城市地铁施工监控量测讲义

1、城市地铁施工监控量测讲义地铁施工技术强化培训班培训教材地下铁道施工监控量测（试用）北京交通大学刘维宁，王霆，编写-1-城市地铁施工监控量测讲义目录内容简介前言第一章监控量测的目的和意义1.1概述1.2基坑工程监测的目的和意义1.3隧道工程监测目的和意义第二章监测内容与测点布置原则2.1监控量测的内容2.1.1基坑工程施工监测2.1.2隧道工程施工监测2.1.3地铁盾构隧道补充施工监测2.2测点布置的原则2.2.1概述2.2.2某车站监测实例2.2.3目前测点布置存在的问题2.3监控量测的方法与仪器2.3.1基坑工程监测的方法与仪器2.3.2隧道工程监测的方法与仪器2.3.3盾构隧道补充监测的方

2、法与仪器第三章沉降控制标准制定方法3.1工程类比法3.1.1资料收集3.1.2资料分析3.1.3沉降标准3.2理论分析3.3自由地表沉降控制标准3.4地面建筑物沉降与倾斜控制标准3.4.1地表建筑物沉降与倾斜极限值3.4.2地表建筑物沉降与倾斜理论分析3.5管线等设施的控制标准3.6桥梁设施的控制标准3.7小结3.8既有临近建筑和设施的现状评估第四章数据处理、预测与控制管理4.1数据处理4.1.1数据处理的目的4.1.2数据的一般处理方法4.1.3量测数据的回归分析4.1.4工程实例4.2预测分析-2-城市地铁施工监控量测讲义4.2.1地表沉降最终位移的预测4.2.2隧道内部位移变形的预测4.

3、2.3数值计算4.3控制管理4.3.1管理体制的建立结束语参考文献地下铁道施工监控量测内容简介本讲义涉及城市轨道交通中地下铁道（以下简称地铁）施工监控量测工作的各个方面，对监控量测的目的和意义、监测的主要内容、测点布置的原则、沉降控制标准制定的方法、数据处理、预测分析与控制管理等方面做了全面的论述，并且引用了现场监测的实例。前言目前，全国各大城市纷纷在筹建城市轨道交通工程，其中地铁是主要的组成部分。在建的地铁工程当中，监控量测工作是确保周边环境安全和施工稳定的重要工作，但目前并未得到足够的重视。这其中既有技术方面的原因，也有管理方面的原因。但更主要的是思想认识方面的原因。由于城市地下工程周围环

4、境的复杂性，以及地下工程设计和施工工艺的紧密相关性，设计方案必须通过监控量测进行验证并作出局部调整，对施工参数和施工工艺具有重要的指导作用。近年来相继颁布实施的有关地下工程设计和施工的规程和规范都对施工监测作了具体规定，并将其作为地下工程施工中必不可少的组成部分。为了保护地铁工程周围的环境，在设计和施工时都需要科学地估算施工开挖过程中周围地层的变化大小和影响范围；对地层变形影响范围内的临近建筑物，桥梁，既有地铁及管线等设施的保护做出正确的决策和周密的部署。这就必须加强施工监测、逐步真正实现信息化施工。-3-城市地铁施工监控量测讲义第一章监控量测的目的和意义1.1概述地铁施工中的监控量测是保障工

5、程建设的安全、质量、地面车辆以及沿线建筑和管线正常运行的重要手段。地铁在修建施工中，监控量测的工作内容总体上有地层沉降监测、水平位移监测、支护结构变形监测（包括支护体系的沉降、水平位移和挠曲变形）、支护结构的内力监测（包括支撑杆件的轴力监测和围护结构的弯距监测）、地下水土压力和变形的监测（包括土压力监测和孔隙水压力监测、地下水位监测、深层土体位移监测、基坑回弹监测）、建筑物或桥梁的变形监测（沉降监测、水平位移监测、倾斜监测和裂缝监测）、地下管线变形，既有地铁等监测。根据地下铁道工程施工及验收规范（GB502991999），地下铁道监控量测项目如图11和12所示：地表隆陷A类项目隧道隆陷盾构施工

6、B类项目土体内部位移（垂直和水平）衬砌环内力和变形土层压应力图11地铁盾构施工监测项目-4-城市地铁施工监控量测讲义围岩及支护状态地表、地面建筑、地下管线及构筑物变化A类项目拱顶下沉围岩及支护状态周边净空收敛位移隧道浅埋暗挖法施工岩体爆破地面质点振动速度和噪声围岩内部位移围岩压力及支护间应力B类项目钢筋格栅拱架内力及外力初期支护、二次衬砌内应力及表面应力锚杆内力、抗拔力及表面应力图12地铁浅埋暗挖法施工监测项目目前，城市轨道交通工程施工监测的必要性不仅已成为市政建设管理部门的强制性指令措施，同时也已为工程投资、监理设计和施工设计的重要依据。在目前的监控量测工作中，最主要的还是对变形的监测工作。

7、这是因为变形信息的获取简单，成本底，而且信息相关性强。变形监测工作有两方面内容：一是对基坑开挖，隧道开挖引起的维护结构、初期支护的变形观测；二是对开挖引-5-城市地铁施工监控量测讲义起的地面、道路、影响范围建筑物及公共设施（管线、既有地铁等）的沉降、倾斜、裂缝的观测。通过监测随时预报变形、沉降值的大小及速率，以便及时修改施工的各项参数、工艺或方案，采取相应的加固措施，控制变形量，避免各类损失。由此可见，地铁在修建期间进行变形观测是非常重要的工作内容，通过积累监测数据、分析变形规律，还可以检验设计理论，为后续地铁设计、施工提供参考依据。监控量测一般的流程图如图13所示：-6-城市地铁施工监控量测

