地铁监测技术方案

天河城购物中心项目地铁3号线和平路站地铁保护区监测技术方案天津天河城购物中心项目地铁3号线(和平路站)地铁保护区监测技术方案编写：审核：审定：天津市勘察院2014年1月目录1.概况 .监测方案编写依据1）《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；2）《城市测量规范》CJJ/T8-2011；3）《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006；4）《天津市轨道交通地下工程质量安全风险控制指导书》；5）《工程测量规范》GB50026-2007；6）《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；7）《地下铁道工程施工及验收规范》(2003版)(GB50299-1999)；8）《建筑基坑监测技术规范》（GB50497-2009）；9）建设单位提供的铁道第三勘察设计院集团有限公司出具的《天河城购物中心工程基坑工程对天津地铁3号线和平路站影响专题报告》；10）国家其他测量规范、强制性标准。3.监测目的、范围及相关监测项目报警值3.1监测目的随着工程施工，受卸载和基坑降水等的影响，地铁结构的受力情况将发生改变，易产生变形，因此必须对地铁结构进行变形监测。通过监测工作的实施，掌握在该项目施工过程中地铁工程结构的变化，为建设方及运营方提供及时可靠的数据和信息，评定项目施工对既有线结构和轨道的影响，为及时判断既有线结构安全和运营安全状况提供依据，对可能发生的事故提供及时、准确的预报，使有关各方有时间做出反应，避免恶性事故的发生，确保天津地铁3号线运营安全。3.2监测范围本项目基坑所对应的范围同地铁3号线和平路车站的范围相当，监测范围为3倍基坑开挖深度范围(DK12+961～DK13+220)，共计监测范围为259米。3.3监测项目为保证地铁结构的安全，在基坑施工的各步措施中必须对地铁结构及轨道道床进行现场监测。根据铁道第三勘察设计院集团有限公司提供的《天河城购物中心基坑工程对天津地铁3号线和平路站影响专题报告》，本工程主要有以下几项监测项目：1、地铁车站监测项目：（1）车站结构竖向位移监测；（2）车站结构水平位移监测；（3）轨道横向差异沉降监测； （4）车站结构侧墙水平位移监测；（5）变形缝相对沉降监测；（6）负一层底板沉降监测；（7）风亭结构的竖向位移监测；(7)地铁车站附属结构竖向位移监测。2、盾构隧道监测项目：（1）盾构隧道竖向位移监测；（2）盾构隧道水平位移；（3）盾构隧道收敛监测。3、地铁结构新开裂缝监测。4、车站、车站附属结构、盾构隧道区间巡查。3.4控制值及报警值根据铁道第三勘察设计院集团有限公司提供的《天河城购物中心基坑工程对天津地铁3号线和平路站影响专题报告》确定以下监测项目的报警值：（1）车站主体及附属结构破坏以裂缝控制为标准，地铁结构新开裂缝宽度＜0.2mm；

（2）地铁车站控制指标：控制项目累计值（mm）报警值（mm）变化速率（mm/d）车站结构竖向位移1050.5车站结构水平位移1050.5轨道横向差异沉降4mm/10m————车站结构侧墙水平位移2.5mm/10m————变形缝相对沉降5mm————负一层、车站附属结构、风亭竖向位移1580.5（3）盾构隧道控制指标：控制项目累计值（mm）报警值（mm）变化速率（mm/d）盾构隧道竖向位移1050.5盾构隧道水平位移640.5隧道收敛监测540.5注：L指沿轨道方向两个相邻监测点之间的距离。以上监测项目及控制值需报地铁运营及地铁管理部门备案确认后执行。

