工程监测技术-教案

武夷学院教案课程名称：工程监测技术课程类型：eq\o\ac(□,√)理论课□理论、实践课□实践课学时：36学分：2授课教师：伍宜胜授课班级：09级土木工程1、2班授课学期：2011至2012学年第一学期教材名称：工程监测技术及其应用参考资料：1.《土木工程监测技术》，中国建筑工业出版社，夏才初、潘国荣，2001.72.《地下建筑测试理论与监测技术》夏才初，李永盛编著，1999.8。3.《岩体测试技术》，李造鼎主编，冶金工业出版社。4.《试验岩石力学(模拟研究)》，林韵梅著，煤炭工业出版社。2011年

《工程监测技术》课程教案

授课题目：第一章工程监测技术基础知识教学时数：4授课类型：eq\o\ac(□,√)理论课□实践课教学目的、要求：了解监测与建筑物、岩土工程的关系；了解监测系统的组成、系统选择的原则、常用的监测仪器设备；掌握变形监测的周期与精度规定教学重点：建筑物水平位移、倾斜、裂缝的监测教学难点：变形监测控制网的建立。教学方法和手段：课堂讲授。多媒体课件演示。

《工程监测技术》课程教案教学内容与教学设计第一章工程监测技术基础知识1.某岩土监测产品分类： 变形观测 测斜 应力/压力观测 应变观测 水位、渗流量观测 温度测量 大地测量仪器 振动监测 数据采集 海上取芯系统 岩芯扫描系统2.监测的对象？建筑物、基坑、隧道、水利工程、边坡、公路…3.案例：车站基坑施工监测施工组织设计（1）工程概况 本车站位于佛山市南海区南桂东路北侧，桂澜路西侧，车站西侧为南海区电力工业局办公楼，东面为城市广场商业中心，南面为桂南名都用地，现场地形平坦，地面标高为7.26m。 车站里程范围：YDK8+896.493～YDK9+046.593，车站长150.1m,南连桂城站，北连虫雷岗公园站。 地下车站采用明挖法施工，围护结构采用地下连续墙，与内衬墙构成重合墙结构。基坑标准段深度约16.2m，连续墙最深处24.15m，连续墙厚为800mm，设2道钢筋砼加1道钢管支撑，基坑安全等级为一级，结构重要性系数1.1。（2）周围环境调查 本车站位于南桂东路与桂澜路交叉口西北角绿化广场上，场地区域较为空阔，本车站位于佛山市南海区南桂东路北侧，桂澜路西侧，车站西侧为南海区电力工业局办公楼。场地内朗程汽车维修中心已拆除。根据房屋基础调查资料，南海区电力工业局办公楼距地铁左线中心线约30m，地下室一层，基础采用桩径0.5m预制应力管桩，桩长14.5～24m。南桂东路、桂澜路车流较多，交通繁忙。（3）监测目的、依据及内容 监测目的 ①为施工开展提供及时的反馈信息。通过监测随时掌握土层和支护结构的内力变化情况，以及临近建筑物的变化情况，将监测数据及设计预估值进行分析对比，以判断前一步施工工艺和施工参数是否要修改，以确定下一步施工参数，以此达到信息化施工的目的，使得监测数据和成果成为现场施工工程技术人员判断工程是否判断安全的依据，成为工程决策机构的眼睛。 ②为基坑周围环境进行及时、有效的保护提供依据。通过对临近建筑的监测，验证基坑开挖方案和环境保护方案的正确性，及时分析出现的问题，及时采取措施对周围环境进行下一步的加强保护。（4）监测目的 ③将监测结果用于反馈优化设计，为改进设计提供依据。基坑工程设计方案的定量化预测计算是否真正反映了工程实际状况，只有在方案实施的过程中才能获得最终的答案，其中现场监测是确定上述数据的重要手段。由于各个施工场地地质条件不同、施工工艺不同和周遍环境不同，设计计算中未计入的各种复杂因素，都可以通过对现场的监测结果进行分析、研究，加以局部的修改、补充和完善。 ④通过对监测数据与理论值的比较、分析，可以检验设计理论的正确性。 ⑤在施工全过程中，通过对既有地面和地下建筑物、构筑物各项指标的监测，将结构变形严格控制在标准限值内，保证既有建筑物和构筑物的安全。 ⑥积累量测数据，为今后类似工程设计和施工提供工程参考数据。（5）监测依据 1、珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程南桂路站主体围护结构施工图 2、《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB02－98） 3、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99） 4、《建筑变形测量规范》（JGJ/T8－2007） 5、行业标准《城市测量规范》（GB50026-93） 6、《工程测量规范》GB50026-93 7、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（6）基坑监测要求 监测项目 根据本车站基坑工程情况，按照施工图纸要求，监测的内容有：①墙顶水平位移监测，②支护结构变形监测，③钢支撑轴力，④基坑周边建筑物变形监测，⑤土体侧向位移监测，⑥地下水位监测，⑦钢筋应力监测，⑧钢筋混凝土支撑变形监测。监测项目设置 墙顶水平位移及沉降监测 桩体变形监测 钢支撑轴力监测 建筑物沉降、倾斜监测 土体侧向位移监测 地下水位监测4.安全监测 近三年建设部备案的重大施工事故中,基坑坍塌约占事故总数的50%。塌方事故造成了惨重的人员伤亡和经济损失。 （1)基坑边坡土体承载力不足;基坑底土因卸载而隆起,造成基坑或边坡土体滑动;地表及地下水渗流作用,造成的涌砂、涌泥、涌水等而导致边坡失稳,基坑坍塌。 (2)支护结构的强度、刚度或者稳定性不足,引起支护结构破坏,导致边坡失稳,基坑坍塌。安全监测是避免事故的重要手段 承认工程上对岩性特征认识的局限性，采用安全监测的策略，基于现场的内力、变形等反馈，渐近式优化设计与施工组织。 原始设计→第一步施工→安全监测反馈→修订至第二版设计→第二步施工→安全监测反馈→修订至第三版设计→……竣工。地方性标准 这种以现场监测数据为反馈的动态设计与施工的观念，已在经济发达地区以地方性技术标准的形式逐步推广 上海市标准《基坑工程设计规程(DBJ08-61-97)》 浙江省标准《建筑基坑工程技术规程(DB33/T1008-2000)》 深圳市标准《深圳地区建筑深基坑支护技术规程(SJG05-96)》 广东省标准《建筑基坑支护工程技术规程(DBJ/T15-20-97)》 福建省标准《建筑地基基础技术规范(DBJ13-07-XXXX)》国家标准基坑安全监测指标 (1)煤气管道的沉降和水平位移：累计不得超过l0mm，发展速率不得超过2mm/d； (2)自来水管道沉降和水平位移：累计不得超过20mm，发展速率不得超过3mm/d； (3)基坑内降水或基坑开挖引起的基坑外水位下降：累计不得超过2000mm，发展速率不得超过500mm/d； (4)支护结构水平位移：累计水平位移不得超过开挖深度的5‰，连续3日水平位移速率不得超过2mm/d； (5)邻域内建筑物沉降：累计沉降不得超过建筑物宽度的1‰，连续3日沉降速率不得超过1mm/d； (6)邻域内地面（路面）沉降：累计沉降不得超过开挖深度H的5‰，连续3日沉降速率不得超过2mm/d。安全监测参数及技术内力1钢筋应力2孔隙水压力3锚索拉力4土压力（1）钢筋应力计钢筋应力计埋设钢筋应力监测实践（2）孔隙水压力计（3）锚杆应力计（4）土压力盒土压力盒的埋设测斜仪实测结果地表水平位移基坑边壁水平位移实测分层沉降仪分层沉降实测结果道路断面沉降仪5.安全监测新技术（1）分布式光纤应变监测（2）监测数据实时报送系统旁批

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授课题目：第二章变形监测教学时数：3授课类型：eq\o\ac(□,√)理论课□实践课教学目的、要求：了解变形与变形监测、掌握变形监测的分类与手段，理解变形监测的精度、频率和周期。教学重点：变形监测的分类与手段教学方法和手段：课堂讲授。多媒体课件演示。