8、讲义资料调研施工组织设计监测设计现场施工监控量测量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及反分析经验类比监测结果的综合评价理论分析甲方、规范要求等报送设计、监理单位量测结果的形象化、具体化地层支护结构安全稳定性判断地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议反馈设计施工否是否改变设计、施工方法是调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施新设计施工方法图13监控量测流程图1.2基坑工程监测的目的和意义由于基坑开挖，基坑内外的压力平衡被改变。致使围护结构及土体发生变形。-7-城市地铁施工监控量测讲义围护结构的内力和变形中任何一量值超过容许的范围，将造成基坑的失稳破坏或对周围环境造成不

9、利影响。地铁车站往往建设在市区人口稠密处，建筑物林立，地下管线密集，基坑开挖所引起的周围土体变形将在一定程度上改变这些建筑物和管线的正常状态，当土体变形过大时，会造成临近结构和设施的失效或破坏。同时，由于土体变形过大而导致临近管线破裂漏水又反过来加剧土体的变形，直至导致围护结构失稳，造成极坏的社会影响和经济损失。因此，在基坑施工过程中，只有对基坑围护结构、基坑周围土体和相临的建（构）筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程的顺利进行，在出现异常情况时及时反馈，并采取必要的应急措施，调整施工工艺或修改设计参数。一般来说，基坑开挖施工监测的目的

10、有以下几点：1将现场监测数据与设计值（或预测值）进行比较，如超过某个限值就采取工程措施，防止支护结构破坏和环境事故发生；2为施工及时提供反馈信息，用监测数据指导现场施工，进行信息化管理，使施工组织得以优化；3把监测数据用于优化设计，使维护结构的设计既安全可靠又经济合理。4将现场监测的结果与理论预测值相比较，用反分析法寻出更接近实际的理论参数，以积累经验，提高设计和施工水平，指导后来类似工程设计施工。1.3隧道工程监测目的和意义从60年代以来，新奥法在隧道及地下工程的应用不断推广，新奥法的理念越来越受到人们的普遍接受。有了新奥法，才把隧道工程从被动支护转变主动支护的现代施工技术，这种进展与我们今

11、天对地下工程实质的认识是分不开的，也与岩土力学、工程地质以及相应的量测技术是分不开的。由于暗挖隧道是修建在有初始应力场的地层之中，隧道一经开挖，其中所包含的原始力学体系便被改变，即所谓的二次、三次应力重分布。在应力的调整过程中，由于地层是各向异性、不连续、不均质的物体，力学形态也呈各向异性：因此，在确定围岩压力和其他支护设计参数中，要通过理论计算定量地反映实际情况是十分困难的，而现场量测却为解决这一难题提供了可能。因为现场量测的数据是客观现实的真实反映。目前的许多隧道工程，不仅要依据计算来决定支护和衬砌的厚度，更主要的是根-8-城市地铁施工监控量测讲义据位移等的量测结果进行修正和调整。在暗挖地

12、铁车站的施工中，车站永久结构的形成也要在监控量测的指导下完成施工步序的转换。此外，量测结果还可正确地判断围岩的稳定状态，控制施工顺序以及支护结构的承载能力。因此，在现代隧道施工中，量测作业是必不可少的。总体而言，隧道施工监测的目的有以下几点；1确保安全。根据量测数据，及时掌握围岩和支护的动态过程及规律，检查施工引起的地面沉降和隧道沉降是否控制在允许的范围内，并建立预警机制，保证工程安全，避免结构和环境安全事故造成工程总造价的增加。2指导施工。将量测数据经过分析处理，预测和确认隧道围岩是否有异常情况及其最终稳定时间，以指导施工顺序和确定施作二次衬砌的时间。3预测地层力学参数，建立计算模型，评价地

13、层的工程稳定性，从而修正设计，进行动态管理，科学施工。4积累资料。已有工程的量测结果可以间接地应用于其它类似工程中，作为设计和施工的参考资料。还可为研究岩土性质、地下水条件、施工方法与地表沉降和土体变形的关系积累数据，为改进设计提供依据。5发生工程环境责任事故时，为仲裁提供具有法律意义的数据。-9-城市地铁施工监控量测讲义第二章监测内容与测点布置原则2.1监控量测的内容2.1.1基坑工程施工监测地铁工程基坑施工监测的内容分为两大部分，即围护结构和相邻环境的量测。围护结构按支护形式不同又有明挖放坡、土钉墙围护、桩、连续墙围护等，同时结合横撑、腰梁、锚索等加强措施；因此，围护结构施工监测一般包括围

14、护桩墙、支撑、腰梁和冠梁、立柱、土钉内力、锚索内力等项，环境监测包括监测相临地层、地下管线、相临房屋等内容。综合各类基坑，一般地铁工程基坑施工监测内容详见表2l。表21地铁基坑监控量测项目一览表序号监测对象监测项目1墙顶水平位移与沉降2桩墙深层挠屈测试元件与仪器精密水准仪经纬仪测斜仪1围护桩墙3桩墙内力4桩墙水平土压力钢筋应力传感器、频率仪土压计、渗压计、频率仪2围护水平支撑轴力钢筋应力传感器、频率仪、位移计结构3冠梁和腰梁1内力钢筋应力传感器、频率仪2水平位移4土钉拉力经纬仪钢筋应力传感器、频率仪56锚索立柱拉力沉降锚索测力传感器、频率仪精密水准仪-10-城市地铁施工监控量测讲义7基坑底基坑

15、底部回弹隆起PVC管、磁环分层沉降仪或水准仪891地面水平位移与沉降2地中水平位移精密水准仪、经纬仪测斜管、测斜仪地层101112相3地中垂直位移4土压力1坑内地下水位PVC管、磁环分层沉降仪或水准仪电测水位计水位管、水位计13邻环14境监地下水2坑外地下水位3空隙水压力水位管、水位计水压计1516171819测1地下管线水平位移与沉降2道路水平位移与沉降建筑物3建筑物水平位移与沉降4建筑物倾斜5道路与建筑物裂缝精密水准仪、经纬仪精密水准仪、经纬仪精密水准仪、经纬仪经纬仪、垂准仪裂缝监测仪等2.1.2隧道工程施工监测隧道量测通常分为施工前和施工中两个阶段，隧道开挖前的量测主要是进行原位测试，即

