岩土工程课程设计

1、 岩土工程课程设计 学生姓名： 吴 其 俊 学 号： 11201070125 班 级： 11地质班 设计课题：某下穿地下通道监控量测方案设计 导教师： 汪 东 林 目录、任务书2 一、课题设计与分工要求 2 二、目的和要求 2三、应完成的设计工作量3四、设计时间：一周 3五、主要参考资料 3、设计资料 3、市府广场地下通道监控量测方案5 一、工程的基本概况 52、 监控测量目的和意义 6 三、监控量测内容 6四、测试的方法和测试工具 9五、监控量测项目布置点设定和监测断面 9六、监测频率的确定 10七、 各监控量测项目控制标准 11八、监测数据分析及处理方法以及监控量测管理 12九、 

2、;监测实施13十、设计总结 18、参考文献 19任务书一、课题设计与分工要求（一）设计课题1、课题一：某下穿地下通道监控量测方案设计（二）课题分工与要求1、课题一：由学号尾数为单号同学完成。2、课题二：由学号尾数为双号同学完成。3、要求：各班学习委员（或班长）负责对本班同学按学号划分课题，并将课题的分工名单在完成设计任务后一起上交指导教师。二、目的和要求1、掌握常见地下隧道施工监控量测方案制定和实施，了解并掌握地下工程监控量测流程；2、综合运用地下工程设计原理、工程力学、工程施工管理等基本知识、理论和方法，正确地依据和使用现行技术规范，并能科学地搜集与查阅资料（特别希望各位同学能够充分利用好图

3、书馆和网络资源）；3、掌握隧道工程监控内容和目的；掌握测试点布置、测试仪器和测试方法；掌握监测频率；掌握监测控制标准；4、了解监测数据分析及处理；5、要求同学们以课题为核心，即要求团结协作，培养和发扬团队精神，又要求养成独立自主，勤奋学习，培养良好的自学能力和正确的学习态度。三、应完成的设计工作量（一）计算书一份 1、设计资料：任务书和必要附图； 2、监控量测目的和意义；3、监控量测内容（其中包括必测项目和选测项目）；4、测试的方法和测试工具；5、监测断面和监测点的布置；6、监测频率的确定；7、各个监测项目的监测控制标准；8、监测数据分析及处理方法以及监控量测管理。（二）绘制监控量测方案图1、

4、监测断面布置图；2、各个监测项目监测点布置图；3、必要的文字说明。四、设计时间：一周五、主要参考资料1城市地下工程施工监测与信息反馈技术，刘招伟主编，科学出版社；2地下工程浅埋暗挖通论，王梦恕，安徽教育出版社社；3地下工程施工与管理，杨其新主编，西南交通大学出版社；4地下建筑结构，朱合华主编，中国建筑工业出版社；5隧道工程设计要点集，关宝树，人民交通出版社；6.岩土工程，汤康敏主编，武汉理工大学出版社；7铁路隧道设计规范（TB10003-2001）；8各种隧道设计标准图集。六、设计资料题目1：本工程为公交换乘中心改造工程的一部分，由现商城负一层消防通道下穿停车场负二层，原设计地道总长59.5m

5、，其中明挖框架段17.5m，穿越城市主干道至地下停车场段为隧道工程，长42m。桩号1+30.8271+72.827段，长42m。地下通道为圆弧拱衬砌，挡墙式洞口，洞内路面采用混凝土路面。通道净宽6m，净高2.5m，其中开挖高度8.48米，开挖宽度为5.6米。结构覆土厚度约为3米。隧道穿越地层,为杂填土(Qm1)和淤泥质杂填土(Q4a1)，其中淤黏土为天然含水量大于液限含水量，天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土，属于在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的一种特殊性土。通道所处位置及断面设计如图1和图2所示。 图1 地下通道平面图 图2 地下通道断面设计图市府广场量地下通道监控测方案一

