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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法与
2、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4.2.1 地表沉降最终位移的预测4.2.2 隧道内部位移变
3、形的预测4.2.3 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。
4、由于城市地下工程周围环境的复杂性，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。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程建
5、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（GB 502991999），地下铁道监控量测项目如图11和12所示：地表隆陷隧道隆陷A类项目盾构施工土
6、体内部位移（垂直和水平）衬砌环内力和变形土层压应力B类项目图11 地铁盾构施工监测项目A类项目地表、地面建筑、地下管线及构筑物变化拱顶下沉围岩及支护状态周边净空收敛位移岩体爆破地面质点振动速度和噪声围岩及支护状态围岩内部位移围岩压力及支护间应力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B类项目隧道浅埋暗挖法施工图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。这是因为变形信息的获取简单，
7、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：反馈设计施工现场施工监控量测监测设计量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及反
8、分析监测结果的综合评价量测结果的形象化、具体化报送设计、监理单位地层支护结构安全稳定性判断经验类比理论分析甲方、规范要求等地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议是否改变设计、施工方法新设计施工方法调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施资料调研施工组织设计否是图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。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
9、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
10、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
11、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，更主要的是根据位移等的量测结果进行修正和调整。在暗挖地铁车站的施工中，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
12、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。
13、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。- 85 -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
14、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测试元件与仪器1围护结构围护桩墙1 墙顶水平位移与沉降精密水准仪经纬仪2 桩墙深层挠屈测斜仪3 桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪 4 桩墙水平土压力土压计、渗压计、频率仪2水平支撑轴力钢筋应力传感器、频率仪、位移计 3冠梁和腰梁1 内力钢筋应力传感器、频率仪 2 水平位移经纬仪4土钉拉力钢筋应力传感器、频率仪 5锚索拉力锚索测力传感器、频率仪6立柱沉降精密水准仪 7基坑底基坑底部回弹隆起PVC管、磁环分层沉降仪或水准仪8相邻环境监测地层1 地面水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪92 地中水平位移测斜管、测斜仪103 地中垂直位移PVC管、磁环分层沉降仪或水准仪114 土压力电测水位计12地下水1 坑内地下水位水位管、水位计132 坑外地下水位水位管、水位计143 空隙水压力水压计15建筑物1 地下管线水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪162 道路水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪173 建筑物水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪184 建筑物倾斜经纬仪、垂准仪195 道