4.工期计划监测项目监测频率围护结构施工土方施工地下结构施工至跟踪至监测数据收敛基准网监测每月1次地铁车站监测频率车站结构竖向位移24小时监测24小时监测24小时监测24小时监测车站结构水平位移每周2次每周2次每周2次每周2次轨道横向差异沉降每周2次每周2次每周2次每周2次车站结构侧墙水平位移每周2次每周2次每周2次每周2次变形缝相对沉降24小时监测24小时监测24小时监测24小时监测负一层底板沉降监测每周2次每周2次每周2次每周2次地铁车站附属结构监测频率车站附属结构竖向位移每周2次每周2次每周2次每周2次通道、风亭变形监测每周2次每周2次每周2次每周2次盾构隧道监测频率盾构隧道竖向位移监测24小时监测24小时监测24小时监测24小时监测盾构隧道水平位移每周2次每周2次每周2次每周2次隧道收敛每周2次每周2次每周2次每周2次车站、隧道、附属结构巡查每周2次每周2次每周2次每周2次说明：车站结构、隧道结构竖向位移监测为24小时自动化不间断实时监测，其他人工监测项目暂定为每周两次，具体情况根据工程实际情况而定。监测停止应视数据变化收敛情况而定，当监测数据的发生异常时应增大监测频率以保证地铁运营安全。5.拟投入人员情况序号姓名本项目职务工作年限证书编号1邢卫民项目经理210583842纪海东项目副经理10I0112893贾志强技术负责7I0113064潘小波技术员5J0295185张敏技术员5J0295146范鹏程技术员5J0295167侯金波技术员3J0652638陈欣技术员79张香林技术员710孙卫国安全保障组组长31人数总计10

6.拟投入的仪器设备清单序号仪器、设备名称单位数量技术精度要求备注1静力水准仪个50分辨率：0.01mm精度：±0.1mm2TS30全站仪台2测角精度0.5”测距精度为0.6mm+1ppm×3固定棱镜个1524天宝DINI03水准仪台20.3mm/km5计算机台36车站附属结构变形监测点个157负一层沉降监测点个117.安全质量保证措施1）作业前，监测项目负责人根据项目具体情况合理配备监测小组人员及测量仪器，责任到人。2）监测项目技术负责人组织监测人员进行技术交底，学习相关规范、监测技术规范以及监测作业指导书，在项目负责人带领下开展监测工作。3）监测工作所需的全部仪器必须按规定进行检定、校验和检验。仪器在使用过程中，严格按照规定程序操作，以免测量仪器受损。仪器管理采用专人专用、专人保养、专人校验。4）监控量测人员详细了解施工动态，合理分析数据，与地铁运营公司、项目建设单位紧密联系，为信息化施工作好几方的配合工作。5）监控量测单位按信息反馈要求，及时向项目建设单位、监理单位等相关单位，提供真实可靠的监测数据。8.应急预案8.1预案编制目的为了完善天河城购物中心工程应急工作机制，在为地铁管理部门提供真实可靠的监测数据的前提下，我院将在天河城购物中心工程出现突发事件、紧急情况和较大变形情况下，迅速有序地开展相应的应急监测工作，及时了解相关监测项目的变形情况，进而为甲方、监理、设计、施工、地铁管理部门等各相关方采取必要的应急处理措施，从而减少事故损失，确保地铁3号线的正常运营。8.2突发事件、紧急情况及风险源分析8.2.1从现场工程状况中可以知道，天河城购物中心工程可能出现的突发事件及紧急情况可能有以下几个方面：测量点的损坏（基准点破坏、测点损坏）；现场供电故障导致远程监控系统不能正常采集数据；监测仪器的故障。8.2.3应急组织机构天河城购物中心工程监测应急小组有项目经理担任组长，现场负责人为副组长，现场监测人员为小组成员，对出现的问题进行分析，及时通知甲方、监理、设计、施工、地铁管理部门等各相关方采取必要的应急处理措施。8.2.4在监测过程中，如果出现了8.2.1中的突发事件及紧急情况，我方8.3监测预报警及消警8.