6、、工程的基本概况本工程为市府广场公交换乘中心改造工程的一部分，由现商城负一层消防通道下穿市府广场停车场负二层，原设计地道总长59.5m，其中明挖框架段17.5m，穿越城市主干道至地下停车场段为隧道工程，长42m。桩号1+30.8271+72.827段，长42m；采用“新奥法”原理进行设计，暗挖法施工。地下通道为圆弧拱衬砌，挡墙式洞口，洞内路面采用混凝土路面。通道净宽6m，净高2.5m，其中开挖高度8.48m，开挖宽度56m。结构覆土厚度约为3m。隧道穿越地层，为杂填土（Qml）和淤泥质杂填土（Q4a1），其中淤黏土为天然含水量大于液限含水量，天然孔隙比大雨或等于1.5的粘性土，属于在静水或缓慢

7、的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的一种特殊性土。通道所处位置及断面设计图1和图2所示。图一 地下通道平面图图2 地下通道断面设计图二、监控测量目的和意义1、通过监测了解地层在施工过程中的动态变化，明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节。2、通过监测，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。3、 通过监测了解施工方法的实际效果，并对其进行适用性评价。及时反馈信息，调整相应的开挖、支护参数。4、通过检测了解支护结构及周边建（构）筑物的变形及受力状况，并对其安全稳定性进行评价。三、监控量测内容1、监测项目 为全过程监测通道施工过程中，通道结构、周边楼房变形情况

8、，并及时监测各主要工序施工阶段引起的沉降，以及与设计的分析值比较，并及时反馈，设计修改支护和施工参数，对通道过楼房段施工进行了全过程监测。根据不同的施工方法将监测项目分类设计监测项目。（1）浅埋暗挖法工程主要监测项目为保持施工期间隧道上方道路的畅通，在此工程中涉及到有42m的暗挖隧道，针对工程具体条件，监测项目如表一所示：表一 主要监测内容及方法必测项目序号监测项目监测仪器测点布置原则监测目的与要求监测频率1地表沉降、地表建筑物地下管线及结构物沉降精密水准仪，玻璃钢瓦尺沿暗挖隧道纵向间隔5-10m布点以及周围受影响的建筑物掌握暗挖隧道开挖时对周围土体、建筑物的影响程度，评估周边环境是否安全（1

9、）开挖面距监测断面前后<2D时，1-2次/d（2）开挖面距监测面前后>5D时，1次/周（3）开挖面距监测断面前后>5D时，1次/周2周边地表建筑物倾斜倾斜仪布置在受影响建筑物山掌握暗挖隧道开挖时建筑物的影响程度3暗挖隧道拱顶下沉及底板隆起精密水准仪钢挂尺沿隧道中线（底板）方向间隔10m布点了解施工中结构的变形情况，确保施工安全4暗挖隧道净空水平收敛收敛计拱腰部位埋设，与拱顶对应在同一断面选测项目5初期支护与围岩间接触压力压力传感器选择代表性地段监测断面，每个断面10-20个测点了解施工过程中初期支护结构的荷载分布情况（1）开挖面距监测断面前后<2D时，1-2次/d（2）

10、开挖面距监测面前后>5D时，1次/周（3）开挖面距监测断面前后>5D时，1次/周6钢筋格栅拱架内力钢筋计或其他测力计了解施工过程中初期支护结构的内力分布情况7初期支护、二次衬砌内力及表面应力混凝土应变计或应变计8地下水位水位计、水位管等选取典型区域埋设主断面了解施工对地下水的影响 注：D为隧道直径（2）明挖法主要工程监测项目根据设计要求，结合基坑和周边环境特点，监测项目有如表二所示：表二 明挖法基坑工程主要监测项目序号监测项目监测目的维护施工基坑开挖水泥土围墙板式支护体系放坡开挖1围护墙（边坡）顶水平位移了解支护结构的最大水平位移量，必要时调整基坑开挖顺序和速度，确保基坑和周围环境