《工程监测技术》课程教案教学内容与教学设计变形与变形监测变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。变形观测与变形测量：《建筑变形测量规范JGJ8-2007》条文说明对此的解释为：¡°变形测量¡±一词，比¡°变形观测¡±一词更便于概括除获得变形信息的观测作业之外，变形分析、预报等数据处理内容。即现代意义上的变形监测包括数据采集工作、数据计算工作和变形分析与预报工作。变形监测的目的预防事故和灾害就必须对变形进行监测，总结出变形发生的规律和原因，对于可控制的变形，力求控制变形发展的方向；对于不可控制的变形，则预测变形的大小，以采取措施减小可能发生的灾害造成的影响。变形监测的意义变形观测和变形分析具有实用上和科学上两方面的意义。实用上，通过施工建设期间和运营管理期间的变形观测，可以获得变形体的空间状态和时间特性，并据此指导施工和运营，可及时发现问题并采取工程措施，以确保施工质量和运营安全。科学上，通过对变形观测资料进行严密的数据处理，做出变形体变形的几何分析和物理解释，更好地理解变形机理，可验证有关的工程设计理论和变形体变形的模型假设，以改进现行的工程设计理论，建立、健全科学的变形预报理论和方法。变形监测的发展变形监测在我国的发展过程中，陈永奇教授、吴子安教授等人作出了重要的贡献。陈永奇教授在80年代初他的博士论文中对变形监测做了系统性的论述，现在的变形监测体系都是以他的《变形观测数据处理》（1988年）为蓝本的。吴子安教授1989出版了《工程建筑物变形观测数据处理》。我国1993年版工程测量规范加入了变形测量一章内容，另外建设部1997年颁布1998年开始执行的《建筑变形测量规程JGJ/T8-97》。变形监测的分类(点场状态)变形体的变形状态和变形量，一般用变形体上离散的特征点的位移状态和位移量具体、细致的表示出来。这些目标点的集合构成监测的¡°点场¡±，点场的变形状态可以分为¡°静态¡±、¡°运动态¡±和¡°动态¡±三种。静态变形指的是变形体的变形无明显的趋势且变形很缓慢，变形量只是时间的函数。运动态变形指的是目标点存在着明显的运动速度且有一定的加速度，只涉及运动状态，不涉及引起运动（变形）的作用力。动态变形不仅要研究目标点的运动状态，而且要研究引起这种运动状态的作用力和作用机理。变形监测的分类(研究范围)第一种是研究地极移动、地球旋转速度的变化以及地壳板块运动的全球性变形，通过现代空间测量技术测定，从定期复测国家控制网的资料获得；第二种是研究地壳板块范围内变形状态和板块交界处地壳相对运动的区域性变形，需要建立专门的监测网进行监测；第三种是研究工程建筑物的沉陷、水平位移、挠度和倾斜，滑坡体的滑动，以及采矿、采油和抽取地下水等人为因素造成的局部性变形。一般工程上讨论的变形指的都是局部性变形。变形监测的分类(测量手段)变形监测按采用的手段相对于变形体的空间位置分为外部变形监测和内部变形监测。外部变形监测主要是测量变形体在空间三维几何形态上的变化，普遍使用的是常规测量仪器和摄影测量设备，这种测量手段技术成熟，通用性好，精度高，能提供变形体整体的变形信息，但野外工作量大，不容易实现连续监测。内部变形监测主要是采用各种专用仪器，对变形体结构内部的应变、应力、温度、渗压、土压力、孔隙压力以及伸缩缝开合等项目进行观测，这种测量手段容易实现连续、自动的监测，长距离遥控遥测，精度也高，但只能提供局部的变形信息。变形监测的精度1971年，国际测量工作者联合会(FIG)第十三届会议上，工程测量组提出：¡°如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；如果观测的目的是为了研究变形的过程，则其观测的中误差应比这个数值小得多¡±。确定工程建筑物变形观测的必要精度，应以不掩盖变形并能有效地发现变形为原则。变形监测的频率变形观测的频率取决于变形体变形的大小、变形的速度和进行变形观测的目的。一般而论，要求既能反映变化的过程，又不遗漏变化的时刻。只有当求解的变形体的变形值大于或等于其中误差的若干倍时，变形观测才是有意义的，变形观测的成果才是可靠而且可信的。变形监测的频率设第i、j相邻两次观测所求算的观测点点位分别为xi和xj，并设其中误差为mx、变形值Δx的中误差为mΔx，则有另设变形速率和变形观测的周期分别为V和T，则有令变形值Δx与其中误差mΔx之比为K，则有Δx≥KmΔx，从而可以求得其中，mx应取监测网中最弱点的点位中误差，K＝10，即变形值Δx与其中误差mΔx相差一个数量级；正常情况下，变形速率V可取平均变形值与间隔日之比，若变形值相差较大，则宜选用最大者。变形监测的周期1．对于单一层次布网，观测点与控制点应按变形观测周期进行观测，对于两个层次布网，观测点及联测的控制点应按变形观测周期进行观测，控制网部分可按复测周期进行观测。2．变形观测周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素影响确定。当观测中发现变形异常时，应及时增加观测次数。变形监测的周期3．控制网复测周期应根据测量目的和点位的稳定情况确定，一般宜每半年复测一次，在建筑施工过程中应适当缩短观测时间间隔，点位稳定后可适当延长观测时间间隔，当复测成果或检测成果出现异常，或测区受到如地震、洪水、爆破等外界因素影响时，应及时进行复测。4．变形测量的首次(即零周期)观测应适当增加观测量，以提高初始值的可靠性。5．不同周期观测时，宜采用相同的观测网形和观测方法，并使用相同类型的测量仪器。对于特级和一级变形观测，还宜固定观测人员，选择最佳观测时段，在基本相同的环境和条件下观测。变形监测的特点1、多余观测变形观测的精度要求甚高，可以采取下列措施提高变形观测的精度：(1)进行变形监测网的网形优化设计，以提高变形监测网本身的整体精度水平和发现变形体变形的灵敏度。(2)采用合理的观测方案，尽量选用高等级的仪器设备，增加必要的观测次数，以提高直接观测量的精度。(3)在设计变形监测网网形和观测方案时，极大地增加直接观测量的个数，即增加变形监测网中多余观测的个数，以提高变形监测网的整体精度水平。变形监测的特点2、重复观测对于勘测、施工定位控制网，按照设计要求，一次完整地实施观测方案和相应的数据处理，即可求得各未知点在给定参照系中的绝对位置。而对于变形监测网，按照设计要求，一次完整地实施外业观测方案和相应的内业数据处理，只能求得该时刻变形体上各观测点的空间状态。只有按照设计的观测周期定期进行测算并比较多期重复观测的结果，方能求得变形体的变形、变形的过程和时间特性。变形监测的特点3、设计及其实施过程的特殊性(1)变形监测网允许有图形亏秩，即可以缺乏几何联系。而定位控制网则绝对不允许存在图形亏秩，必须构成一定的几何图形。(2)变形体的变形是由两期观测结果的差值计算的，故可以抵消两期观测结果中所包含的相同的系统误差。因此，在实施变形观测的过程中，应尽量保持同一观测量在不同周期观测时具有最大的相关性。相反，在定位控制网的观测过程中，应采取相应措施尽量使误差的影响随机化。变形监测的特点4、数据处理的严密性(1)变形体的变形一般较小，有的甚至和测量误差具有相同的数量级。所以，要从包含观测误差的变形观测结果中分离出变形信息，在内业计算分析中必须进行严密的数据处理，以免将测量误差误作变形信息，或者将局部变形误作整体现象。(2)变形监测网的数据处理问题要比定位控制网的平差计算问题复杂得多，内容也要广泛得多。预先未知的变形体变形模型要仔细地进行鉴别和检验；观测值中可能包含的粗差要进行定位并予以剔除；要分析发生变形的原因并建立变形与其成因之间的关系等。变形监测的特点(3)变形体的变形信息本身就可能包含着重要的、具有科学意义的发现。因此，综合地、严密地处理和分析变形观测资料，不仅对验证和改进现行设计理论、对研究和设计新的变形监测系统会大有裨益，而且有助于建立统一的变形观测资料的分析方法。变形监测的特点5、多学科综合分析变形观测工作者必须熟悉并了解所要研究的变形体，包括变形体的形状特征、结构类型、构造特点、所用材料、受力状况，以及所处的外部环境条件等，这就要求变形观测工作者应具备地质学、工程力学、岩土力学、材料科学和土木工程等方面的相关知识，以便制定合理的变形观测的精度指标和技术指标，合理而科学地处理变形观测资料和分析变形观测成果，特别是对变形体的变形做出科学合理的物理解释。变形监测的一般过程（1）变形监测网的优化设计与观测方案的实施，包括监测网质量标准的确定，监测网点的最佳布设以及观测方案的最佳选择与实施；（2）观测数据处理，包括观测数据质量评定与平差、观测值之间相关性的估计以及粗差和系统误差检测与剔除；（3）变形的几何分析，包括变形模型的初步鉴别、变形模型中未知参数的估计、变形模型的统计检验和最佳模型的选择以及变形量的有效估计；（4）变形的物理解释与变形预报，包括探讨变形的成因，给出变形值与荷载（引起变形的有关因素）之间的函数关系，并作变形预报。变形监测内容变形体在平面位置、高程位置、垂直度、弯曲度等方面发生的变形，按照其变形性质归纳为以下内容：1．位移：变形体平面位置随时间发生的移动称为水平位移，简称位移。2．沉降：变形体在高程方向上的变形，本应称之为垂直位移，但由于历史的沿袭和特定情况下的需要，以及考虑与建筑学、岩石力学、土力学等相关学科之间融会贯通，常称之为沉降或沉陷。变形监测内容3．倾斜：变形体在垂直度方面的变形。倾斜一般是由于不同侧变形量的大小不一样造成的，如基础的不均匀沉降等。当变形体发生倾斜时，顶点O′移至O″，偏距为e，则倾斜度i和倾斜角α存在下面关系式：i=tanα=e/h变形监测内容4.挠度：变形体不同位置偏离其理论位置的变形。变形监测内容5.裂缝：变形体自身材料在拉、压应力的作用下产生的缝隙，是由于变形体各部分变形不均匀引起，对变形体的安全危害重大。变形监测内容6．日照变形：变形体由于向阳面与背阳面温差引起的偏移量及其变化规律。7．风振观测：高层、超高层建筑或其他构筑物上部结构在风的作用下产生的位移或偏移。8．动态变形：变形体在可变荷载作用下的变形，起特点是具有一定的周期性。变形监测内容《建筑变形测量规范JGJ8-2007》将变形统一划分为沉降、位移和特殊三个大类：沉降变形监测包括建筑场地沉降、基坑回弹、地基土分层沉降、建筑物沉降等；位移类包括建筑物主体倾斜、建筑物水平位移、基坑壁侧向位移、挠度观测和场地滑坡等。特殊变形监测：日照变形、风振变形、裂缝观测及动态变形等。变形监测点位构成变形监测的点可分为控制点和观测点（变形点），控制点包括基准点、工作基点以及联系点、检核点、定向点等工作点。其基本要求包括：1．基准点应选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置，使用时，应作稳定性检查和检验，并以稳定或相对稳定的点作为测定变形的参考点；2．工作基点应选设在靠近观测目标且便于联测观测点的稳定或相对稳定位置；变形监测点位构成3．当基准点与工作基点之间需要进行连接时应布设联系点，选设其点位时应顾及连接的图形，位置所在处应相对稳定；4．对需要单独进行稳定性检查的工作基点或基准点应布设检核点，其点位应根据使用的检核方法成组地选设在稳定位置处；5．对需要定向的工作基点或基准点应布设定向点，并应选择稳定且符合照准要求的点位作为定向点；6．观测点应选设在变形体上能反映变形特征的位置，可从工作基点或相邻近的基准点和其他工作点对其进行观测。变形测量的等级及其精度要求旁批

