施工测量及变形监测方案

8.3施工测量及变形监测方案8.3.1工程概况深圳地铁红树湾物业开发项目位于深圳地铁2号线红树湾站与9、11号线换乘站红树湾站（原深湾站）交汇区域，交通区位优势极其优越。本项目包含四栋地上高度为375m、275m的办公酒店及200m、120m住宅公寓，以上建筑均属于超高层范畴，本施工测量方案以375m塔楼为例。近几十年来国内外高层建筑大量兴起，随着现代化建筑物的不断发展，其外在造型也越来越丰富、新颖和多样化，各种5高层建筑中的施工测量已引起重视。在超高层主体结构装修工程安装过程中，施工测量是一项专业性较强又非常重要的工程，全球卫星定位系统（GPS卫星定位测量仪）、垂线仪等测量技术的引用保证了超高层施工的精度。施工测量管理施工测量在整个工程施工中占有非常重要的地位，其精度要求高，轴线网点的控制在施工期间必须能牢固、准确地保留至竣工，因此所用仪器和施工方法都要适合结构类型和场地情况。为保证工序间的相互配合衔接，测量工作应与现场密切配合，了解施工布置和流程，做好各项准备工作，制定切实可行的与施工同步的测量放线方案，在整个施工阶段和各主要部位做好验线和复核工作，同时准确地做好测量放线的原始记录。测量方案选择根据本工程的特点，平面控制网测放在±0.000以下部分采用外控法,利用基坑外侧的平面控制点进行测量控制；±0.000以上部分采用内控法，当±0.000层结构楼面浇筑并达到强度后，根据测设好的基坑四周主轴线引桩，将主轴线点恢复至±0.000层结构楼面，构成高精度的井字形平面控制网。平面控制网的垂直传递利用激光垂准仪进行。1、平面控制网的设置（1） 一级控制网的测设一级控制网作为建筑物整体控制的依据，它是根据场地条件设定的非矩形控制网，设在施工场地边界外部；一级控制点的间距控制在300〜500m,控制桩距基槽的距离大于30m,设置在易于观测之处。（2） 二级控制网的测设二级控制与轴线平行设置，控制网将包括建筑物的主要轴线，二级网以一级网为依

据进行测设。根据场区平面规划、设计图纸及甲方提供的平面控制点，用“极坐标”法建立本工程各施工区控制网，形成平面二级控制网，各施工区平面控制点在测量放线利用其相互位置关系互相校核，达到控制建筑物平面控制的目的，平面二级控制网见下图。（3）施工控制网（三级）的布设施工控制网依据首级或二级控制网加密而成，是结构施工阶段的主控网。二级控制网建立以后，根据各分区轴线与二级控制点的相互位置关系，利用电子全站仪采用“极坐标”法布设平面施工控制网（三级），然后根据各构件与轴线的位置关系，测放构件位置线，进行构件定位，见图8-3-1。图8-3-1地下室施工轴线引测示意图及二级测量控制网轴线平面图图8-3-1地下室施工轴线引测示意图及二级测量控制网轴线平面图2、高程控制系统的设置（1）高程控制网的布设原则为保证建筑物竖向施工的精度要求在场区内建高程控制网，以此作为保证施工竖向精度控制的首要条件。场区内甲方提供的有效水准点布设场高程控制网。高程控制点布置间距宜小于lkm,距建筑物不宜小于25m。（2）高程控制系统的建立为保证建筑物竖向施工的精度要求，在施工现场设6〜10个半永久性水准点。水准点引测使用电子水准仪进行，采用附合水准测法。按国家二等水准测量的精度要求进行引测，闭合差要求小于±0.6mmn，相邻两点高程误差要求小于±0.1mm。3、塔楼施工阶段控制网的布置根据本工程的实际情况，地下室顶板施工完后，利用一级、二级控制网，在塔楼核心筒外四角布置4个控制点，作为塔楼施工时的二级控制网（以控制核心筒及外围钢柱的轴线控制），在主楼核心筒内布置4个控制点，以控制核心筒楼板及内墙施工时的轴线控制,二级控制网随楼层的施工，每隔不超过100米进行一次测量轴网的引测转换，以控制核心筒楼板、内墙施工时的轴线、核心筒轴线以及外围钢柱的轴线。 qr-标准20层以下内控点平面布置图及标准21-40层内控点平面布置图 qr-标准20层以下内控点平面布置图及标准21-40层内控点平面布置图图图8-3-3标准层41-60以下内控点平面布置图及61-75层内控点平面布置图图8-3-476层-屋面内控点平面布置图8.3.4测量人员及仪器的配备1、工程测量机构及测量人员本工程配备的测量人员，必须选择有类似测量施工经验的人员,有过测量精度要求极高的超高层、大型工程，具有丰富的测量知识与经验，且经过良好的培训，能使用各种类型的先进仪器，方能胜任本工程的测量工作要求。