11、的安全2围护墙（边坡）顶沉降了解支护结构的最大沉降量，必要时调整基坑咔哇顺序和速度，确保基坑和周围环境的安全3立柱沉降4基坑内外地下水位基坑隧道开挖降水对周围地下水位下降的影响范围和程度5围护墙水平位移了解支护结构的最大水平位移量，必要时调整基坑咔哇顺序和速度，确保基坑和周围环境的安全6围护墙体土压力监测挡土结构在各种施工工况下的不稳定因素，以便及时采取相应的措施保证施工安全7坑底隆起（回弹）优化施工方案（如挖土速率，底板等）8裂隙监测邻近建筑物了解施工过程中地表、地下管线、建筑物沉降与倾斜情况，评估周边环境是否安全邻近地表9邻近建筑物沉降10邻近地下管线水平、竖向位移四、测试的方法和测试工具

12、（1）测量的方法测量方法 观测方法采用精密水准测量方法。利用基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不能超过0.3毫米，不在水准路线上的观测点，一个测站不能超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测时，对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0毫米，取平均值作为初始值。 （2）主要监测仪器和型号 水准仪和水准尺（ 苏光-DSZ2 ，±0.2mm/km ）收敛计 （TY-1型 ±0.05）钢弦式频率接受仪( FS-1型) 孔隙水

13、压力计 (型, .F.S )土压力盒( GJM型 ，个)钢筋计 （GJJ10型）应变计（ VCE-4250型 ，55个）五、监控量测项目布置点设定和监测断面1、下沉和净空收敛测点量测 图-3拱顶下沉和净空收敛测点布置图2、支护与二衬间压力监测为了研究初期支护与二衬间的受力情况，并判断二衬结构的受力状况和稳定程度。选取桩号1+55.5m处，埋设测试原件，并进行监测，测点布置图见图4。图-4 初期支护与二衬间测点布置图3、沉降监测通过对通道上方布置监测点来监测地面沉降值以了解地下工程开挖时工作面的稳定状况，布置图见图5

14、。图-5 地面沉降监测点布置图六、监测频率的确定      各量测项目通常的观测频度为：在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测1-2次；半个月到一个月内，或距掌子面推进到观测断面大于2倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月，每周测读1-2次；三个月后，每月测读1-3次。 但当出现例如沉降速率突然加大，或总沉降量达到最大允许沉降值后，就必须加大测读的频度，并应立即相上一级反映，以便采取措施，防止出现监测失误导致不可挽回的损失。七、 各监控量测项目控制标准（1）地表沉降控制基准的确定地表沉降对城市环境造成的危害主要表现在地表建筑的倾斜过大及地

15、中管线的变形、断裂而影响正常使用的情况。为了力争使给出的沉降控制基准值既保证建筑物及地下管线的安全，又能降低工程造价，有必要对控制基准值做较深入的分析，制定合适的沉降控制基准值。通常地表沉降控制基准值应综合考虑地表建筑物、地下管线及地层的结构稳定等因素，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。根据设计文件及周围环境条件，制定本工程的位于控制标准见表三。 表三序号项目控制值单位主要依据1地表沉降30mm工程经验及计算分析2桩基累计沉降8mm规范及分析3相邻柱的差异沉降6mm规范及分析4拱顶沉降50mm规范及经验5净空收敛60mm规范及经验6建筑物倾斜1.5规范及招标文件7二衬主筋

16、应力300MPa钢筋混凝土结构设计规范（2）监测警戒值的设定（1）地表最大沉降量m0.2%B，速率2mm/12小时，不报警。m0.2%B，速率2mm/12小时，报警。（2）最大水平位移0.3%B，速率控制在2mm/12小时；如果正常变化的曲线上出现明显的拐点变化，作报警处理。（3）实测锚杆应力及纲支撑轴力大于设计值的80时要报警。八、监测数据分析及处理方法以及监控量测管理1、监测数据分析及处理方法数据处理方法可以分为统计学方法和确定性方法两类。统计法主要使用统计回归方法，灰色系统和模糊数学方法。确定性方法主要是有限元，边界元，反分析法。位移监测数据处理倾向与采用回归方法分析，包括沉降历时曲线、