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授课题目：第三章变形监测技术及实施原则教学时数：3授课类型：eq\o\ac(□,√)理论课□实践课教学目的、要求：1静态变形监测的方法2动态变形监测方法3变形监测点方案的设计4变形监测网设计教学重点：静态变形监测的方法、变形监测点方案的设计。教学方法和手段：课堂讲授。多媒体课件演示。

《工程监测技术》课程教案教学内容与教学设计§1静态变形监测的方法§2动态变形监测方法§3变形监测点方案的设计§4变形监测网设计§1静态变形监测方法 1.地面监测方法 地面监测方法主要是指用常规测量仪器(经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪)测量角度、边长和高程的变化来测定变形量，它们是目前变形监测的主要手段。常用前方交会、距离交会法监测变形体的二维（X、Y方向）水平位移；用视准线法、小角法、测距法观测变形体的的水平单向位移；用几何水准测量法、精密三角高程测量法观测变形体的垂直（Z方向）位移。精密三角高程代替一等水准测量 目前，在大坝等一些工程的水平和垂直位移监测中，都是采用二等甚至一等几何水准的方法获取点位高程。这类安全监测网都需要周期性监测。 由于受地形条件的影响和安全监测网本身的需要，一些网点埋设在较高的陡坡上，水准作业十分困难和危险，不仅花费的经费、时间较多，而且其观测条件也不满足一等水准测量的规范。对于这种情况，采用精密三角高程来代替一等水准不仅是必要的，而且是完全可行的。三角高程代替一等水准的条件 最好采用高精度电子全站仪进行全自动观测，且应在大气比较稳定的条件下进行观测，阴天甚至夜间观测最好。由于全自动观测的智能化程度高，所需的时间较短，观测的数据量更多，大气折光的影响更易于发现和剔除；要选择具有代表性的边，如跨河谷，这些边的大气垂直折光较大,其水准高差易于获得，可通过精密三角高程测量和已知水准高差计算k值及其变化，绘制k值曲线。 据此对往返高差进行改正并取均值；在数据处理时,还需要采用一些已知其水准高程的点作为已知点进行约束，按三角高程网作严密平差。常规地面监测方法具有以下优点 1.能够提供变形体的变形状态，监控面积大，可以有效地确定变形范围和绝对位移量； 2.观测量组成网的形式可以进行测量结果的处理和精度评定； 3.灵活性大，能适用于不同结构形式的变形体、不同的外界条件和不同的精度要求。 而缺点是外业工作量大，作业时间长，难于实现连续监测及测量过程的自动化。测量机器人进行自动化变形监测一般可采用两种方式 (1).固定式全自动持续监测 (2).移动式半自动变形监测(1).固定式全自动持续监测 固定式全自动持续监测方式是基于一台测量机器人的有合作目标（照准棱镜）的变形监测系统，可实现全天候的无人值守监测，其实质为自动化坐标测量系统。(2).移动式半自动变形监测 移动式半自动变形监测系统的作业与传统的观测方法一样，在各观测墩上安置仪器，输入测站点号，进行必要的测站设置，后视之后测量机器人会按照预置在机内的观测点顺序、测回数，全自动地寻找目标。测量机器人具有以下优点1）同时全方位观测建筑物的三维位移，克服了以往平面位移监测和垂直位移监测分别进行的缺陷。2）自动进行气象改正，克服气象代表性误差。3）建立高精度的参考站，采用差分测量方式，可以消除和减弱各种误差）对测量结果的影响。4）可以实现连续24小时自动监测，实时数据处理、分析、输出，提供图形，多点、多项目、全自动和可视化，达到亚毫米以内的精度。5）可求得被测点的三维坐标，因此根据设计方案的要求，可作全方位的预报，包括位移、沉降、挠度、倾斜等变形监测内容。6）是一套相对投资省、自动化程度高、可靠性强、汇报率大的现代化的监测方法。测量机器人具有以下缺点缺点：没有多余的观测量，测量的精度随着距离的增长而显著地降低，且不易发现粗差；各测点不同步；大变形比较难以测量；实时性较差；在恶劣的天气，如大雾、暴风雨中不能进行工作等。1.2地面摄影测量方法用地面摄影测量方法测定工程建筑物、构筑物、滑坡体等的变形，就是在变形体周围选择稳定的点，在这些点上安置摄像机，并对变形体进行摄影，然后通过内业量测和数据处理得到监测点的二维或三维坐标，比较不同时刻监测点的坐标得到它们的位移。摄影测量方法的优点 外业时间短，劳动强度小。视作业的目的不同,作业方法有较大的灵活性； 相片信息丰富,显示能力客观,能提供完全和瞬时的三维空间信息； 在具有同步装置的条件下可对动态目标进行测量； 可以不需要接触被测物体； 对控制点的布设及精度要求较高,但与传统的大地测量相比,可大大减少外业工作量； 像片可长期保存,有利于检查,分析及对比。摄影测量方法的缺点 观测精度低，有时不能满足要求； 各监测点不同步； 精度与变形体的形状、大小有关； 受自然地理条件限制。1.3全球定位系统(GPS)测量技术GPS静态观测精度与观测时间成正比，如观测1～2h，其水平精度优于1mm，垂直精度优于1.5mm，观测6h，其水平精度优于0.5mm，垂直精度优于1mm。目前，GPSRTK的监测精度提高到厘米水平（水平精度1cm，垂直精度2cm）。随着GPS接收机硬件性能的提高和软件处理技术的进步，GPS相对定位的精度从以前的10－7提高到10－9量级。进入20世纪90年代以来，由于GPS定位技术具有测站间无须通视、观测不受气候条件限制，可同时测定点的三维坐标，自动化程度高等特点，GPS技术逐渐成为变形监测中的一种重要手段。全球GPS地球动力学服务机构观测的板块运动速率图大坝外观变形GPS自动化监测系统GPS用于变形监测的作业方法 经典静态测量方法 动态（RTK）测量方法。GPS变形监测的特点 （1）监测站之间无需通视。 （2）全天候监测，GPS定位不受气候条件的限制，可以在大雾、暴风雨中进行监测。 （3）可同时提供监测点的三维位移信息。 （4）GPS测定位移操作简单、自动化程度高。 （5）GPS定位速度快、精度高。 （6）GPS大地高用于垂直位移监测。由GPS定位获得的是大地高，而且用户需要的是正常高或正高，它们之间有以下关系：1.4特殊测量手段 特殊测量手段包括准直测量、倾斜测量和应变测量三种。和常规的的地面测量方法相比，它们具有如下的特点： 1）测量过程简单； 2）容易实现连续监测和自动化监测； 3）提供的是局部的变形信息。1．准直测量 准直测量是提供一条基准线，测量观测点相对于基准线的单向位移，可以是水平方向，也可以是垂直方向。准直测量方法由很多，有测小角法、活动觇牌法、垂线法、激光准直法和引张线法等。垂线法引张线法 在大气条件下，激光准直的精度为10－5－10－6，提高精度的主要障碍是大气折光的影响。在真空条件下，准直精度可达10－7～10－8。水平激光准直广泛用于大坝等线性工程建筑物的变形观测。 在没有气流影响的地方，也可以用钢丝或尼龙丝准直，由于它们不受折光的影响，精度也能达到10－6。 垂直激光准直（激光铅直仪）可用于测定高层建筑物的摆动。 