将监测过程中监测点的预警状态按严重程度从小到大分为二级：监测预警状态：“双控”指标（累计变化量、变化速率）之一超过监测控制值的80%。监测报警状态：“双控”指标（累计变化量、变化速率）之一超过监测控制值，或实测变化速率出现急剧增长。若有监测数据达到预警值，及时将监测数据以电子邮件或电话通知等方式通知建设单位、监理、施工及地铁管理部门，及时调整监测方案，跟踪监测。随后将纸质文件及联系单正式发送建设单位和地铁管理部门。8.根据以上监测预警机状态，建立预警、消警管理体系如图8-1，8-2。图8-1预警管理体系图

图8-2消警流程管理图9.信息反馈每天监测工作结束后，由监测小组成员及时对监测数据进行整理，确保无误后交与组长核查，组长对上次监测数据与本次监测数据进行综合对比、分析，及时提出相应的意见及建议，报与项目技术负责人审核，待技术负责人审核结束后，再将结果报与建设单位、施工单位、监理单位、设计单位及相关部门，若有监测点接近预警值，及时将监测数据以电子邮件或电话通知等方式通知建设单位、施工单位、监理单位、设计单位及相关部门，采取相应的保护措施，避免事故的发生。随后将纸质文件及联系单正式发送与建设单位、施工单位、监理单位、设计单位及相关部门。同时在基坑施工过程中我方会以日报的形式将每天监测的结果报送与建设单位、施工单位、监理单位、设计单位及相关部门，并根据施工工况，分阶段提交阶段性监测报告，待工程封顶后，跟踪测量至地铁结构变形收敛稳定后，向地铁运营公司提交地铁保护区监测总结报告及停测申请（需甲方加盖公章），经地铁运营公司批准后停止监测工作。10.监测项目实施方案10.1监测重点本工程基坑的围护结构同地铁车站、风道的围护结构共用，受卸载和基坑降水等影响，基坑对应的地铁3号线里程DK12+971～DK13+220范围内受基坑开挖影响较大应进行重点监测。10.2监测断面布置本工程在地铁3号线和平路站及隧道监测范围内，静力水准仪共布置48个监测断面，其中J1-J5，J21-J24为地铁隧道区间监测断面，J6-J20、J30-J44为地铁车站监测断面。车站位置每个监测断面间隔为10米，共计布设30个监测断面(J6-J20、J30-J44)。隧道区间共布设18个监测断面(J1-J5、J21-J44、J25-J29、J45-J48），每个监测断面间隔15米，在左右线结构及轨道道床均布设监测断面及监测点。在车站及隧道接触部位存在两个结构缝，在这两个结构缝位置两边各布设一个断面（J5-J6、J20-J21、J29-J30、J44-J45），并且该断面距结构缝距离为0.5～1.0米，加强对结构缝的变形监测,断面布置图详见附图。地铁车站、隧道共计布设36个隧道、道床结构水平、竖向位移监测断面，在车站位置，地铁车站每个监测断面间隔13米，共计布设24个监测断面（4-15、22-33）。地铁隧道在距结构缝1米位置布设一个监测断面，向隧道方向每隔25米距离布设一个监测断面，隧道区间共计布设12个监测断面（1-3、16-21、34-36）,在左右线结构及轨道道床均布设监测断面及监测点,断面布置图详见附图。在地铁车站附属结构地面位置，每隔8～12米布设一个沉降监测点，共计布设15个附属结构沉降监测（F1-F8、TD1-TD7）,断面布置图详见附图。在负一层底板上每隔20米布设一个竖向位移监测点，共计布设11个竖向位移监测点（C1-1-C1-11）,断面布置图详见附图。在基坑施工工作开始之前，应对所有监测点位进行测量，得到本项目地铁保护区监测初始值，为以后的监测数据对比分析提供依据，切实保证地铁3号线安全运营。