17、沉降历程曲线。管线变形数据不易测的，可以利用反分析法先得出一个接近实际的函数关系，在反过来分析管线的沉降监测2、监控量测管理本工程监测系统采用人工测试系统与自动化测试系统相结合，像地面沉降，拱顶下建筑物的变形均有专人进行监测、记录和处理数据，但钢筋拱架的应力，孔隙水压力，土压力计的数据记录由传感器导出，再经电脑系统的处理，简单快捷准确。 （1）监测中会用到很多种仪器，为了保证仪器的正常工作，由专人负责仪器的调试与保管，在监测中将仪器专仪专人的分配和监测，各自负责自己的仪器，保证出了问题能直接找到专人对此负责。 （2）监测中会用到很多的基点和测试点，这也由专人负责保护，免遭意

18、外的损坏。影响数据的连续测读。 （3）由于仪器在使用时难免会出现一些小问题，因此由专人进行调试，实际上可由负责使用此仪器的人进行调试和定期校检。 （4） 量测设备、元器件等在使用前均应经过校检，合格后方可使用。若有损坏，应及时进行修复并检校。 （5）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则。 （6）量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。 （7）量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。 （6）系统在使用前，在室内进行单项和连机的调试，和包括对传感器、仪表的调试。最终 在投入使用时在现场也要在

19、安装完毕后进行调试。 （7）及时的测的数据及时处理，防止时间久了，忘记了某些细节，影响整个监测结果。 （8）在工程结束后和地层稳定前，必须有专人继续负责监测，直到地层稳定。九、 监测实施： 1、 地表下沉监测实施细则： 1）基点及沉降点的布设 基点布置在隧道施工影响范围之外，从地面钻孔放入长50厘米的直径为22毫米的钢筋，周边用砼填实保护。 地表沉降点从地面直接钻孔，放入长30厘米的直径为22毫米的钢筋，周边用水泥砂浆填充，钢筋头露出砼面1厘米。左砼或建筑物甚而等比较坚硬的结构面上，可打入钉或直接在其上划十字，再用

20、红油漆标识作为测点。2）监测仪器DS32精密水准仪及FSI测微器，量测精度0.1毫米。3）水准基点的观测 基点是作为观测沉降点沉降量的基准，因此，要用精密水准测量的方法来测定基点的高程，并经常检查其高程有无变动。测量时应与国家三级水准点进行往返测，其误差不得超过±0.5n毫米（n为测站数）。4）沉降点的观测 观测应坚持四固原则：即施测人员固定上，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定。以确保观测资料的真实可靠。 观测步骤： a、 测站位置处架设仪器、整平。 b、测量基点尺面读数（hji）。 c、 按

21、预定方向依次测量测站内各沉降点的尺面读数，最后返回原基点。 d、进行测站检核，检测合格后方可迁站。5）注意事项 a、 测量基点应布置在施工沉降影响范围之外，通视良好的地方。 b、测量基点不应少于2个，基点应进行联测，相互复核。 c、 原始资料不得有擦拭痕迹，只能在其旁边进行划改。 d、资料在现场进行处理，有异常情况应立即进行复测。6）计算 沉降点的沉降值Ht 等于沉降点与基点间高差h在时刻t时的改变值。 即：HtHt(2)-Ht(1) 单位以毫米计。 沉降点的累计下沉值为累计时间内该沉

22、降点沉降值之代数和。 房屋倾斜测量计算： 采用差异沉降法计算 沉降差h=a点高程平均值b点高程平均值 倾角i=sin-1h/L 屋顶倾斜位移Sm×sini 式中：La,b两点间距离；m房屋高（米） 2、 水平位移监测实施细则： 1）测点布设 测点应布设在竖井四周25米内，孔深在竖井底以下34米。测孔用地质钻机面孔，成孔后用直径为150毫米的钢套管保护，套管外用砼堆砌，埋设位置见设计图。2）测试原理 本量测项目选用美国SINCO公司生产的数字式测斜仪作为量测仪器。它由探头、中继

23、电缆和手提式数字显示器三部分组成，测量值为测管壁与铅垂方向夹角正弦的2.5倍，最大量程为±53。3）量测 测试时沿预先埋好的测斜管沿垂直于通道轴线方向（A向）导槽自下而上每隔1米测读1次直至孔口，得各测点位置上读数Ai(+)、Ai(-)。其中“”与“”向为探头绕导管轴旋转180。位置。4）计算 第I次测量值Ai(+)-Ai(-) 变量本次测量值上次测量值 本次位移SK（K0.02）单位以毫米计。 第I点的绝对位移各测点相对于孔底测点的位移。（本位移测孔孔底位于通道底以下4米，故视该点为基点） 3、 地下水位监测实施