人员配备如下：1）、测量负责人1人负责测量方案编制和实施2）、测量工程师2-3人负责现场实施3）、测量技工4人测量辅助工作2、测量仪器设备选用为保证工程的测量精度，在本工程建立测量控制网阶段主要使用高精度自动导向全站仪、精密水准仪和垂准仪进行，辅以GPS及其他测量设备作为校核和辅助引线用。GPS为具有拓普康独特专项技术的HiPerPro一体化接收机，双星技术增强性能，提高精度，适合建筑工地有遮挡情况下的快速锁星。根据需要，可采用静态和动态两种形式进行观测。精度为静态测量：平面3mm+0.5ppm高程5mm+0.5ppm；RTK实时动态测量：平面10mm+1.0ppm高程15mm+1.0ppmm。测量仪器及设备配置见表8-3-1。。表8-3-1测量仪器设备配置表序号仪器名称型号精度单位数量产地1全站仪SET220K0.5"±lmm±lppm台2日本2GPSHiPerPro静态测量平面3mm+0.5ppm高5mm+0.5ppm；RTK实时动态测量平面10mm+1.0ppm高程1日本3精密水准仪NAL13215mm+1.0ppmm。±3mm台4国产4激光垂准仪VISA1/200000台2日本5手持测距仪Pro4a只1瑞士6经纬仪DJJ2-22〃台4国产7弯管目镜只4国产8对讲机Motorola只4美国9手提电脑IBM台1美国10钢卷尺100米把10国产11钢卷尺50米把10国产12拉力磅/把4国产序号仪器名称型号精度单位数量产地13线锤/只6国产14水平尺/把8国产15角尺/把8国产16反射贴片60x60mm块若干瑞士17温度计/只3瑞士18气压表/只3瑞士19其他辅助设若干国产（注：以上各种设备均有相关的计量合格证明，且在检验有效期内'，考虑施工过程中可能发生使用不当、意外损坏的情况，适当增加备品。）8.3.5控制网的竖向传递为保证建筑物的测量精度，对±0.000以上结构的控制轴线和墙柱定位的竖向传递采用激光垂准仪铅直投点法引测。在首层楼面上做好内外控点，采用在预埋的lOOmmxlOOmmxlOmm钢板上划线留点，在其它层楼板对应于下层控制点的位置处均预留200mmx200mm的激光传递孔，并在留孔四周筑设高50mm的水泥阻水圈。根据本工程设计要求，建筑物轴线控制网设置在首层板面，每施工一层，利用激光垂准仪投点，为进一步保证轴线竖向精度，采用激光铅垂仪垂直控制竖向结构构件和水平轴线控制网，每隔不超过100米进行一次测量轴网的引测转换。通过激光测放孔，就可把内控点投测到各层楼面上。激光铅垂仪法控制竖向精度是通过逐层控制建筑物轴线控制网来达到竖向控制目的。1、激光垂准仪投测轴线步骤（1） 安置激光铅直仪于轴线控制点（见图8-3-5、见图8-3-6）；（2） 将标的靶置于当前楼层测量投测洞口处；（3） 准确对准控制点，精平激光垂准仪，打开激光，即得四条已知间距和方向的激光束

巨型柱巨型柱核心筒控制点弋二1阿图8-3-5垂准仪测量示意图利用铅垂仪进行投测。将控制点投测到下一层。巨型柱巨型柱核心筒控制点弋二1阿图8-3-5垂准仪测量示意图利用铅垂仪进行投测。将控制点投测到下一层。图8-3-6核心筒激光垂准点节点图及核心筒激光垂准点剖面图激光点穿过楼层时，需在组合楼板上预留200x200的孔洞，通过空洞引测到各楼层，预留洞的做法示意见图8-3-7。图8-3-7激光点穿过楼层预留洞的做法及土0.000m楼面激光控制点点位做法(5)利用激光经纬仪施测轴线控制网，根据轴线控制网确定各墙体(角柱)准确位置，保证每层结构竖向精度。2、激光垂准仪法控制竖向精度控制步骤：（1）利用激光垂准仪精确投测四个测量基准点至当前楼层；（2）利用激光经纬仪施测轴线控制网，并根据轴线控制网准确施测各墙体位置；同时结合外控再次检验墙柱定位的精确度。（3） 根据所施测的各墙体边线支设墙体竖向模板；（4） 利用吊线坠保证当前层垂直度；（5）利用激光垂准仪保证结构全高竖向垂直度。