10.3监测方法10.3.1车站结构、盾构隧道结构竖向位移监测监测点的布设本项目竖向位移监测点共布设50个静力水准监测点。在基坑影响范围外布设2个静力水准基准点，静力水准基准点布设在远离变形区以外，并远离承压水影响范围。本监测项目共布设50个静力水准仪。具体布设方法如下：1)在基坑开挖对应的地铁车站里程范围内，按每10m布设一个监测点（J6-J20、J30-J44），共计布设30个监测断面2)在基坑开挖对应的地铁车站里程范围外，每15m布设一个监测断面(J1-J5、J21-J44、J25-J29、J45-J48），共计18个监测断面；静力水准测量原理及布设静力水准系统是根据相连的容器中液体总是寻求具有相同势能的原理来测量监测点和基准点彼此之间的垂直高度的差异和变化量。如图10-1示：图10-1静力水准系统测量原理设共布设有n个测点，1号点为基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参考高程面▽H0间的距离则为：Y01、Y02……Y0i…Y0n(i为测点代号0，1……n)；各测点安装高程与液面间的距离则为h01、h02、h0i…h0n则有：Y01＋h01＝Y02＋h02＝…Y0i＋h0i＝…Y0n＋h0n(1)当发生不均匀沉降后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面▽H0的变化量为：Δhj1、Δhj2…Δhji…Δhjn（j为测次代号，j=1，2，3……）；各测点容器内液面相对于安装高程的距离为hj1、hj2、…、hji、…、hjn。由图可得：（Y01＋Δhj1）+hj1＝（Y02＋Δhj2）＋hj2＝（Y0i＋Δhji）＋hji＝（Y0n＋Δhjn）＋hjn(2)则j次测量i点相对于基准点1的相对沉陷量Hi1Hi1＝Δhji－Δhj1(3)由（2）式可得：。Δhj1－Δhji＝(Y0i＋hji)－(Y01＋hj1)＝(Y0i-Y01)＋(hji-hj1)(4)由（1）式可得：(Y0i－Y01)＝－(hoi＋h01)(5)将（5）式代入(4)得：Hi1＝(hji－hj1)－(hoi－h01)(6)在（6）式中，(hji－hj1)为在第i次测量中j点液位传感器测得的相对于初始观测值的位移量，(hoi－h01)为在第i次测量中1点液位传感器测得的相对于初始观测值的位移量。即只要测得任意时刻各测点液位传感器测得的相对于初始观测值的位移量，则可求得该时刻各点相对于基准点的相对高程差。本项目在每个监测点点位布设静力水准仪，静力水准仪使用专用支架及配套工具布设在隧道壁，既保证仪器与隧道壁连接紧密，真实反映地铁既有线路结构的沉降变化，同时严格避免侵入设备限界。布设图如图10-2及10-3所示。图10-2静力水准监测示意图图10-3静力水准安装图10.3.2变形缝相对沉降监测由于和平路站与和平路至津湾广场站隧道区间及和平路至营口道站隧道区间结构缝在基坑影响范围内，受卸载和基坑降水等的影响，结构缝处易产生变形，应重点监测。结构缝差异沉降监测采用静力水准测量系统，在结构缝两侧0.5米～1米处各布设一个结构竖向位移监测点（J5-J6、J20-J21、J29-J30、J44-J45），监测点布设详见附图，通过对结构缝两侧结构进行沉降监测，计算结构缝差异沉降值。通过对车站和隧道区间结构缝差异沉降监测，及时了解结构缝两侧差异沉降变化，确保天津地铁3号线运营安全。10.3.3车站结构、盾构隧道结构10.3.车站结构、隧道结构和轨道道床变形监测共布设32个监测断面，监测断面布设图详见附图，具体布设方法如下：1)在基坑开挖对应的地铁车站里程范围内，按每13m布设一个监测断面（4-15、22-33）共计布设24个监测断面；2）在基坑开挖对应的地铁车站里程范围外，每25m布设一个监测断面（1-3、16-21、34-36），共计12个监测断面。