24、细则： 1）测点布设 测点应布设在通道两侧施工影响范围内水文条件在施工期间可产生变化的区域。测点用地质钻成孔，孔深在18米以内（以保证施工期间产生的水位下降得以测出）。 测管采用直径为100毫米的塑料管，水位线以下至隔水层间安装相同直径的滤管，滤管外裹上滤布，用胶带纸固定在滤管上，孔底部设0.51米深的沉淀管。2）原理 本量测项目用水位计进行。水位计由测头、测尺和蜂鸣器三部分组成，当测头接触水面时探头与蜂鸣器间电路形成闭合回路，蜂鸣器响，此时从测尺上读出水面至孔口标志点（基点）间的距离。3）测量 将探头沿钻孔套管缓慢放下，当测头接触水面时，蜂鸣

25、器响，读取孔口标志点处测尺读数a，重复一次得读数b。4）计算 平均水位0.5（a+b）4、 拱顶下沉监测实施细则： 1）目的 在隧道及地下工程的开挖中，隧道及地下洞室周边的位移是围岩支护系统力学形成的最直接、最明显的反映，所以拱顶下沉量测是量测项目中必测的，并以此结果来指导隧道支护结构的设计和施工。2）量测设备 精密水准仪，塔尺和挂尺。3）测点的埋设 预埋件的埋设，主要为基点与测点的埋设。在隧道拱顶中线部位，用凿岩机凿一孔径为4050毫米，直径20厘米的孔，在孔口填塞水泥砂浆后揷入预埋件，应使预埋件轴线垂直于拱顶，待砂浆凝固后即可进行

26、量测。当洞内需立拱架支护时，测点可焊在拱架上。4）量测 架好水准仪，整平，挂好钢尺，将水准仪照准钢尺，读取基点读数Rj；摘下钢尺挂于测点，水准仪读取读数Ri。在迁站时，应读取转点读数。5）计算对于同一测点而言： Ui=RiRj Ui-1=Ri-1Rj-1 U=UiUi-1 Ui第i次量测高差。 Ui-1第i-1量测高差。 U第i次下沉值。 注：B表示隧道开挖宽度。 5、 收敛量测实施细则： 1）目的 在隧道及地下工程的开挖中，隧道及地下洞室周边的拉移是围岩和支护系统力学形态变

27、化的最直接、最明显的反映。所以，净空收敛量测是量测项目中必测的并以此结果来指导隧道支护结构的设计和施工。 2）量测设备 收敛计 3）测点的埋设 预埋件的埋设，在围岩表面用凿岩机或人工凿一孔径为4050毫米深20厘米的孔，在孔中堵塞水泥砂浆后揷入预埋件，安设时应使两预埋件轴线连线在同一水平上，并将锚固揷销孔置于铅垂向上的位置，然后上好保护帽，待砂浆凝固后即可进行量测。 4）量测 收敛计钢尺一端套在水平测线一端的预埋件上，用销钉揷紧，另一端套在水平测线另一端上用销钉揷紧。拉紧钢尺，交其用收敛计前端的压尺螺栓固定在钢尺的适当尺孔中，记下钢尺孔位，使百分表读数达到设计位置，记下千分尺读数，连续三次，取平均值作为本次测量读。5）计算Ui=RiRi-1 Ui第i次量测收敛值（mm） Ri第i次量测时的观测值（mm） Ri-1第i-1次量测时观测值（mm） 6、 钢拱架应力监测实施细则 1）主题内容及适用范围 为了解钢拱架的受力特征和钢筋应力状态，故设此量测项目。 2）引用<铁路隧道喷锚构筑法技术规则>TB108-92。3）量测设备 钢弦式钢筋应变计、钢弦式频率接收仪。 4）钢筋应力计