16、通过地质调查、勘探，直接剪切试验，现场实验等手段来掌握围岩的特征，包括构造、物理力学性质、初始应力状态等等。施工中量测主要是对围岩与支护的变形、应力（应变）以及相互间的作用力进行观测。一般地铁暗挖隧道工程施工监测内容详见表22。-11-城市地铁施工监控量测讲义表22地铁暗挖隧道监控量测项目一览表序号1监测项目地质和支护状况观察方法和工具地层土性及地下水情况，地层松散坍塌情况及支护裂缝观察或描述2洞内水平收敛3拱顶下沉拱底隆起各种类型收敛计，全站仪非接触量测系统水平仪，水准尺，挂钩钢尺，全站仪非接触量测系统4地表沉降水平仪，水准尺，全站仪5地中位移（地表钻孔）PVC管、磁环、分层沉降仪、测斜仪及

17、水准仪67围岩内部位移（洞内设点）围岩压力与两层支护间洞内钻孔安装单点、多点杆或钢丝式位移计各种类型压力盒衬砌混凝土应力8钢筋应力传感器、应变计、频率仪9钢拱架内力钢筋应力传感器、频率仪10二衬混凝土内钢筋内力钢筋应力传感器、频率仪1112锚杆轴力及拉拔力地下水位钢筋应力传感器、应变片、应变计、频率仪水位管、水位计-12-城市地铁施工监控量测讲义13141516孔隙水压力前方岩体性态爆破震动周围建筑物安全监测水压计、频率仪弹性波、地质雷达测震仪水平仪、经纬仪、垂准仪表23和24为北京地铁5号线某车站的设计监测方案及施工方案，可以看到，在实施方案中，对选测项目没有进行监测，同时监测频率有所降低，

18、施工期间监测项目与频率在满足规范要求的前提下，可以根据工程具体情况对监测设计方案进行修改。表23北京地铁5号线某车站设计监测项目表类序别号12A3监测项目地层及支护情况观察地表沉陷拱顶下沉测试方式现场观察及地质描述精密水准仪精密水准仪类量4洞内收敛收敛仪测5底部隆起精密水准仪6地表、地面建筑、地下管线及构筑物变化水准仪和水平尺1土层位移（洞内钻孔）多点位移计B类2量格栅和内衬的主筋内力钢筋计、频率计测34围岩压力钢管柱应变压力传感器应变片-13-城市地铁施工监控量测讲义表24北京地铁5号线某车站施工监测项目表类别序号1监测项目地表沉降法华寺、天坛墙、监测方式精密水准仪、FS测微器、铟钢尺A类量

19、测（必测）2大都市商业楼和银行大楼沉降与倾斜3地下管线沉降4拱顶沉降5洞内收敛日本ATG2精密水准仪、FS微器、钢尺,量测精度0.1QJ85型坑道周边收敛仪,监测精度0.1mm号监测项目测试元件与仪器2.1.3地铁盾构隧道补充施工监测盾构隧道监测的对象主要是土体介质、隧道结构和周围环境，监测的部位包括地表、土体内、盾构隧道结构以及周围道路、建筑物和地下管线等，监测类型主要是地表和土体深层的沉降和水平位移、地层水土压力和水位变化、建筑物和管线及其基础等的沉降和水平位移、盾构隧道结构内力、外力和变形等，具体见表25。表25地铁盾构隧道监控量测项目一览表序监测对象监测类型1隧道结构内部收敛收敛计、伸

20、长杆尺1隧道结构结构变形2隧道、衬砌环沉降水准仪-14-城市地铁施工监控量测讲义3管片接缝张开度测微计结构外力结构内力1隧道外测土压力2轴向力、弯矩1螺栓锚固力、管片接缝法向接触力2地表沉降孔隙水压计、频率计钢筋应力传感器、环向应变仪、频率计钢筋应力传感器、频率计、锚杆轴力计水准仪沉降1土体沉降分层沉降仪、频率计2地层水平位移2盾构底部土体回弹深层回弹桩、水准仪3地表水平位移1土体深层水平位移水土压力2水土压力（侧、前面）7地下水位1沉降经纬仪测斜管、测斜仪土压力盒、频率仪水位管、水位计8孔隙水压渗压计、频率计相临环境、周围建3（构）物、地下管线、铁道、道路2水平位移3倾斜水准仪经纬仪经纬仪裂

21、缝计-15-城市地铁施工监控量测讲义2.2测点布置的原则2.2.1概述根据地下铁道工程施工及验收规范（GB502991999），地下铁道采用浅埋暗挖法施工时监控量测项目及相关测点布置原则如表26所示：1）隧道浅埋暗挖法施工表26监控量测项目和量测频率类别量测项目测点布置量测频率围岩及支护状态地表、地面建筑、地下管线及构筑物变化每一开挖环每1050m一个断面，每断面711个测点开挖后立即进行开挖面距量测断面前后2B时12次/d开挖面距量测断面前后5B时1次/周应测项目每530m一个拱顶下沉断面，每断面13个测点每5100m一个周边净空收断面，每断面2敛位移3个测点开挖面距量测断面前后2B时12次

22、/d开挖面距量测断面前后5B时1次/周开挖面距量测断面前后2B时12次/d开挖面距量测断面前后5B时1次/周岩体爆破地面质点振动速度和噪声围岩内部位移质点振速根据结构要求设点，噪声根据规定的测距设置取代表性地段设一断面，每断面23孔随爆破及时进行开挖面距量测断面前后2B时12次/d开挖面距量测断面前后5B时1次/周选测项目围岩压力及支护间应力每代表性地段设开挖面距量测断面前后2B时12次/d一断面，每断面开挖面距量测断面前后5B时1次/周钢筋格栅拱架内力及外力每1030榀钢拱架设一对测力计开挖面距量测断面前后2B时12次/d开挖面距量测断面前后5B时1次/周-16-城市地铁施工监控量测讲义初期