3、外控墙体法控制竖向精度步骤：（1）每层砼浇筑完毕后，根据当前层所施测的角柱边线将角柱中线引测至四角柱上；（2）用吊线坠准确吊测结构角柱中线，并弹线；（3）待下一层施工完毕后，将本层中线向上引测并和当前层由边线引测的中线做校核，取其误差平均值为当前层角柱中线，以此为依据支设模板；（4）每隔3〜5层由下面直接向上引测一次通线，以作校测。建筑物的定位放线根据本工程的建筑设计特点和布局，充分利用激光仪测量的高精度优越性能，对建筑物轴线进行准确定位，以保证工程的质量。在主体施工的测量放样中，遵循二次放样、三线到位、内外结合、主次分明、步步校核的原则。1、 模板上的放样：主要为水、电预埋、墙柱筋的调整、验收提供依据，给出控制轴线即可。由于模板上不便安置仪器，可用线坠将下一层内控制轴线通过模板上的预留洞引测到模板上，弹出墨线。2、 施工层放样：各控制轴线传递到施工层后，直接采用经纬仪偏角法测设出各轴线的点位。由于施工层上，当遇有墙的插筋隔挡时，拉尺量距误差较大，应对测定相邻的轴线距离进行复核。无误后，即可放出墙柱等细部三线。建筑的标高控制首先对施工现场内的标高基准点与城市水准点按国家二等水准测量规范要求进行联测，所测数据满足测量规范的要求后，根据施工现场内的标高基准点在首层靠近四角的核心筒上引测4个同一高程的标高点，并用墨线做好标记，作为高程向上传递的标高基准点。标高的传递使用日本产50m、Tajima标准钢卷尺通过钢结构构件、塔吊等精密量距向上传递。每层都至少要有4个以上的点引测，地上楼层基准标高点用全站仪每次从首层楼面每50米引测一次，以便相互校核和满足楼层施工的需要。控制轴线和高程的分段校核根据划分的校核段，我们将对建筑物控制轴线、高程进行全面、仔细地校核。具体做法是：当第一段施工完毕后，将此段首层控制点和水准基准点精确地投至上一段的起始楼层，并进行控制网的检测和校正，确认控制点准确无误后，如以前的控制点误差超出允许范围，要重新埋点。同时要每层都进行钢管柱定位安装闭合复查和校核。GPS复核为提高本工程建筑测量定位工效和观测精度，确保工程施工质量，本工程采用全球定位系统（GPS）对控制网进行复测。GPS是一种可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置,其具有方便、快捷的定位测量和放样的测量功能，可快速、转却的测定放样点的平面位置，见图8-3-8。图8-3-8Gps侧会仪器1、 GPS观测要点GPS观测作业应符合下列规定：对于一、二级GPS测量，应使用零相位天线和强制对中器安置GPS接收机天线，对中精度应高于±0.5mm,天线应统一指向北方；作业中应严格按规定的时间计划进行观测；经检查接收机电源电缆和天线等各项连结无误，方可开机；开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后，方可进行自测试，输入测站名和时段等控制信息；每时段开始、结束时，应分别量测一次天线高，并取其平均值作为天线高；天气太冷时，接收机应适当保暖。天气很热时，接收机应避免阳光直接照晒，确保接收机正常工作。雷电、风暴天气不宜进行测量，见图8-3-9。2、 GPS卫星定位仪分别计划架设在L30、45、60、75及屋顶位置的各个控制点上进行复测。A、B两点为地面固定的首级控制点，已知其三维坐标值。C点为不同楼层或同一楼层的不同平面位置的被复测点。为提高观测精度，每次使用三套GPS卫星定位仪，分别架设在A、B、C点。根据观测采集到的数据，用计算机解算出C点的三维坐标值。5)C点设计坐标与实测坐标比较，得到C点定位偏差。图8-3-9基准点的复测及核心筒上内控点的复测8.3.10地铁车站主体、基坑沉降监测本工程基坑北侧紧邻在运营的深圳地铁2号线红树湾站，南侧邻近在建9、11号线换乘站交汇区域，基坑开挖中将面对非常复杂的环境条件，为确保该基坑施工的顺利进行，更为保障基坑周围地下管线、周围建筑物和地铁运行的安全，拟在地铁侧部署了一系列的安全防范措施，采用了严格的现场监测手段，通过模拟际现场基坑开挖机支护形式对地铁车站、隧道及基坑本身进行数据分析。根据大量的监测数据，利用理论和数值反分析工具预测预报下一步施工引起车站及隧道结构的位移，随时掌握位移情况，严格按照《深圳市地铁集团有限公司地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法》规定的相关事项执行，及时预报施工中出现的问题，信息化指导施工。