机械法准直有正锤和倒锤两种，他们用于观测建筑物的挠度和倾斜。 目前，锤线观测多采用自动读数设备，遥测锤线坐标仪TELEPENDLUM分辨率为0.01mm。另外，还有¡°自动视觉系统¡±AVS(AutomatedVisionSystem)，它们采用固态照像机，自动拍摄锤线的影像，从而确定锤线位置的变化，分辨率为3μm。美国加州的几个坝的监测均采用这种观测系统。2、倾斜测量 （1）¡°短基线¡±倾斜仪： 一般用垂直摆锤或水准气泡作为参考线；不同的倾斜仪，测量精度差别很大。一般来讲，¡°短基线¡±倾斜仪的精度范围是0.5¡°-10¡±， （2）¡°长基线¡±倾斜仪： 一般根据静力水准的原理做成。¡°长基线¡±倾斜仪精度很高，用水作为液体的倾斜仪，每10m长可达0.01mm的精度。用水银作为液体，测量精度可达0.001"。在实际工作中，应根据需要选择倾斜仪。倾斜仪连通管法倾斜仪测量示意图3．应变计测量 应用其工作原理可以分成两类： ①通过测量两点间距离的变化来计算应变； 机械法：用铟钢丝、石英棒等作为长度标准，长度的变化用机械¡ª电子传感器测量。精度一般为几十微米。 激光干涉法可以测到几百米，甚至几千米，测量精度在10－7以上，真空中可达4×10－10。 ②直接用传感器测量应变。 实质上是一个导体（金属条或很窄的箔条），埋在变形体中，由于变形体的应变使得导体伸长或缩短，从而改变了导体的电阻。导体电阻的变化用电桥测量，通过测量电桥的变化就可以计算应变。百分表MTI（美国）MTI-2100非接触光纤位移传感器(旧型号：MTI-2000)超高分辨率：0.0025μm高速反应频率：190KHz特殊测量方法的缺点位移传感器是一种接触型传感器，必须与测点相接触，对于难以接近的点无法测量；对横向位移测量有困难；加速度传感器，对于低频静态位移鉴别效果差，为获得位移必须对它进行两次积分，精度不高；激光干涉法测量精度较高，但在动态观测时由于无法捕捉光点也无法测量等。§2自动化变形监测系统 1测量机器人 2实时动态GPS－RTK法 3数字摄影测量方法 4液体静力水准测量 53D激光扫描技术2.1测量机器人 能连续或定时对多个合作目标进行自动识别、照准、跟踪、测角、测距和三维坐标测定的自动跟踪全站仪称为测量机器人(GEOROBOT)。测量机器人自动化程度高，特别适应于工程开挖体及各种建(构)筑物的变形测量。TCA动态变形监测系统工作方式 （1）逐点扫描； （2）后方交会。工作原理提高测距精度采取的措施 1．非比例误差通过利用光电测距仪检定中心严格的室内仪器检定，监测现场强制对中、在反光镜上设照准镜或固定反光镜等措施来降低非比例误差且的影响。2．比例误差的影响 (1)通过采用自行研制的光电测距仪频率校准仪，使测尺频率误差减小。 (2)采用，±0.02℃ (3)±~60Pa的数字气压计，±4％的数字湿度计，通过计算机采集数据，计算气象元素测定引起的测距误差。 (4)采用精密大气折射率计算公式，计算大气折射率的误差.2.2实时动态GPS－RTK法GPS监测系统 GPS监测系统一般是由GPS基准站、GPS监测站、通信网络和GPS监测中心等4部分组成，而监测中心主要由工作站、服务器和局域网组成.动态监测模式：（1）多天线GPS变形监测系统（2）各监测点安置GPS接收机GPS-RTK作为新的变形监测手段在使用过程中有以下问题： （1）由于卫星信号失锁、各种误差的影响，造成粗差与变形的混淆，甚至测量数据的缺少，如何从观测数据中获取有效的变形信息并加以分析； （2）GPS全球定位系统价格昂贵，监测点数量越多，费用支出就越大； （3）受地理位置影响，难以在山谷中应用。TCA测量机器与GPSRTK比较2.3数字摄影测量方法 常规摄影测量由于存在： (1)设备过于专业化、价格昂贵； (2)所需工作环境在工程中往往难以满足，如地下空区测量既难于设置摄站，又不易布设物方控制； (3)数据处理技术复杂； (4)数据处理周期长、信息反馈慢等原因，因而该法难于推广。数字化近景摄影测量系统 由中南大学开发的，作为近景摄影测量的最新科研成果，它使摄影测量的内、外业工作大大简化，对操作人员的要求大大降低，完全摆脱了昂贵的传统摄影测量设备，从而使其应用领域显著扩大。与常规的边、角测量方法相比，它不但外业速度快，信息记录全，而且在许多常规测量无法作业的地点(如矿山井筒内、塌陷区等)都能进行测量。该系统将相片(数字影像)量测、三维坐标计算、计算结果的绘图输出一体化，因此整个内业过程都在计算机上完成，操作方便。2.4液体静力水准测量液体静力水准读数方法液体静力水准优缺点 优点： 1）连通管方法原理简单,测量变形在人工读数情况下精度可达到1mm，而用超声波液位计测量精度则远远超过人工读数的精度； 2）该方法简便易行且有很高的可靠性。 缺点： 1）液体填充系统需在主梁内布设液压连通管，安装较为复杂； 2）由于连通管内液体粘性阻力，对测点动态位移的灵敏性较差。2.53D激光扫描技术 传统的测量仪器的缺点： 1不能满足高密度三维坐标采集和¡°逆向工程（实际物体到几何建模的直接转换）¡±的需要. 2需要采用接触式的测量方式，因此测量速度不可能很快。激光扫描仪 21世纪初，美国Cyra公司推出三维测量的激光扫描仪Cyrax，有点类似于无合作目标全站仪的测量模式，但速度更快。激光扫描仪都带有丰富的后处理软件，通过测得的三维¡°点云¡±数据，可以直接生成物体表面的三维CAD模型，实现了大型目标实体及实景、建筑物和地形测量实时三维仿真模型建立和可视化。但Cyrax的坐标测量精度为6mm，只和普通全站仪的精度相当，其他厂家也相继推出了类似的产品。下图为不同厂家激光扫描仪的外形。激光扫描仪 2002年，瑞士徕卡公司推出了精度更高的激光扫描仪LR200，也称为调频相干激光雷达扫描仪或激光雷达。该仪器应用于测量中，但其测量精度与激光跟踪仪相当。图2为LR200激光雷达。为何用3维激光扫描?方案设计的原则a．在确定监测方法方面，充分考虑地形、地质条件及监测环境，选择相适应的监测方法，人工直接监测和自动监测相结合。b．在监测仪器选择方面，不要片面追求高、精、尖、多、全。监测仪器一般应满足精度、可靠度、牢固可靠三项要求，统筹考虑安排。c．测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。一般情况下，主要测点的布设应能控制结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。d．各个不同的监测方案，需要进行方案的比较和验证工作，使监测工作做到技术上有保证，经济上可行，实施时安全，数据上可靠，特别要强调的是应避免¡°唯武器论¡±，单方面追求高精度、自动化、多参数，脱离工程实际需要的监测方案。2.3.1监测内容监测内容的确定主要主要根据监测工程的性质和要求，在收集和阅读工程地质勘察报告、施工组织计划的基础上，根据施工周围的环境确定变形监测的内容。如：建筑物的变形监测就可能包含建筑物的沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测以及挠度监测等。