23、支护、二每代表性地段设开挖面距量测断面前后2B时12次/d衬内应力及表面应力锚杆内力、抗拔力及表面应力一断面，每断面11个测点必要时进行开挖面距量测断面前后5B时1次/周开挖面距量测断面前后2B时12次/d开挖面距量测断面前后5B时1次/周注：1B为隧道开挖跨度；2地质描述包括工程地质和水文地质。3当围岩和初期支护结构符合规范第7.8.3条规定时方可停止量测。为保证施工安全和改进设计，根据隧道开挖过程中围岩和结构受力情况，制定了上表。其中，应测项目（A类）是指在一般情况下需量测项目，选测项目（B类）是指在必要时的量测项目。而量测项目的选择还要根据围岩类别，开挖断面所处地面环境条件等确定应测或选

24、测，必要时可适当调整。地铁区间结构断面较小，覆跨比较大，一般量测项目可少些，而车站结构跨度大，分部开挖次数多，围岩应力多次重新分布，为安全计，相应的量测项目就要多些，甚至有些选测项目可纳入应测项目中去。用浅埋暗挖法修建地下铁道隧道时，开工前应根据具体情况安排量测方法，制定量测方案。2）盾构施工盾构掘进施工中，地层除了受到盾尾卸载的扰动外，还受到盾构对前方土体的挤压（或卸载），因此，周围地层出现不同程度应力变动，特别是地质条件差时，更会引起地面甚至衬砌环结构本身的隆起或沉陷，不仅造成结构渗漏水，甚至危及地面建筑物的安全。为此，要按照表27进行监控量测。表27盾构掘进施工监控量测项目类量测项别目测

25、点布置量测频率必测项目地表隆陷隧道隆陷每30m设一断面，必要时需加密每510m设一个断面开挖面距量测断面前后20m时12次/d开挖面距量测断面前后50m时1次/周开挖面距量测断面前后20m时12次/d开挖面距量测断面前后50m时1次/周选土体内测部位移项（垂直目和水平）开挖面距量测断面前后20m时12次/d每30m设一断面开挖面距量测断面前后50m时1次/周-17-城市地铁施工监控量测讲义衬砌环内力和变形土层压应力每50100m设一断面每一代表性地段设一断面开挖面距量测断面前后20m时12次/d开挖面距量测断面前后50m时1次/周开挖面距量测断面前后20m时12次/d开挖面距量测断面前后50m

26、时1次/周2.2.2某车站监测实例（1）地表测点平面布置图8+K4959+K1950+K106+K1062+K406+K306.4+K58065+K9067+K1068+K506+K9061+K8163+K2164+K1165+K1165+K6164C1-1C2-1C1-2C2-2C3-1C3-2WD57C4-1C4-2C5-1C5-2C6-1C6-2C7-1C7-2C8-1C8-2有效站台中心线C9-1C9-2C10-1C10-2C11-1C11-2C12-1C12-22.4.1.4.232445154C1-3C2-3C1-4C2-4C1-5C2-5C1-6C2-62C1-7C2-7C1-8

27、C2-83.C1-9C2-9C1-10C2-10C1-11C2-11C3-3C3-4C3-5C3-6C3-7C3-8C3-9C3-10C3-11L1-1L1-2L1-3L1-4L1-5L1-6L1-7C4-3C4-4C4-5C4-6C4-7C4-8C4-9C4-10C4-11L2-1L2-2L2-3L2-4L2-5L2-6L2-7C5-3C6-3C5-4C6-4线路左线C5-5C6-5C5-6C6-6C5-7C6-7C5-8C6-8C6-9C5-9线路右线C5-10C6-10C5-11C6-11C7-3C7-4C7-5C7-6C7-7C7-8C7-9C7-10C7-11C8-3C8-4C8-5

28、C8-6C8-7C8-8C8-9C8-10C8-11C9-3C9-4C9-5C9-6C9-7C9-8C9-9C9-10C9-11C10-3C10-4C10-5C10-6C10-7C10-8C10-9C10-10C10-11L3-1L3-2L3-3L3-4L3-5L3-6L3-7L4-1L4-2L4-3L4-4L4-5L4-6L4-7C11-3C11-4C11-5C11-6C11-7C11-8C11-9C11-10C11-11C12-3C12-4C12-5C12-6C12-7C12-8C12-9C12-10C12-1144C1-12C2-12C1-13C2-13C3-12C3-13C4-12C4

29、-13C5-12C5-13C6-12C6-13C7-12C7-13C8-12C8-13C9-12C9-13C10-12C10-13C11-12C11-13C12-12C12-13图21车站平面布置图北区间竖井55.+K.1875+8左JD13右JD11联络通道B48515KB337048口入室.00Aj=2下地左JD12右JD10永BB图例：隧道正线施工便道车站轮廓B公共汽车站经理部驻地施工围挡工程队驻地围挡大门图22区间平面布置图-18-城市地铁施工监控量测讲义（2）主测断面布置图：洞口洞口图例：1、本图尺寸均以mm计。2、图示：拱顶沉降净空收敛图23车站主测断面A项量测测点布置图1783#

30、641#888#1782#1490#1790#966#842#1788#1829#1830#783#1637#911#781#601#1785#1772#1770#1774#1773#1775#596#1768#1766#731#901#907#782#643#642#1276#732#973#1845#910#644#905#1611#1755#1814#900#730#906#903#729#1815#1683#1818#1752#1754#1820#733#727#902#1756#909#728#图24主测断面B项量测测点布置图-19-城市地铁施工监控量测讲义（3）管线地表测点布置图2

31、5管线与隧道关系剖面图40002200mm热力方沟8热(2)6测点检查井东南风亭图26管线测点布置-20-城市地铁施工监控量测讲义（5）地表建筑物监测9永28建钻孔灌注桩竖井中线筑物7东南竖井（内插32a）图27建筑物沉降测点布置图6）桥墩沉降测点布置区间隧道左线观测点0124m.05098.m020304506070810111242m.-21-城市地铁施工监控量测讲义图28桥墩沉降测点布置图2.2.3目前测点布置存在的问题测点布置存在的问题主要有测点预埋件加工、埋设、保护不规范，影响量测结果的准确性。（1）测点预埋件清理不干净测点清理不干净且已经被压弯清理干净的测点图29测点清理情况（2）