本项目在隧道结构每个监测断面布设4个监测点，其中轨道道床两侧各布一个监测点，隧道区间两侧的中腰位置各布一个监测点，如图10-4示，1#、2#、3#、4#为水平位移监测点，1#、4#兼为隧道收敛监测点，2#、3#兼做轨道横向差异沉降监测点，通过监测各点的坐标变化反映隧道结构的收敛、结构水平位移及车站结构侧墙水平位移变化情况。图10-4盾构隧道结构变形监测断面布点图本项目在地铁车站每个监测断面布设4个监测点，其中轨道道床两侧各布一个监测点，隧道区间两侧的中腰位置各布一个监测点，如图10-5，1#、2#、3#、4#为水平位移监测点，2#、3#兼做轨道横向差异沉降监测点，通过监测各点的坐标变化反映车站结构水平位移、轨道横向差异沉降及车站结构侧墙水平位移变化情况。图10-5车站结构变形监测断面布点图布设监测点应严格注意避免侵入设备限界，布设时根据现场实际情况及运营监测长期监测点位置进行调整。监测布设的小棱镜如图10-6所示。图10-6监测小棱镜监测基准点的布设根据地铁内部结构现状，建立独立坐标系，本项目在地铁监测区域影响范围外布设4个基准点。采用后方交会的方法进行监测,架设全站仪的控制点采用强制归心测量标，减小仪器对中误差，提高测量精度。平面控制基准点的布设应遵循以下原则：（1）基准点设置在远离变形区域的车站或隧道中；（2）相邻点之间通视良好，方便基准点之间相互校核；（3）基准点布设应安全稳固，同时严格避免侵入设备限界。基准点的稳定性分析基准点的稳定性是一个相对稳定的概念，由于受到周围环境的影响，基准点有时会产生位移，对基准点的稳定性分析是变形观测数据处理时不可忽视的重要内容。每个月应对基准点进行一次复测，并对基准点的稳定性进行分析。控制基准点的稳定性利用基准点的初始坐标和后期观测的坐标进行比较分析。利用基准点的初始坐标和后期观测的坐标求出这两套坐标系之间的转换参数，然后利用转换参数将后期变形点的坐标转换到初始坐标系中，再与初始的基准点坐标进行比较，得到差值。对基准点转换后的残差构成统计量，作假设检验。主要步骤如下：1)设基准点初始坐标为X0＝（，，,，，…，，）；2)基准点后期坐标为X1＝（，，，，，…，,）；3)通过这两组坐标求出转换参数，然后转换X1到X0所在的坐标系，得到后期坐标在初始坐标系中的坐标X2＝（，，,，,…，,）；4)求得残差V=X2-X0，构成统计量5)选择置信水平α，查取在α置信水平下的分位值，如果Г值小于分位值则接受，否则剔除i点；6)剔除点后用保留的点再次进行转换，然后再次进行假设检验，方法同上，重复迭代直到所有的点都符合要求为止。监测实施对于车站、隧道结构和轨道道床的水平位移监测采用高精度徕卡TS30全站仪（测0.5”0.6mm+1ppm×D）极坐标的方法观测如图10-7所示，徕卡TS30全站仪和配套的自动观测软件能够实现对地铁图10-7TS30高精度全站仪监测地铁隧道示意图10.3.4隧道收敛监测对于隧道收敛监测可以根据同一断面的两个监测点的水平坐标，求得两点之间的距离，同一断面的观测环境基本一致，在断面坐标之间求差可以消除多种误差因素的影响，可以准确反映隧道收敛的变化。10.3.5车站附属结构、风亭、负一层底板沉降监测在地铁车站附属结构地面位置，每隔8—12米布设一个沉降监测点，共计布设15个附属结构沉降监测（F1-F8、TD1-TD7）。在负一层底板上每隔20米布设一个竖向位移监测点，共计布设11个竖向位移监测点（C1-1-C1-11）。本项目拟采用水准仪对各个监测点组成水准线路进行监测，通过每次的高程变化即可算出车站附属结构、负一层底板的变形情况。