对于危岩滑坡的成灾条件，变形监测则主要包括：危岩、滑坡地表及地下变形的二维（X、Y方向）或三维（X、Y、Z方向）位移、倾斜变化的监测；有关物理参数――应力应变、地声变化的监测；环境因素――地震、降雨量、气温、地表（下）水等的监测。2.3.2监测方法和仪器的选择 变形监测方法和仪器的选择主要取决于工程地质条件以及工程周围的环境条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方法和仪器。 比如对于局部性的外部变形监测，高精度水准测量，高精度三角、三边、边角以及测量机器人监测系统是工程建筑物外部变形监测的良好手段和方法。而钻孔倾斜仪、多点位移仪则非常适合于工程建筑物内部的变形观测。静态监测与动态监测的关系1.由于观测条件的影响，静态监测一般应避开阳光太强或暴风雨的恶劣天气，而这时候才是变形体变形和振动幅度最明显的时候；动态监测是全天候的，可以监测任何时候的变形。2.静态监测可以不同精度监测建筑物的不同部位，而动态监测特别是GPS只能监测变形较大的位移等。3.静态监测体现的是相对于建筑物竣工状态的变化情况；而动态监测则是在建筑物正常运营的状态下进行的实时监控，体现了在各种荷载（特别是动荷载）情况下的瞬时状态。4.由于两者以上不同的特点，故静态监测与动态监测可以相辅相成，全面监测建筑物的运营状态，以达到共同监测建筑物安全的目的。选择仪器时一般要注意1.选择观测仪器必须从监测实际情况出发，选用的仪器应能满足监测精度的要求。2.在选用仪器时，既要注意环境条件，又要避免盲目追求精度。3.仪器应该有足够的量程，一般要满足监测的要求。4.一般说来，电测仪器的适应性不如机械仪器仪表，而机械仪器仪表的适应性又不如光学仪器。2.3.3变形监测精度的确定 1.典型精度是lmm或相对精度为10-6 2.特种工程设备(例如高能加速器，大型天线)，要求变形观测的精度高达o.1mm 3.滑坡变形测定精度一般在10～50mm之间。4大坝变形观测典型精度2.3.4变形部位和测点布置1．在满足监测目的前提下，测点数量和布置必须是充分的、足够的；同时测点宜少不宜多，不能盲目设置测点。2．测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。主要测点的布设应能反映结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。3．测点的布置对观测工作应该是方便的、安全的。4．应该布置一定数量的校核性测点，以保证观测结果绝对可靠，另一方面也可提供多余观测数据，供分析时采用。5．观测点应该布置在点位稳定并能长期保存的地方，同时要求观测点与建筑物牢固地结合在一起，这样观测点的变形量，就代表了建筑物的变形。参考点的布设 远离变形区域 点位稳定，一般要钻孔深埋，与基岩固结在一起 不受干扰 周围要埋设保护点2.3.5变形监测频率的确定 1.变形监测的频率取决于变形的大小、速度以及观测的目的。 2.通常，在工程建筑物建成初期，变形的速度比较快，因此观测频率也要大一些。经过一段时间后，建筑物趋于稳定，可以减少观测次数，但要坚持定期观测。 3.对于周期性的变形，在一个变形周期内至少应观测两次。一个周期所有的工作必须在所允许的时间间隔内完成，否则将歪曲目标点坐标值。2.3.5综合变形监测系统§4变形网设计（一）平面控制网 变形监测网：小型的、专用的、高精度。 1.基准点 2.工作点：工作点与基准点构成变形监测的首级网 3.变形监测点：变形监测点与工作点组成次级网。变形监测控制网的原则1.变形监测网应为独立控制网。2.变形监测控制点的埋设，应以现有工程地质条件为依据，因地制宜地进行。埋设的位置最好能选在沉降影响范围之外，又要考虑不能将基准点处于网的边缘。3.布网图形的选择，由于变形监测是查明变形体（建筑物等）位置随时间变化的微小量，因此布网的图形应与变形体的形状相适应。 要考虑哪些点位在特定方向上的精度要求要高一些，应有所侧重。 由于边短，所以要尽可能减少测站和目标的对中误差。 测站点应建造具有强制对中器的监测墩，用以安置测角仪器和测距仪。（二）沉降监测网沉降变形网一般采用多结点闭合水准网，并重复按精密水准测量的方法进行测量。具体做法是：1.在建筑物的外围布设一条闭合水准环行路线；2.进行精密水准测量，将测量的外业成果用严密平差的方法，求出各水准点和沉降监测点的高程最或是值。3.某一沉降监测点的沉降量即为首次监测求得的高程与该次复测后求得的高程之差。沉降监测水准点在布设原则 1.根据监测精度的要求，应布成网形最合理、测站数最少的监测环路。 2.水准网应有四个埋设深度足够的基准点作为起算点。 3.水准点应视现场情况，设置在较明显而且通视良好保证安全的地方，并且要求便于进行联测。 4.观测点应布设在拟监测的建筑物之间，距离一般为20m到40m左右。 5.监测单独建筑物时，至少布设三个水准点。 6.水准点应埋设在冻土线以下半米处，墙上水准点应埋在永久性建筑物上，离开地面高度约半米左右。 7.基准点与工作点应联结成网，网形可布设成闭合环、结点或附和水准路线等形式。§4.2变形网的特点1.布网的目的 工程控制网布网的目的是为了保证工程的各个部位能处在一定的相互关系当中。衡量控制网等级的一个重要指标就是网的最弱边。但变形网则不同，变形网布网的目的是为了测定网点的变形，而网点之间的相对精度则不是主要的。由于布网的目的不同，影响网的质量因素也就不同，强调观测条件相同。2.布网的原则 工程控制网布网时，网点的选择一般是按这样的原则进行： （1）网点的视野要开阔； （2）网点之间构成的图形要规则，最好是等边三角形； （3）三角形的角度一般要在30º～150º之内。 而变形网则完全根据变形测量的需要来布设网点，主要强调点位稳定。3.变形网的多余观测多 变形网图形复杂，多余观测多。工程控制网平差时既可以按条件平差，也可以按间接平差。而变形网由于图形复杂，变形网一般采用间接平差进行平差。4.变形网边短，精度高 变形测量网的边长一般在几百米，最多1km左右，即使是专用于地震监测的变形监测网边长也多在1km左右，但观测往往是按国家一、二等精度要求进行，或采用最先进的仪器。而高精度仪器主要集中在地震部门和水电部门，目前这些先进的仪器也主要用于变形监测。一、绝对网和相对网二、监测网的参考系 在监测网平差中的起算数据，称为平差问题的基准。基准给出了控制网的位置、尺度和方位的定义，实际上是给出了控制网的参考系。所以往往将基准与参考系作为同一个内涵的概念来称谓。 （位置、尺度和方位是指什么？） 平差基准：经典平差基准；秩亏自由网平差基准：拟稳平差基准。三.参考系的选择对位移计算的影响 选用某种平差方法去计算网点的位移，实质上是选用某种变形模型去模拟实际变形。 当所选的数学模型与实际变形不相符时，将使所计算的位移值伴随有误差，这一误差我们称它为参考系模型误差，简称为模型误差。旁批