32、预埋件加工粗糙、不规范粗糙、测点，每次钢尺挂钩位置难以一致精细、规范的测点图210预埋件加工情况-22-城市地铁施工监控量测讲义（3）地表下沉测点预埋件埋设方法不规范不规范的埋设方法规范的埋设方法图211测点埋设情况2.3监控量测的方法与仪器2.3.1基坑工程监测的方法和仪器1目测目测是不借助任何量测仪器，仅凭经验用肉眼观察获得对判断基坑稳定和环境安全有用的信息。目测主要是观测施工地质的变化情况、围护结构和支撑体系的施工质量、周围管道是否有渗漏水，分析其渗漏原因及对基坑围护结构变形的影响，同时需要密切关注基坑周围的地面裂缝、建筑物裂缝的发展情况、围护结构和支撑体系的工作失常情况。以便发现问题及

33、时解决，尽量减少工程事故的发生。2围护结构顶水平位移与沉降围护结构顶水平、垂直位移是基坑开挖施工监测的一项基本内容，其监测点沿坡顶及平台基坑边缘设置，并结合地表变形观测点使用。沉降监测方法主要采用精密水准测量，按二等水准标准，在有关工程测量方面的书中都有洋细介绍，不再叙述。按监测要求在一个测区内应设不少于两个基准点，基准点根据地质情-23-城市地铁施工监控量测讲义况及维护结构不同设置的位置也稍有不同，一般要设在距基坑开挖深度5倍距离以外的稳定地方。围护结构顶水平位移监测一般选用精度为2的经纬仪，水平位移测定方法很多，常用的主要有坐标法、视准线法、控制线偏离法、小角度法及前方交会法等，目的是通过

34、监测点位置或坐标的变化来确定某测点的位移量。3桩墙深层挠曲基坑开挖后；基坑内外的水土压力要依靠围护桩（墙）和支撑体系来重新平衡，围护桩（墙）在基坑外侧水上压力作用下，会发生变形，要掌握围护结构的侧向变形，可通过围护桩（墙）的深层挠曲监测来实现，深层挠曲监测又可称为桩（墙）测斜监测。它是通过活动式测斜仪来进行。在需要进行测斜监测的部位埋设与测斜仪配套的测斜管，测斜管内有两对互成90的导向滑槽。把测斜仪的一组导向轮沿测斜管导向滑槽放入管中，一直滑到管底，每隔一定间距（500mm或1000mm）向上拉线（标有刻度的导线）读数，测定测斜仪与垂直线之间的倾角变化，即可得出不同深度部位的水平位移。具体方法

35、如下：将测斜管固定于桩（墙）体钢筋笼中心，调整好孔口方向，使导向滑槽主测方向垂直于基坑，测斜管下部和上部保护盖要封好，以防止异物进入。埋设示意如图212：图212测斜管埋设与水平测孔埋设示意图观测时使用带导轮的测斜探头，将测斜管分成n个测段，每个测段长L，在i某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角，通过计算可得到这一区段的变i化，计算公式为：i-24-城市地铁施工监控量测讲义LSiniii某一深度的水平变位值可通过区段变位累计得出。设初次测量的变位ii结果为(0)i则在进行第j次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值x，即为ix(j)(j1)iii相对初次测量时总的位移值为：(j)

36、(0)ii4桩墙内力采用钢筋混凝土材料制作的围护支挡构筑物，其内力监测通常是在钢筋混凝土中埋设钢筋计，通过监测构件受力钢筋的应力或应变，然后根据钢筋与混凝上共同作用、变形协调条件计算得到。钢筋计有钢弦式和电阻应变式两种，接收仪器分别用频率仪和电阻应变仪。钢弦式钢筋计与结构主筋轴心对焊，是与受力主筋串联连接的，由频率计算的是钢筋的应力值。而电阻式应变计是与主筋平行绑扎或点焊在箍筋上，应变仪测得是混凝土内部该点的应变。钢筋应力（应变）计安装时应注意尽可能使其处于不受力状态，特别是不应处于受弯状态。然后将导线逐段捆扎在邻近的钢筋上，引到地面的测试匣中。支护结构浇筑硂后，检查测力计电路电阻值和绝缘情况

37、，作好引出线和测试匣中的保护措施。基坑开挖之前应有23次应力传感器的稳定测量值，作为计算应力变化的初始值；基坑每开挖其深度的1/51/4应测读23次：基坑开挖至设计深度时，每周测读l2次，一直测到地下室地板硂浇注完毕。每次应力实测值与初始值之差，即为应力变化。5水平支撑轴力钢支撑结构目前常用的是钢管支撑和H型钢支撑结构。钢支撑端部节点构造可分为：带活络接头的铰接节点和端头同围檩焊接的固定节点，并设有八字撑。钢支撑轴力监测，传感器的选用应视钢支撑端部节点构造情况来定，如钢支撑端部为活络接头，两端接头计算简图为铰接时可用钢弦式反力计，安装在端头，通过频率接收仪测得反力计在某一荷载时的自振频率f，按

38、计算公式-25-城市地铁施工监控量测讲义PK(f2f2)和该传感器的标定系数K，就可以直接获得支撑轴力值，式中f00为支撑受力前的初始频率。对于钢支撑端部与围檩焊接，且有水平八字撑的构造，用反力计时安装比较困难而且可能同用反力计结构计算时的计算模型有差别，因为用反力计作传感器，该处视为铰接，而且端部的水平八字撑受力情况也需测试，才能掌握整根钢支撑的受力情况。对于这种情况可采用钢弦式表面应变计作为钢支撑轴力监测的传感器。一般表面应变计安装位置选在八字撑外侧的直撑部位，把表面应变计同钢支撑表而焊接牢固，使其同钢支撑共同作用。对于钢管支撑，在被监测截面上安装4只表面应变计，上下左右各一只。对于H型钢