1、变形监测模拟分析本测量模拟分析主要阐述第七步开挖后南侧基坑开挖与地铁车站变形情况：(1)南侧基坑开挖与地铁车站变形分析整个模拟步骤有12步，第一步做地应力平衡，然后基坑开挖步骤与基坑内撑支护步骤相互交替进行，基坑开挖深度为26米的极限深度，总共分七层开挖，内支撑有四层分别与基坑开挖过程相应进行，红树湾基坑支护结构南侧剖面与地铁车站结构的设计第八章施工关键技术方案方案见图8-3-10。图8-3-10红树湾基坑支护结构南侧剖面与地铁车站结构的设计方案::TFrFi图8-3-11基坑开挖第七层计算模型示意图及基坑开挖第七层，整体模型位移云图■=?T=：：S：S：：：：：E图8-3-12基坑开挖第七层，隧道车站结构位移云图图8-3-10红树湾基坑支护结构南侧剖面与地铁车站结构的设计方案::TFrFi图8-3-11基坑开挖第七层计算模型示意图及基坑开挖第七层，整体模型位移云图■=?T=：：S：S：：：：：E图8-3-12基坑开挖第七层，隧道车站结构位移云图由上图分析可得，基坑整体的变形为4.53〜-24.97mm，而在隐藏所有土体后，可观察得隧道车站的变形和位移都在-1.09〜-15.78mm之间，全为负值说明了基坑开挖后，对于右侧的地铁车站结构作用相当于土体开挖对于地铁车站的水平围压的卸载，因此地

铁车站结构有略微的向基坑开挖内部的位移，但处于可控范围之内。由此计算结果可以整理基坑整体支护结构的变形趋势与隧道结构变形最值受基坑开挖施工影响的变化趋势图，见图8-3-13。基坑室护结构整体变能 地铁车站貉构变形图8-3-13基坑整体支护变形最大值变化趋势及地铁车站结构支护变形最大值变化趋势观察以上两图表可得，基坑开挖可以分为十一个工况包括七个开挖工况和四个内撑施工工况，基坑支护结构变形与地铁车站的结构变形的整体变化趋势为随着基坑开挖深度的加深逐渐增大，但是基坑支护结构和地铁车站的变形最大值分别为-24.97mm与-15.98mm,都满足基坑支护结构的30mm位移控制要求与地铁车站围护结构变形要求的20mm,因此本基坑工程的南侧采用地连墙+内撑的施工技术可以在满足控制基坑工程自身变形安全的前提下保护临近地铁车站的安全。2、地铁车站主体沉降监测（1）超高层外部施工对车站的影响因素及监测1） 基坑开挖过程中会导致车站发生附加变形,车站地基土的移位,基坑周围土体的移动是基坑开挖引起地基应力重新分布的结果,是地层损失的传递；产生地层移动的主要因素是基坑围护墙的侧向变形和墙底土产生塑性的流动；2） 挖除基坑维护墙内的土体,破坏了原来的平衡状态,围护墙体像基坑方向变形。由于土体是一定程度密实的连续介质,围护墙内移形成的坑外底层损失向远侧传递,从而引起坑外土体的移动；3） 随着基坑开挖及墙内土体的挖除。坑边的超载等因素使坑内外土体产生压力差,导致围护墙墙址下部土体向坑内塑性流动,使基坑坑底产生塑性的隆起,土体塑性涌入；4） 基坑开挖卸载对车站的侧向（向基坑内）位移和竖向位移都有一定的影响,且随着车站埋深的增加先是增加后是减小。5） 以地铁结构安全监测为主,选取反映地铁结构局部、整体变形和处于重要结构部位的位置设置监测点，布置监测仪器设备，建立监测系统。用瑞士全站仪和国内外先进成熟的自动监测系统软件建立自动监测系统。施工期间，在本项目所辖车站自动测量三维方向一X、Y、Z方向（其中：X、Y为水平方向，Z为垂直沉降方向）的变形；6）为确保监测系统的正常运行，自动化监测系统同时配备系统维护和监测监理工程人员，保障监测系统正常运行和提供监测状态信息；3、沉降监测（1）测点布置1） 基准点：基准点应设在基坑开挖变形影响范围以外，通视条件良好并便于保存的稳定位置。对于本工程，在距基坑边缘50m外的路边设置三个位移观测基准点，在距基坑边缘50m外的旧有建筑物上设置三个水准观测基准点。2） 观测点：基坑坡顶的水平位移和垂直位移观测点沿基坑周边布置，考虑到本基坑较大，观测路线较长，若过多布置观测点，则使当天的工作量过大，在定人定仪器的要求下，势必会影响监测的质量，同时也增大了监测费用。综合考虑,观测点间距取30m,水平位移观测点同时作为垂直唯一的观测点。观测点采用钢钉设置在基坑边的返坡上。在基坑每侧的中心处布置测斜管，共设四个。