《工程监测技术》课程教案

授课题目：第四章基坑工程支护与监测教学时数：6授课类型：eq\o\ac(□,√)理论课□实践课教学目的、要求：1常用基坑围护技术2基坑变形及应力监测的分类、位置、设备、方式等。教学重点：基坑监测常用设备及监测方案设计。教学方法和手段：课堂讲授。多媒体课件演示。

《工程监测技术》课程教案教学内容与教学设计常用监测与检测技术规范汇总回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23－2011国家一、二等水准规范GB12897-91gbt15314-94精密工程测量规范建筑工程桩基检测技术规范JGJ106-2003T超声波检测规范((CECS21-1990,CECS21-2000,CECS69-1994)建筑基坑工程监测技术规范_GB50497-2009建筑变形测量规范2008\JGJ8-2007公路工程基桩动测技术规程JTGTF81-01-2004城市轨道交通工程测量规范GB50308-2008地基动力特性测试规范（GBT50269-97）《建筑物沉降观测方法》DGJ32/J18-2006铁路隧道监控量测技术规程（TB10121一2007）公路隧道地质超前预报规程(2009-08-03)《地面沉降监测技术要求》DD2006-02岩土工程监测规范YS5229-1996常见的基坑围护形式水泥搅拌桩重力坝在软粘土地基中开挖深度为5～7米左右的基坑，应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙，可以较充分利用水泥土的强度，并可利用水泥土防渗性能，同时作为防渗帷幕。因此，具有较好的经济效益和社会效益。水泥土重力式挡墙一般做成格栅形式，按重力式挡墙计算。广泛用于开挖深度7米以内的深基坑围护结构、管道沟支护结构、河道支护结构、地下人行道等土钉墙土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99正式定名为土钉墙。钻孔灌注桩钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力，是深基坑开挖常用的一种围护形式，根据不同的地质条件和开挖深度可做成悬臂式挡墙、单撑式挡墙、多层支撑式挡墙等。它的排列形式有一字形相接排列、间隔排列、交错相接排列、搭接排列、或是混合排列，常见的排列方式是一字板间隔排列，并在桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩、树根桩等阻水。这样的结构形式较为经济，阻水效果较好。上海地区大部分开挖深度在7～12米左右的深基坑，采用钻孔灌注桩挡土，水泥土搅拌桩阻水，普遍获得成功。地下连续墙地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。地下连续墙的优点是对邻近建筑物和地下管线的影响较小，施工时无噪音、无振动，属低公害的施工方法SMW工法桩SMW是SoilMixingWall的缩写。SMW工法连续墙于1976年在日本问世SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。1.监测内容基坑工程施工监测的内容基坑工程施工监测的内容围护桩墙顶水平位移监测围护桩墙顶沉降监测深层水平位移监测测斜仪种类测斜管埋设基坑回弹监测回弹监测标回弹监测标埋设和观测土体分层沉降监测磁性分层沉降仪分层沉降管和钢环的埋设观测方法支挡构件内力监测钢筋计的布置2.监测技术设计准备工作技术设计的内容监测内容的确定基坑工程安全等级及监测内容监测点位的布设监测期限和频率的确定预警值和报警制度的制定基坑工程等级划分及变形监控允许值§3监测数据整理与分析监测数据整理工程基坑沉降监测报表总结报告的主要内容监测结果分析基准点、工作基点的稳定性分析§4基坑监测实例工程概况监测点布置略图监测方法E1、E2、E3点的水平位移时程曲线D4、D5点的沉降时程曲线CX3测斜管深层水平位移过程线旁批

《工程监测技术》课程教案

授课题目：第五章岩石隧洞工程信息化施工教学时数：3授课类型：eq\o\ac(□,√)理论课□实践课教学目的、要求：1隧道围岩分类2常用隧道施工技术3盾构施工技术4信息化施工要点。教学重点：盾构施工技术，信息化施工要点。教学方法和手段：课堂讲授。多媒体课件演示。