图10-8车站附属结构变形监测10.3.6车站附属结构差异沉降监测根据车站附属结构变形监测点测出的沉降数据，对相邻的两个监测点的监测数据对比，即可计算出车站附属结构差异沉降监测。10.3.7轨道横向差异沉降根据车站结构布设的监测断面，2#、3#兼做轨道横向差异沉降监测点，通过监测各点的高程变化反映轨道的横向差异沉降。10.3.8结构裂缝监测对于地铁结构裂缝监测，应重点监测的内容包括裂缝的位置、走向、长度和宽度。主要的或变化大的裂缝应进行观测以便根据这些资料分析其产生裂缝的原因和它对地铁的影响；及时采取措施进行处理对于需要观测的裂缝应进行统一的编号。对于裂缝的监测采用裂缝综合测试仪如图10-9。图10-9裂缝综合测试仪裂缝综合测试仪集裂缝深度、宽度测量于一体的专业裂缝综合测试仪,裂缝宽度实时自动识别、判读，确保微细裂缝的判读准确；被测物体表面裂缝原貌实时显示在4.3寸彩色屏幕上，可以存储10000张裂缝原貌图像，并可将图像传输至U盘；显微传感器即插即拔，操作方便、可靠；具有独特的自校准功能，可用标准刻度板进行校准，操作方便、可靠。强大的文件管理功能，信息查询更加方便、快捷；专业的分析处理软件对裂缝进行更深入的分析，并生成检测报告。10.3.9车站、地铁隧道区间巡查对于车站、隧道区间巡查的具体步骤如下：（1）定期对监测范围内的错台、裂缝、混凝土脱落、积水和渗水进行巡视和拍照。（2）现场踏勘、对于新发现的裂缝，做好记录，及时埋设观测标志进行量测。观测并记录已有裂缝的分布位置，裂缝的走向、长度和深度。（3）对于新发生的混凝土脱落，分析混凝土脱落的原因，观测并记录已有混凝土脱落的位置、区域面积及混凝土块大小等。（4）对于发现有渗漏的地方进行观测，测量出渗漏面积和渗漏程度，并对渗漏作出分析。10.4监测系统的构成对车站、隧道结构竖向位移监测、车站隧道变形缝差异沉降监测实施远程自动化监测，对轨道道床竖向位移监测、隧道纵向差异沉降监测、隧道收敛监测、风道、通道竖向位移监测实施人工监测。10.4.1自动化监测系统由传感器子系统、数据采集与传输子系统和数据管理子系统和数据管理与分析子系统构成。远程监测系统构成如图10-10：图10-10自动化监测系统构成本项目对既有线路结构竖向位移监测采用静力水准测量系统，该系统由静力水准仪、数据采集系统和数据采集分析软件等组成，是一种用于测量多点相对沉降的高精密测量系统。使用静力水准系统，可以保证24小时不间断进行沉降监测，具有精度高、自动化性能好、操作便利等特点，且无需监测人员下轨作业，是地铁运营监测中进行沉降监测的理想选择。静力水准仪（连通液位沉降计）是一种电感调频的总线型位移计，由电感传感器、液缸、浮子等部件组成。如图10-11静力水准仪结构原理图，是一种电感调频的总线型位移计，可测得任意时刻液缸内水位变化情况，并输出位移量。静力水准仪灵敏度0.01mm，精度0.1mm。图10-11静力水准仪结构原理图静力水准仪安装在隧道壁上，并使用液体连接管和数据传输线连接。使用数据传输线将静力水准仪与数据采集箱连接，数据采集箱可以对静力水准仪做前端的数据采集以及将数据进行无线传输。其安装效果如图10-12示：10-12静力水准系统安装效果图在办公地点安装配套的软件后，可以远程控制静力水准系统进行数据采集，并实时作出相应的数据分析。采集到的数据经过程序计算处理，可形成完整的监测报告。监测界面如图10-13示：图10-13静力水准系统数据采集界面10.4.2本项目采用徕卡TS30全站仪和配套的硬件、软件实现地铁结构、轨道道床水平位移监测及收敛监测。徕卡TS30自动化全站仪，又称“测量机器人”，该仪器精度高、