39、支撑可安装2个，在同一截面上下翼缘的中间各安装一只。通过测试钢支撑受荷载后的应变变化量，根据公式NEA计算轴力。sss式中E钢支撑模量sE2.06105(N/mm2)ss实测应变值，取平均值：A钢支撑截面面积。（mm2）s6基底回弹基坑回弹是基坑开挖对坑底土层卸荷过程引起基坑底面及坑外一定范围内土体的回弹变形和隆起：另外，由于基坑内土体的开挖，使坑内外的土体形成一个土压力差，坑外上体通过围护桩墙底往里拥挤，严重时会产生坑底隆起现象，使坑外的土体涌入基坑，造成涌土，特别是砂性土地区，在动力水头作用下会出现涌砂，对基坑的安全危害较大，对周围建筑物也会造成不良的影响，因此需作基底回弹监测，以期尽早发

40、现问题，及时采取工程措施。回弹观测应根据基坑形状及工程地质条件，以最少的测点测出所需的各纵横断面回弹量为原则，回弹观测点宜在有代表性的位置和方向线上布置，一般要求基坑中央和距坑底边缘1/4坑底宽度处，及其它变形特征位置必须设点。矩形基坑可按纵横向布点：复合矩形基坑，可多向布点。地质条件复杂的基坑，应适当增加测点数量：基底回弹监测可采用回弹监测标和深层沉降标两种。当分层沉降环埋设于基坑开挖面以下时所测得的上层隆起也就是上层回弹量。回弹监测标的埋设是钻孔至基坑设计标高-26-城市地铁施工监控量测讲义以下200，将回弹标旋入钻杆下端，顺钻孔徐徐放至孔底，并压入孔底土中400500mm，即将回弹标的尾

41、部压入上中。旋开钻杆，使回弹标脱离钻杆，提起钻杆后放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面标高。监测完毕后，将辅助测杆、保护套管提出地面，用砂或素土将钻孔回填，为了便于开挖后找到回弹标，可先用白灰回填500mm左右。用回弹标监测回弹一般在基坑开挖之前测读初读数，在基坑开挖到设计标高后第二次测读，在浇筑基础底板混凝土之前再监测一次。深层沉降标监测装置分两部分：一是地下材料埋入部分，由沉降导管、底盖、沉降磁环组成，通过钻孔埋设在土层中。沉降磁环注塑而成，内部放有磁性材料，形成磁力圈，外面安装弹簧片。磁环套在导管外，弹簧片与土层接触，随土层上下移动。钻孔空隙用与原状土性质基本一致

42、的泥浆填密实。二是地面接收仪器钢尺沉降仪，由探头、测量电缆、接收系统和绕线盘等部分组成。探头为不锈钢制成，内部安装了磁场感应器；测量电缆由钢尺和导线采用塑胶工艺合二为一：接收系统由音响器和峰值指示组成。测量时，将弹头放入导管，徐徐向下或向上移动，当探头进入上层中磁环埋设位置时，接收系统的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读出测量电缆在导管口处的深度尺寸，即测出磁环位置（深度）。磁环标高的确定，需结合管口标高的水准测量。在噪声比较大的环境中测量时，蜂鸣声听不见，可改用峰值指示。只要把仪器面板上的选择开关拨至电压档即可。7土体分层沉降土体分层沉降是指基坑周围不同深度处土层内的点的沉降或隆起，通常

43、用磁性分层沉降仪量测，同基底回弹深层沉降监测装置相同，也是由沉降导管、磁环、钢尺沉降仪组成：监测原理也相同。与基底回弹仅在基坑底以下布置磁环不同，土体分层沉降需要在整个管段内按一定间距均匀布设监测磁环，以监测土体内各层测点的沉降和回弹。量测时，须先确定各道不同深度磁环的初始标高，在监测过程中把每次测定的各道不同深度磁环的标高与初始标高进行相应的比较即可。8土体深层水平位移土体深层水平位移就是量测围护结构周围土体在不同深度上的点的水平位移，通常是采用测斜的手段进行监测的。其原理和方法同桩墙深层挠曲监测。所不同的是土体深层水平位移监测需先在土层中预钻孔，孔径略大于所选用测斜管-27-城市地铁施工监

44、控量测讲义的外径，然后将测斜管封好底盖后逐节组装放入钻孔内，直到放到预定的标高为止。随后在测斜管与钻孔之间空隙内回填细砂或水泥与粘土拌合的材料固定测斜管，配合比取决于土层的物理力学性质。并检查测斜管内的一对导槽，其指向是否与测量的位移方向一致，及时修正，做好保护装置。然后，量测侧斜管导槽方位，管口坐标及高程，并加以记录。水平位移的初始值为基坑开挖之前连续三次测量无明显差异读数的平均值。观测间隔时间，根据位移的绝对值或位移增长速率而定。9土压力监测土压力量测是为了了解作用于围护结构与周围土体界面上压力及判断基坑的稳定性。监测通常采用土压力传感器，工程上称之为土压力盒。常用的土压力盒有钢弦式和电阻

45、式等。钢弦式土压力盒耐久性好，能适应有水等复杂环境，工程中应用较广泛。钢弦式土压力盒从外观上有通常为扁平圆形的金属状体，土压力监测信号引出的导线联结至接收装置，有单面感应的单膜和双面感应的双膜两种。土压力盒的工作原理是：土压力使钢弦应力发生变化，钢弦振动频率的平方与钢弦应力成正比，因而钢弦的自振频率发生变化，利用钢弦频率仪中的激励装置使钢弦起振并接收其振荡频率，根据受力前后钢弦振动频率的变化，并通过预先标定的传感器压力一振动频率的标定曲线，就可换算出所测定的土压力量值。土压力盒埋设方式有挂布法、弹入法及钻孔法等几种。采用挂布法安装即在观测的桩（墙）的钢筋笼外侧布置一幅土工织布帷幕，上压力盒安装