《工程监测技术》课程教案教学内容与教学设计一、几个基本概念 岩体分级：以土木工程为对象，将岩体集合体（岩体）分成不同的若干级别。 围岩压力：隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因，作用于洞室周边岩体或支护结构上的压力。 新奥法：新奥法是应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。二、隧道施工现场围岩级别判定1、围岩级别判定的重要性影响结构安全影响生产安全成本易升高影响工程进度规范规定在详测阶段和施工设计阶段，特别是施工期间必须进行定性与定量相结合的分级，并应根据勘测测试资料和开挖揭露的岩体，观察量测资料，对初步分级进行检验和修正，确定围岩详细分级。公路隧道围岩分级三、隧道爆破施工要点1、爆破施工的重要性2、光面爆破和预裂爆破的概念1)光面爆破光面爆破是在设计开挖线上布置一排加密的光面孔，形成减弱的不偶合线装药，先爆破主体部位的岩石，再同时起爆光面孔，将主爆孔与光面孔间留下的保护层(也称光爆层)炸除，形成一个贯通各光面孔的平整的开挖面并保护边界外的岩体不受破坏。顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼2)预裂爆破(低震动爆破的一种方法)预裂爆破是在设计开挖线上布置加密、减弱的深孔药包，并先期同时起爆，形成一条沿炮孔中心线方向延伸的平整预裂缝，再逐层爆破主体开挖区，预裂缝即起到反射主爆冲击波的的屏蔽、衰减作用，保护设计轮廓外岩体不受破坏(适用于稳定性较差的软岩或破碎岩层，减少对围岩的损伤。)顺序：周边眼→掏槽眼→辅助眼→底板眼四、隧道支护的施工要点(一)、锚杆施工要点(二)、钢架格栅1、制作按设计不得缺省分段制作接头薄弱环节尽量减少组拼的角度要准2、施工的二项原则架设后及时喷射混凝土充分填充并密切接触围岩3、格栅架立运输--防止变形中线要准确，有标记格栅平面与中线垂直倾斜度不大于2º钢架与围岩应尽量靠近但要留2--3cm保护层下端必须放在稳固地层开挖下导时为防止格栅下沉可设纵向托梁把几排格栅联为一体(三)、超前小导管注浆超前小导管是沿隧道开挖轮廓线向外将管壁带孔的小导管打入地层内，并以一定压力向导管内压注浆液。a．导管制作b．注浆材料c．封闭工作面d．注浆压力e．外插角按设计10º--30ºf．可安装分浆器加快压浆速度g.注浆后的时间间隔(四)、钢筋网施工应按环向和纵向均匀布置，环向为受力筋(∮12)左右，纵向为构造筋(∮6～∮10)。1、网片加工搭接长度<20㎝间距易控制要随岩面起伏铺设(应在喷一层后再铺)锚杆，拱架连接牢固，不晃动2．就地绑扎间距不准方向不清(五)、喷射砼a．喷射混凝土作用：1．支撑围岩作用2．“卸载”作用3．填平补强围岩4．覆盖围岩表面5．防止围岩松动6．分配外力b．施工四要素：强度、厚度、附着力、密实c．喷射法：干喷法、湿喷法d．材料准备e．配合比f．喷射面的事前处理严格按规定的掺量掺加速凝剂，并填加均匀分段分块分部先墙后拱自下而上进行注意距离角度凹处多喷或先喷，凸处后喷少喷g.喷射要点风压大，回弹大，风压小，密实性低喷射厚度不能太厚，不能太薄分层喷射的间隔时间养护钢架背后必须密实(六)、二次衬砌复合式衬砌由初期支护和二次支护组成，初期支护是帮助围岩达成施工期间的初步稳定，二次支护则是提供安全储备或承受后期围岩压力。二次支护在Ⅳ类及以上围岩时按安全储备设计；在III类及以下围岩时，则按承受后期围岩压力结构设计与施工。尤其在稳定性很差的II—I类围岩中，单靠工程类比法进行设计施工，不能保证衬砌结构的可靠性和合理性。由于时间因素影响很大，二次衬砌和仰拱的施作直接关系到衬砌结构的安全。过早施作会使二次衬砌承受较大的围岩压力，拖后施作会不利于初期支护的稳定。初期支护基本稳定后及时修筑二次衬砌，强度达到2.5mpa时，可拆模。具体条件:1．位移速率明显收敛2．各项位移已达总位移量的80％一90％3．周边位移速率<O.1～0.2mm/d，拱顶下沉速率小于0．07～O．15mm/d安装埋设： 1.安装测杆束按侧点数将灌浆锚头组件与不锈钢测杆、测杆接头、测杆保护管及密封件、测杆减阻导向接头、测杆定位块等可靠连接固定后集成一束，捆扎可靠，整体置入钻孔中。如遇长测杆(>6m)，可分段置入、孔口连接。 2.灌浆锚固全部测杆完全置入孔中，使测杆束上端面尽量处于同一平面内并距Φ160mm扩孔底面以下约5cm,,测杆护管比测杆短约15cm。位置定位可靠后浇注混凝土砂浆至测杆保护管上端面以下约20cm，凝固后方可撤去约束。浇注混凝土砂浆时要特别注意保护测杆保护管口及测杆端口，避免受到损伤和沾结混凝土砂浆。 3.安装测头基座先将测杆护管调节段（长度现场调整）及带刺接头插入测杆保护管中，此时全部测杆及保护管的上端应基本处于相同平面内。放入事先连接好的安装基座和PVC传感器定位芯座，将测杆及其护管与定位芯座上的多孔一一对准后落下定位，注意调节基座法兰的底面位置使测杆不受轴向压力为宜，可用底面加填钢制垫片实现。调节准确后钻地脚螺栓孔并用地脚螺栓将此组件可靠固定于Φ160mm孔底面上。安装埋设： 4.安装位移传感器将位移传感器逐一通过PVC定位芯座上对应定位孔与测杆端接头加螺纹胶旋紧固定可靠。如果发现测杆连接面陷得太深而使传感器无法拧入时，可以加装仪器商预备的加长件。待胶凝固后，用频率读数仪监测状态下调节传感器¡°零点¡±，并通过安装在芯座上的予置机构锁定位置。按测点数逐一完成上述调节。每支仪器的埋设零点由监测设计者按该测点的¡°拉压¡±范围而定。 5.安装保护罩用频率读数仪逐一测读各支传感器并做好记录，若全部测读正常，即可装上保护罩，此时保护罩的电缆出口处已装好了橡胶保护套。将全部测点传感器的信号电缆集成一束从橡胶护套中沿保护罩由内向外穿出。安装保护罩时，可在保护罩的M90×1.5外螺纹上涂以适量螺纹胶。连接可靠后，整理电缆，再逐一检测一遍各支仪器的读数是否正常。 6.接长电缆现场接长电缆处须具备交流电源。仪器电缆与接长电缆间须用锡焊连接芯线并不得使用酸性助焊剂，芯线外层及电缆表层护套上均应使用热缩套管包裹可靠。全部电缆连接工作完成后再用读数仪检测一遍各支仪器的读数是否正常。若认为必要，安装基座及传感侧头组件可用混凝土砂浆予以包裹整齐。主要技术参数旁批

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授课题目：第六章地铁盾构隧道施工监测教学时数：5授课类型：eq\o\ac(□,√)理论课□实践课教学目的、要求：施工监测内容与方法地铁盾构隧道监测方案设计监测数据整理与分析教学重点：隧道施工监测内容与方法。教学方法和手段：课堂讲授。多媒体课件演示。

