.5mm直接在冠梁（或挡墙）上埋设对中装置，棱镜距离监测点位高度低于30cm作业现场3阳光直射影响仪器性能避免阳光直射仪器作业环境保持相对一致每日清晨进行外业数据采集，阳光强烈时打伞遮阳，仪器架设适应环境10-15分钟后进行观测作业现场4测量方法的选择不合适选择合适的测量方法在不更换现有全站仪的前提下，通过测量方法的改进，使其达到监测精度要求论证测小角法是否满

26、足精度要求内业评定及外业实践制表：曾庆春 日期：2015年8月27日八、对策实施主要完成人员：曾庆春、黄剑、赵宏伟、罗浩威根据规范规定精度要求，并结合现场实际、现有仪器设备情况，针对墙顶水平位移监测数据精度不达标，做好现场规范操作及测量方法的改进，并且严格按照控制要点进行全程控制。根据制定的各项对策，QC小组成员按照制定的对策组织相关人员进行实施：实施一:仪器采用强制对中观测墩在基坑东西端头各设置两组强制对中装置，每组沿冠梁走向设置，用于架设仪器及后视棱镜。强制对中墩采用现浇混凝土，内设钢筋笼，基础深入地面50cm，并钻孔植入钢筋，确保观测墩的稳定性。结 论：通过采用强制对中装置，实现了控制点

27、与全站仪的无缝对接，消除了仪器对中误差的影响。实施二:降低点位照准目标高度在冠梁（或挡墙）上通过钻孔，用植筋胶植入配套棱镜连接头，观测时直接安制棱镜。结 论：通过改进监测点，降低了目标棱镜的高度且直接安放棱镜消除了棱镜基座的对中误差。实施三:每日清晨进行测量，在阳光强烈时给仪器打伞选择每天上班后8:00-9:00这段时间进行数据采集，在阳光强烈时，给仪器打伞。作业前将仪器安制好后，放置10-15分钟后，完全适应环境后进行作业。 结 论：通过此措施避免了因阳光照射造成全站仪局部温差过大，影响仪器的稳定性。实施四:采用测小角法对墙顶水平位移进行数据采集及数据分析通过以上三个措施实施后，发现本项目所

28、用的索佳SET-2X全站仪，在测角精度上可以满足要求，但测距精度难以满足要求。固我部QC小组进行讨论，决定采用测小角法对向观测。其优点是测距误差影响可忽略不计。测小角法是利用全站仪精确地测出基准线与置镜点到观测点视线之间所夹的微小角度，并按下列公式计算偏离量，再通过两次偏离量之差即可得出水平位移量（式中：S为置镜点到观测点的距离，=206265。）对上式进行全微分，并转成中误差可得： （1）由于我们的基准线是沿冠梁方向，值非常小，由上面误差公式可以看出，测距误差ms对于偏离量影响非常小。所以我们完全可以只在初始值采集时测量一次S值，后期的监测中认为该值不发生变化。这将很大的减轻外业量，提高了工

29、作效率。我们现在忽略外界条件、仪器对中误差及目标偏心误差的影响，只讨论侧小角法的误差。上式（1）中的第二项可以忽略简化为： （2）我们测角一个测回，固m取2，S取120m，得出ml=±1.16mm 水平位移变化量 ，根据误差传播定理得出。结 论：我们采用对向观测两次，固最终水平位移变化量中误差为：，满足规范要求。九、效果检查1、目标实现情况QC小组成员在所有实施对策全面落实后，对北侧6个监测点位进行了一周的观测（2015.9.10-2015.9.16），详见下表示。表9 QC活动后监测数据成果表置镜点：JZD1 后视点：JZD2 点号单日变化量mm（+为向基坑方向，-为向基坑外）平距

30、（m）9/109/119/129/139/149/159/16()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)ZQS7109.5663.1 1.6 -4.2 -2.2 4.5 2.4 2.1 1.1 -3.1 -1.6 -4.0 -2.1 4.2 2.2 ZQS890.094-4.1 -1.8 -2.1 -0.9 -5.1 -2.2 2.0 0.9 2.1 0.9 3.1 1.4 2.3 1.0 ZQS974.5971.3 0.5 -5.1 -1.8 4.1 1.5 3.0 1.1 -3.9 -1.4 -4.1 -1.5 4.2

31、1.5 ZQS1056.6892.3 0.6 -6.9 -1.9 -4.1 -1.1 -8.5 -2.3 6.1 1.7 6.0 1.6 3.1 0.9 ZQS1137.06911.1 2.0 -8.8 -1.6 -4.9 -0.9 9.3 1.7 -1.1 -0.2 4.3 0.8 -8.3 -1.5 ZQS1224.5099.1 1.1 10.0 1.2 -8.4 -1.0 -6.8 -0.8 7.2 0.9 7.4 0.9 -5.8 -0.7 置镜点：JZD2 后视点：JZD1 点号单日变化量mm（+为向基坑方向，-为向基坑外）平距（m）9/109/119/129/139/149/159

32、/16()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)()l (mm)ZQS730.10413.2 1.9 -10.1-1.5 -8.9 -1.3 9.5 1.4 6.6 1.0 -3.6 -0.5 -0.8 -0.1 ZQS849.5713.4 0.8 -9.2 -2.2 3.1 0.7 2.8 0.7 5.3 1.3 -4.3 -1.0 -8.0 -1.9 ZQS965.0690.9 0.3 -4.4 -1.4 3.3 1.0 -1.6 -0.5 -2.3 -0.7 -1.4 -0.4 4.9 1.5 ZQS1082.9824.2 1.7 -

33、2.3 -0.9 3.2 1.3 -1.4 -0.6 -3.3 -1.3 -2.3 -0.9 5.3 2.1 ZQS11102.606-2.1 -1.0 -2.0 -1.0 3.1 1.5 1.1 0.5 0.6 0.3 3.5 1.7 -1.8 -0.9 ZQS12115.1762.3 1.3 -3.2 -1.8 -1.1 -0.6 3.1 1.7 1.1 0.6 -2.3 -1.3 1.9 1.1 表10 对向观测平均水平位移日变化量点号单日变化量mm（+为向基坑方向，-为向基坑外）9/109/119/129/139/149/159/16点位中误差（mm）平均点位中误差（mm）ZQS71.8 -1.9 0.5 1.3 -0.3 -1.3 1.1 ±1.37 ±1.06mmZQS8-0.5 -1.6 -0.7 0.8 1.1 0.2 -0.5 ±0.92 ZQS90.4 -1.6 1.3 0.3 -1.1 -1.0 1.5 ±1.21 ZQS101.2 -1.4 0.1 -1.4 0.2 0.4 1.5 ±1.14 ZQS110.5 -1.3 0.3 1.1 0.1 1.3 -1.2 ±1.01 ZQS121.2 -0.3 -0.8 0.5 0.7 -0.2 0.2 ±0.68 表