46、在帷幕外侧，随钢筋笼放入桩内。为使土压力盒均匀受力，且有较大的受力面积，土压力盒宜采用沥青囊间接传力结构。采用弹入法安装压力盒主要是利用由弹簧、刚架和限位插销组成的机械装置将压力盒固定在钢筋笼上，利用限位插销将弹簧压缩储存相外弹力能量，待钢筋笼吊人槽孔之后，在地面通过牵引铁丝将限位插销拔除，由弹簧弹力将压力盒推向土层侧壁，从而使压力盒与上体垂直表面密贴。当需要监测地层内土压力，且又不与围护结构界面接触，土压力盒埋设可采用钻孔法，钻孔法是先在预定位置钻孔，钻孔深度略大于最深的土压力盒埋设位置，孔径大于压力盒直径，将压力盒固定在定制的薄型槽钢或钢筋架上，一起放入钻孔，就位后回填细砂。本法由于钻孔回

47、填砂石的固结需要一定的时间，因而传感器前期数据偏小。另外，考虑钻孔位置与桩墙之间不是直接密切，需要保持一段距离，-28-城市地铁施工监控量测讲义因而测得的数据与桩墙实际作用荷载相比具有一定近似性。图214为土压力盒现场测试情况。图214土压力盒测试监测时，在基坑开挖之前，观测压力传感器的安装受力状态，检验压力传感器的稳定性，一般3天观测一次，每次观测应有35次稳定读数，当一周前后压力数值基本稳定时，该数值可作为基坑开挖之前土体的土压力的初始值；基坑开挖过程中，可根据土方开挖阶段确定观测的周期，一般3天观测一次，每次观测应有35次稳定读数，当压力值有显著变化时，应立即复测；土方开挖至设计标高后：

48、基坑底板混凝上灌注之前每天观测一次，随后可根据压力稳定情况确定观测周期，现场观测应持续至主体结构施工至原有地面标高。若遇台风、大雨或变形异常时，应加密观测次数。当观测到上压力数值异常，或变化速率增快时，应分析原因，及时采取措施，同时要缩短观测的周期。由土压力传感受器实测的压力可整理为以下几种形象曲线：不同施工阶段沿深度的土压力分布曲线：土压力与维护结构水平位移关系曲线。10水位观测如果围护结构的截水帷幕质量没有完全达到止水要求，在基坑内部降水和基坑挖土施工时，有可能使坑外的地下水渗漏到基坑内、渗水的后果会带走土层的-29-城市地铁施工监控量测讲义颗粒，造成坑外水土流失。这种水土流失对周围环境的

49、沉降危害极大。因此，进行地下水位监测就是为了预报由于地下水位不正常下降而引起的地层沉陷。根据基坑平面布置和周围环境情况，水位观测孔一般布置在需要进行监测的建筑物和地下管线附近。水位管理设深度和透水头部位依据地质资料和工程需要确定，一般埋深1020m左右，透水部位放在水位管下部。水位管可采用PVC管，在水位管透水头部位钻眼，外包铝网或塑料滤网。埋设时，用地质钻机钻直径89mm左右的孔，孔壁应保持稳定，孔深应于基坑底以下1m2m，钻孔完成后，安装塑料透水管，安装完毕后，回填细砂至透水头以1m，再用膨润土泥丸封孔至孔口。埋设完毕后，应进行24h降水试验，检验成孔质量。水位监测仪器采用电测水位计，仪器

50、由探头、电缆盘和接收仪组成。仪器的探头沿水位管下放，当碰到水时，上部接收仪会发出蝉鸣声，通过信号线的尺寸刻度，可直接测得地下水位距管的距离。同分层沉降仪一样，在噪声比较大的环境中测量时，蜂鸣声听不见，可改用峰值指示。只要把仪器面板上的选择开关拨至电压档即可。用电测水位计量测水位至孔口的距离，读数精度为lmm，用水准测量的方法定出孔口标高，从而确定水位标高，进一步可计算水位变化情况。然后绘制地下水位变化曲线图。地下水位测孔埋设示意见图215。图215地下水位测孔埋设示意图11孔隙水压力监测-30-城市地铁施工监控量测讲义在基坑工程中，孔隙水压力监测对由于基坑开挖而导致的地表沉降及其对周围环境的影

51、响方面起到十分重要的作用，其原因是饱和软粘土受载后首先产生的是孔隙水压力的增高或降低，随后才是土颗粒的固结变形。孔隙水压力的变化是土层运动的前兆，掌握这一规律，就能及时采取措施，避免不必要的损失。孔隙水压力探头分为钢弦式、电阻式和气动式三种类型，探头均由金属壳体和透水石组成。钢弦式、电阻式孔隙水压力与同类型土压力盒的工作原理类似，只是金属壳体外部有透水石，测得的只有孔隙水压力，而把土颗粒的压力挡在透水石之外。气动式孔隙水压力探头工作原理是加大探头内的气压使之与土层孔隙水压力平衡，通过监测所需平衡气压的大小来确定上层孔隙水压力的量值。孔隙水压力探头通常采用钻孔埋设，钻孔后先在孔底填入部分干净的砂

52、，然后将探头放人，再在探头周围填砂，最后采用膨胀性粘土或干燥粘土球将钻孔上部封好，使得探头测得的是该标高土层的孔隙水压力。埋设孔降水压力探头的技术关键首先是保证探头周围填砂渗水顺畅，其次是断绝钻孔上部水向下渗流。12相临地下管线监测城市地区地下管线网是城市生活的命脉，其安全与人民生活和国民经济紧密相连。一般城市地下管线有煤气管、自来水管、雨污水管、电讯管、电缆沟等。其相应管理部门对管线的允许变形量制定了十分严格的规定，基坑开挖施工时必须将地下管线的变形控制在允许范围内。相临地下管线的监测内容包括垂直沉降和水平位移两部分，其测点布置和监测频率应在对管线状况进行充分调查，与管线单位充分协商后确定，