《工程监测技术》课程教案教学内容与教学设计§1概述盾构掘进机是集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能的工程机械。盾构法隧道的基本原理是利用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还承受来自地层的压力、防止地下水或流沙的入侵。隧道拱内圈的空洞由盾构本体防护，同时还需要其他辅助措施对工作面进行支护。监测的主要作用（1）监测和判断各种施工因素对地表变形的影响，提供改进施工的方法和减少地面沉降的重要依据；（2）根据前一段的观测结果，预测下一段的地表沉降和对周围建筑物及其它设施的影响；（3）检验施工方法是否达到控制地面沉降和隧道沉降的要求；（4）研究土壤特性、地下水条件、施工方法与地表沉降的关系，作为将来设计的参考依据；（5）通过施工监测可取得减少沉降、减少保护工程费的效果；（6）保证工程安全，减少总造价。施工监测管理（1）工程施工前，根据现场的实际情况(尤其危房建筑)及工程的施工进度，编制详细的监测实施作业计划及其相应的保证措施，作为施工生产计划中的一项重要内容，同时报请监理工程师和业主批准。（2）成立专门的监测小组，保证监测人员有确定的时间、空间和相应的监测工具，确保监测成果及时准确。（3）施工监测紧密结合施工步骤，测出每一施工步骤时的变形影响，同时计算出各测点的累计变形。（4）监测人员及时整理分析监测数据，绘制各种变形和时间的关系曲线，预测变形发展趋向，及时向总工程师、监理和业主汇报，若发现异常情况，随时与监理、业主联系，采取有效措施，做好预防。（5）根据监测结果及时调整施工步骤及采取相应的技术措施，确保施工及周围环境的安全。§2施工监测内容与方法监测依据（1）正常施工情况下的具体监测要求，如不同的施工工艺对各项变形的限差等；（2）施工区域土壤及地下水情况；（3）隧道施工影响范围内现有房屋建筑、各种构筑物的形状、尺寸、与隧道轴线的相对位置；（4）隧道填埋的深度；（5）双线隧道的间距或施工隧道与近旁大型、重要公用管道的间距；（6）隧道设计的安全储备系数。监测内容土体介质的监测。包括：地表的沉降监测、土体分层沉降和深层位移监测、土体回弹测量、土体应力和孔隙水压力测量。周围环境的监测。包括：相邻房屋和重要结构物的变形监测、相邻地下管线的变形监测。隧道变形的监测。包括：隧道沉降和水平位移监测、隧道断面收敛位移监测、隧道应变和预制管片凹凸接缝处法向应力测量。盾构隧道施工监测项目和仪器地表沉降监测地表沉降监测是采取精密水准测量的方法测量地铁盾构隧道上方地表的标高。在沉降测量区域埋设地表桩，地表桩一般沿盾构隧道的轴线每隔3～5m设置一个，同时，适当布置几排横向地表桩，便于测量盾构施工引起的横向沉降槽的变化。在远离沉降区域，并沿地铁隧道方向布设监测基准点，并进行基准点联测。按照监测方案规定的观测频率，用精密水准仪进行测量，并计算每次观测的地表桩高程。如果地铁盾构隧道上方是道路，在进行道路沉降观测时，必须将地表桩埋入地面下的土层里，才能比较真实地测量出道路的沉降。如果地铁盾构隧道上方有地下管线，在监测时，对重点保护的管线，应将测点设在管线上，并砌筑保护井盖，一般的管线可在其周围设置地表桩进行监测。土体沉降和深层位移监测监测盾构施工引起的土体分层沉降和深层位移量可了解土层被扰动的范围和影响程度。土体分层沉降是指土层内离地表不同深度处的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪量测。土体深层位移是指土层不同深度的水平位移，通常采用测斜仪进行测量。土体沉降和深层位移监测都是在隧道两边或底部钻孔预埋测管，两者可共用一个测管。土体回弹测量在地铁盾构隧道掘进中，由于卸除了隧道内的土层，因而引起隧道内外影响范围内的土体回弹。土体回弹测量就是测量地铁盾构隧道掘进后相对于地铁盾构隧道掘进前的隧道底部和两侧土体的回弹量。一般是在盾构前方埋设回弹桩，观测施工过程中底部土体的回弹量，其具体的测量方法可以采用精密几何水准测量的方法进行。埋设回弹桩时，要利用回弹变形的近似对称性，应埋入隧道底面以下20~30cm，根据土层土质的情况，可采用钻孔法或探井法。土体应力和孔隙水压力测量对土体应力和孔隙水压力测量，能了解盾构的施工性能，了解盾构的施工对土层的扰动程度以及预测固结沉降量，可及时调整施工参数，减少对土层的扰动。土体应力和孔隙水压力测量主要是采用钻孔埋设法埋设土应力盒和空隙水压力探头等传感器。利用这些传感器获取土体的温度和水压力，通过事后计算得到需要的观测数据。这些测点主要埋设在隧道外围。相邻房屋和重要结构物的变形监测地铁盾构隧道掘进中，对盾构直接穿越和影响范围内的房屋、桥梁等构筑物必须进行保护监测。建筑物的变形观测可以分为沉降观测、倾斜观测和裂缝观测三部分内容。沉降观测的观测点设在基础上或墙体上，另外在构筑物外的表面上和构筑物底板上有时也需设一些观测点，用精密水准仪进行测量。构筑物倾斜监测可采用经纬仪测量方法，也可在墙体上设置倾斜仪，连续监测墙体的倾斜。构筑物的裂缝可用裂缝观测仪测得。相邻地下管线的变形监测相邻地下管线的监测内容主要为管线垂直沉降，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。调查内容包括以下几个方面：①管线埋置深度和埋设年代；②管线所在道路的地面人流与交通状况；③隧道施工过程中地下管线的预计沉降。布点方式目前，管线垂直沉降布点方法主要采用间接测点和直接测点两种形式。间接测点又称监护测点，常设在管线轴线相对应的地面或管线的窨井盖上，由于测点与管线本身存在介质，因而测试精度较差，但可避免破土开挖，可以在人员与交通密集区域，或设防标准较低的场合采用。直接测点是通过埋设一些装置直接测读管线的沉降，常用方案有抱箍式、套筒式。隧道沉降和水平位移监测传统的隧道沉降和水平位移监测方法是在隧道的顶部或腰线处设立观测点，然后用常规的水准测量方法进行沉降量的测量，同时，以隧道轴线和其轴线的垂直方向建立坐标系，用导线测量的方法测量所有观测点的坐标，以此来推算隧道水平位移量。目前，为了能够连续准确地监测到隧道的沉降及水平位移变形情况，可采用具有先进功能和高精度的自动跟踪全站仪进行观测。隧道断面收敛位移监测常规收敛位移监测采用收敛计进行测量，但最大的问题是重复精度不高，而且因操作人而异；其次是工作量大，效率低。目前，用断面自动扫描的方法进行隧道断面收敛变形监测。这种方法是利用免棱镜自动跟踪全站仪和专业的断面测量系统软件组成的仪器系统来实现断面自动扫描，以此进行隧道断面收敛变形监测。应力测量应变和应力测量是在隧道的结构物上，焊接应变计和应力计等一些传感器，根据传感器测量的结果计算结构构件的轴力和弯矩，判断结构物的安全性能。§3地铁盾构隧道监测方案设计方案设计的原则在熟悉隧道施工方案，了解施工区域内土壤及地下水和隧道施工影响范围内现有结构物情况的基础上，根据工程的特殊要求，设计出确保工程安全的、经济有效的、便于监测工作的实施和工程项目施工的监测方案。方案设计前的准备工作（1）收集各种资料主要包括：隧道施工方案，施工区域内地质分析报告，施工影响范围内结构物的设计图纸和竣工资料，施工区域内的管线图，施工区域内的交通情况等。（2）实地进行踏勘实地进行踏勘主要是进行施工影响范围内结构物和管线的调查。调查管线的位置、种类、大小；结构物形状以及其是否有裂缝等情况。调查的主要目的是便于观测点的布置和施工对其影响的评价。方案设计的内容工程项目概况。主要介绍工程项目的基本情况和施工区域内的地质情况。监测的目的和意义。详细阐述监测对安全施工、保障人民财产的重要性以及进行各项科学研究的重要意义。施工过程中对各种设施的影响评价。分析隧道项目施工对周边结构物、管线的影响程度，分析盾构推进引起的地表位移特征，并估算地表沉降量，分析隧道本身的变形特征。监测的具体内容。根据具体工程项目和地质的具体情况，确定监测的具体项目内容，同时，可以包含对于一些具体施工工艺和参数的测定。监测点的布置。根据收集的资料和踏勘的实际情况，具体确定监测点的数量和位置，绘制监测点位分布图。监测方法。针对每一项监测内容，提出采用何种监测方法以及如何实施监测工作，使用何种监测仪器，并详细阐述使用方法的实施效果。监测频率和报警值的确定。根据规范，结合实际情况确定每一监测项目的监测频率和报警值。监测的组织结构和质量保证体系。为保障监测工作的顺利实施和监测结果的准确性，要制订科学的质量保证体系。§4监测数据整理与分析监测数据整理监测数据整理的主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、编制成图表和说明，使它成为便于使用的成果。其具体内容如下：校核各项原始记录，检查各次变形观测值的计算是否有误；变形值计算；绘制各种变形过程线，建筑物变形分布图。监测数据分析监测数据分析是分析归纳地表、管线及周边建筑物的变形过程、变形规律和变形幅度。分析变形的原因，变形值与引起变形因素之间的关系，并找出它们之间的函数关系，进而判断地表、管线及周边建筑物的情况是否正常。（1）成因分析（定性分析）。成因分析是对结构本身（内因）与作用在结构物上的荷载（外因）以及观测本身，加以分析、考虑、确定变形值变化的原因和规律性。（2）统计分析。根据成因分析，对实测数据进行统计分析，从中寻找规律，并导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系。（3）变形预报和安全判断。在成因分析和统计分析的基础上，可根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围和判断建筑物的安全程度。§5工程实例工程概况南京地铁一号线盾构15标沿途穿越金川河、玄武湖隧道、龙蟠路隧道、廖家巷密集建筑群、南京古城墙等及众多地面建筑和地下管线；该区间隧道上覆地层为冲积层、残积层和风化岩层因此工程施工难度很大；为了保证盾构机推进时的安全，防止周围已建构筑物的安全，必须