测斜管应保持垂直，并使一对测斜管的定向槽与基坑边线垂直。（2）监测方法及观测精度1）监测方法及精度要求：初始值：基坑工程监测工作的准备工作应在基坑开挖前完成。应在至少连续三次测得的数值基本一致后，才能将其确定为该项目的初始值。坡顶垂直位移及保留保留办公室沉降观测：观测仪器采用水准仪+FS1测微器及水准标尺。采用二级水准测量进行观测。坡顶水平位移：采用全站仪建立坐标系统，通过直接观测点位坐标值来确定水平位移。观测点坐标中误差不大于±1.0mm。地下水位变化：通过水位观测井用水位计观测。水位计标尺最小读数不大于10mm。坡体深层水平位移：在坡顶外土体中预埋测斜管，观测前测定管顶水平位移，然后以测斜管上部管口为相对基准点用测斜仪观测各深度处侧向位移。观测点精度不低于1mm。2）观测要求：同一项目每次观测时，宜符合下列要求：采用相同的观测路线和观测方法；使用同一监测仪器和设备；固定观测人员。（3）观测频率及警报指标根据工况合理安排监测时间间隔，做到既经济又安全。根据以往同类工程的经验，拟定监测频率见下表（最终监测频率可以协商后确定）。监测报警指标一般以总变化量和变化速率两个量控制，累计变化量的报警指标一般不宜超过设计限值。本工程报警指标初步拟定为（须得到有关单位的确认）：水平位移S60mm、变化速率5mm/d，见表8-3-2。表8-3-2测量仪器设备配置表监测内容监 测频 率围护施工坑内降水基坑工程开挖底板浇筑后周边车站垂直、水平位移监测2次凋1次/3天1次/I天1次/3天围护顶部垂直、水平位移监测//1次/I天1次/3天立柱桩垂直位移监测//1次/I天/8.3.11建筑物的沉降观测1、基础沉降观测控制网主要技术要求指标如下（1）技术要求，见表8-3-3。表8-3-3控制网主要技术要求指标表变形测量等级相邻基准点高差中误差测站高差中误差往返较差及附合或环线闭合差检测已测测段高差之差一AA-二寺±1.0±0.30三0.6、'n<0.^'n（单位：mm,n——测站数）采用精密数字水准仪，进行精密水准测量。（2）沉降观测点的布设为了能够反映出建构筑物变形特征和准确的沉降情况，沉降观测点要埋设在变形明显且便于观测的位置。要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点之间间距以10-15米为宜，均匀地分布在建筑物的周围、高低跨两侧、后浇带两侧及特殊部位。设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。从基础底板开始到±0.000层，埋设临时观测点，±0.000按规定埋设永久观测点。（3）观测频次根据编制的沉降观测方案及确定的观测周期进行。建构筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则沉降观测得不到原始数据，而是整个观测得不到完整的观测意义。其他各阶段的复测，根据工程进展情况必须定时进行，不得漏测或补测。首次观测应自基础开始，在基础的上按设计好的位置埋设沉降观测点（临时的），等临时观测点稳固好，进行首次观测。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定。随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测，直到±0.000层再按规定埋设永久观测点（为便于观测将永久观测点设于+500mm高处）。然后每施工二层就复测一次，直至竣工。（4）观测方法及要点采用独立高程体系，闭合法几何水准测量。固定的测量仪器为：S05级数字水准仪测量，见表8-3-4。表8-3-4控制点技术要点视线长度前后视距差前后视距累积差视线高度20m〜30m<2.0m<3.0m>0.3m沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则。所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要固定；观测时的环境条件基本一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。（5）数据处理与分析沉降观测采用数字水准