53、调查内容包括：1）管线埋置深度和埋设年代；管线种类，如输变电缆的电压、煤气管道是主管还是支管，是否加压，高压还是低压等；管线接头型式，如上下水管是石棉填塞接头还是螺纹接头：管线走向及与基坑的相对位置。2）管线的基础形式、地基处理情况、管线所处场地的工程地质情况。3）管线所在道路的地面人流与交通状况，以便制定适合的测点埋设和监测方案。目前，地铁工程中对管线监测测点布设主要有间接测点和直接测点两种形式。间接测点又称模拟测点，常设在管线对应的地表，用钢筋直接打入地下，其-31-城市地铁施工监控量测讲义深度与管底平齐，作为观测标志。由于测点与管线本身存在介质，因而监测精度较差，但可避免破上开挖，在人员

54、与交通密集区域，或设防标准较低的场合使用。直接测点是在观测点上方挖出覆盖土，直至露出管面，在管面标注记号作为观测点。直接测读管线的沉降和位移。观测点布置一般在23节管线上设一观测点，且应征求管线主管单位的意见。测点埋设方式常采用抱箍式或套筒式。抱箍式埋点是用扁铁做成稍大于管线直径的圆环，将测杆与管线连接成为整体，测杆伸至地面，地面处布置相应窖管；套筒式埋点是埋设直径为小于200的钢管，钢管长度略小于覆盖土的厚度，并加工盖板将观测孔盖住，以保护观测点。直接测点埋设示意如图216及图217。图216套筒式测点埋设示意图图217抱箍式测点埋设示意图12建筑物变形监测建筑物变形监测可分为沉降监测、倾斜

55、监测、水平位移监测与裂缝监测四部分内容。在实施监测工作和测点布置前，应先对基坑周围的建筑物进行周密调查，以了解地面建筑物的结构形式、基础类型、建筑物层数和层高、平立面形状以及-32-城市地铁施工监控量测讲义建筑物对不同沉降差的反应。然后再根据基坑开挖有可能影响到的范围和程度，同时考虑建筑物本身的结构特点和重要性进行布点。测点布置见图218。1）建筑物沉降监测建筑物沉降测点应布置在墙角、柱身上（特别是代表独立基础及条形基础差异沉降的柱身），测点间距的确定要尽可能反映建筑物各部分的不均匀沉降。如图218所示。沉降观测点的埋设，若建筑物是砌体或钢筋混凝土结构，可在外墙面或柱上距地面300mm左右处用

56、电钻凿洞，然后将钢筋或铆钉，制成弯钩形，平向插入洞内，再以1：2的水泥砂浆填实，亦可用角钢作标志，埋设时使其与墙面或柱面成5060的倾斜角，便于立尺。若建筑物是钢结构，直接将测点焊接在建筑物的相应位值即可。观测技术要求与地表沉降观测相同，使用观测仪器一般也为精密水准仪，按二等水准标准测量。图218地表建筑物测点2）建筑物水平位移监测建筑物水平位移监测可利用沉降监测点，仅在测点顶部用钢钉打一小坑，用-33-城市地铁施工监控量测讲义以安设对点器时对中，再选两个不动点作为基点，然后用精度为2的经纬仪，通过坐标法测量各测点的相对坐标。对比相对坐标的变化即可得到水平位移的量值。3）建筑物倾斜监测测定建筑

57、物倾斜的方法有两类：一类是直接测定建筑物的倾斜：另一类是通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜、间接测量需结合建筑物基础不均匀沉降来换算，是把整个建筑物当成一个刚体来看待的。直接测定建筑物的倾斜的方法很多，有投点法、测水平角法、吊垂球法及激光垂准仪观测法等。投点法在建筑物倾斜观测中是较常用的方法（如图27）。它是在进行观测之前，首先要在进行倾斜观测的建筑物上设置上、下两点或上中下三点标志，作为观测点，各点要位于同一垂直视准面内。如图所示，M、N为观测点。如果建筑物发生倾斜，MN将由垂直线变为倾斜线。观测时，经纬仪的位置距离建筑物应大于建筑物的高度，瞄准上部观测点M，用正倒镜法向下投

58、点得N，如N与N点不重合，则说明建筑物发生倾斜，以a表示N与N之间的水平距离，a即为建筑物的倾斜值。若以H表示建筑物高度，则倾斜度为：ia/H。高层建筑物的倾斜观测，必须分别在互相垂直的两个方向上进行。测水平角法同坐标法类似，也是先选定定向点作零方向，然后用精度为2的经纬仪配测距仪测量建筑物上测点的方向值和至底部中心的距离，计算顶部中心相对于底部中心的水平位移分量。对矩形建筑物，可在每测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角，或上层观测点与下层观测点之间的夹角，以所测角值与距离值计算整体的或分层的水平位移分量或位移方向。当建筑物的顶部与底部通视条件良好时，可采用吊垂球法或激光垂准仪观测法。

59、吊垂球法是在建筑物顶部或需要的高度处观测点位置上，直接或者支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备（如毫米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对底部观测点的水平位移量和位移方向。吊垂球法的优点是量测方法简单，读数直观，但缺点是受风速影响大，一般超过10m的高层建筑不适合使用。激光垂准仪观测法可以克服以上缺点，它是在顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光垂准仪，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移和位移方向，作业中。要求严格置平、对中。-34-城市地铁施工监控量测讲义无论采用那种倾斜观测方法，对高层建筑而言，必须分别在相互垂直的两个方向进行。通过倾斜观测得到

60、的建筑物倾斜度，结合建筑物基础不均匀沉降，同建筑物及基础倾斜允许值进行比较，以判别建筑物是否在安全范围内。4）建筑物裂缝监测房屋的不均匀沉降和倾斜必然会导致结构构件的应力调整，有关裂缝开展状况的监测通常作为开挖影响程度的重要依据。因此，当在建筑物表面有裂缝现象发生，为了观测其现状和发展，应对裂缝进行监测。当建筑物发生多处裂缝时，应先对裂缝进行编号，然后分别监测裂缝的位置、走向、长度及宽度等。对于混凝土建筑物上裂缝的位置、走向及长度的监测，是在裂缝的两端用油漆划线作标志，或在混凝上表面绘制方格坐标，用三角尺或钢尺丈量。根据裂缝的分布情况，可以对重要的裂缝选择在有代表性的位置于裂缝两侧各埋设一个标