课程设计任务书人行地下通道监控量测方案.docx

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安徽建筑大学
——课程设计任务书

课程名称：《岩土工程》

学生姓名：
学 号：
班 级： 地质一班
指导教师： 汪东林

目 录

一、设计资料 1
二、监控量测目的和意义 2
三、监控量测内容 2
四、测试的方法和测试工具 3
4.1、地质及支护状况观察 3
1、洞内观察 3
2、 地质描述 3
4.2、周边位移量测 4
1、量测原理 4
2、量测手段 4
4.3、拱顶下沉量测 4
1、量测原理 4
2、量测方法 4
4.4、地表下沉量测 4
1、量测原理 4
2、量测方法 4
4.5、围岩体内位移量测 5
1、量测原理 5
2、量测手段 5
五、监测断面和监测点的布置 5
5.1、监测断面的布置 5
5.2、监测点的布置 6
六、监测频率的确定 7
七、各个监测项目的监测控制标准 8
7.1、地下洞室的变形监测 8
7.2、工程周围地表的沉降监测 9
7.3、地表、地表建筑、地下管线和结构物沉降的监测 9
7.3.1、建筑物变形监测  9
7.3.2、地下管线的变形监测  10
八、监测数据分析及处理方法以及监控量测管理。 11
8.1、监测数据分析及处理方法  11
 8.2、监控量测管理  12
8.3、信息反馈处理方法 12
8.3.1、监测反馈的程序 12
附图： 14
1、 监测断面布置图 14
2、 各个监测项目监测点布置图 15
九、主要参考资料： 15

16
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一、设计资料
某地下人行通道在道路两侧及路中BRT站台处分别设置出入口。通道主体断面形式为拱顶直墙，开挖跨度为6.54米，开挖高度5.1米，通道长约52米。结构覆土厚度约为4米。
此通道所处位置地貌单元属南淝河一级阶地，上部第四系覆盖层厚度约19.0m，根据探测报告显示上部覆土1.6～5m为杂填土，结构顶局部含有淤泥质填土，对施工不利，。结构底部位于粉质粘土中，与下层粉细砂联通，底板以下粉土夹粉细砂中赋存承压水，承压水头3m。所处位置及断面设计如图3和图4所示。

图3 地下通道平面图

图4 地下通道断面设计图
二、监控量测目的和意义
在岩土中修建地下工程，由于对地下工程设计合理性进行理论分析牵涉问题多，比较困难，其主要原因是：岩土的复杂性；‚施工方法难以模拟性；ƒ围岩结构—支护（围护）互相作用的复杂性。同时城市地下工程周围环境一般比较复杂，因此有必要通过信息化施工，及时了解施工过程中围岩与支护结构的状态。及时反馈到设计与施工中去，以确保地下工程施工和周围建（构）筑物安全。作为信息化施工的最基础工作，监测显得非常重要。城市地下工程监测的主要目的如下：
（1） 通过监测了解地层在施工过程中的动态变化，明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节。
（2） 通过监测了解支护结构及周边建（构）筑物的变形及受力状况，并对其安全稳定性进行评价。
（3） 通过监测了解施工方法的实际效果，并对其进行适用性评价。及时反馈信息，调整相应的开挖、支护参数。
（4） 通过监测、收集数据，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。
三、监控量测内容
类别
监测项目
监测仪器
测点布置
必
测
项
目
开挖地层与支护结构状态
地质素描及拱架支护状态观察
每一次开挖
拱顶下沉
水准仪和水准尺
每10米一个断面
地表、地表建筑、地下管线及结构物沉降
水准仪和水准尺
每10米一个断面
支护周边净空收敛
收敛计
每10米一个断面、每个断面2个测点
选
测
项
目
土体与支护结构间压力、初衬与二衬压力
土压力盒
选择代表性的地段设监测断面，每个断面7个测点
钢筋格栅拱架内力
钢筋计
选择代表性的地段设监测断面，每个断面5~10个测点
初期支护、二次支护内力及表面应力
混凝土应变计
选择代表性的地段设监测断面，每个断面10~15个测点
孔隙水压力
刚弦式孔隙水压力计
和拱顶下沉断面一致
四、测试的方法和测试工具
4.1、地质及支护状况观察
1、洞内观察
A、对开挖后没有支护的围岩的观测
B、对开挖后已支护地段围岩动态的观测
C、观测围岩破坏形态并分析

2、 地质描述
4.2、周边位移量测
1、量测原理
隧道开挖后，改变了围岩的初始应力状态，是由于围岩应力分布引起洞壁应力释放的结果，使围岩产生了变形，洞壁有不同程度的向内净空位移。在开挖后的洞壁应及时安设测点，可采用不同的观测手段，量测两测点的相对位移值。
2、量测手段
周边位移可采用收敛计、位移测杆等量测。
4.3、拱顶下沉量测
1、量测原理
由已知高程的临时或永久水准点，使用较高精度的全站仪等，就可以观测出隧道拱顶各点的下沉量及其随时间的变化情况。
2、量测方法
拱顶下沉可用多种方法量测，常见的方法有收敛计量测、全站仪量测等。
4.4、地表下沉量测
1、量测原理
通过地表下沉量的多少和下沉的快慢，可以判断分析隧道洞口围岩是否稳定，为设计优化支护参数提供可靠的数据，保证施工安全。
2、量测方法
A、基点布设
B、测点布设
C、量测
4.5、围岩体内位移量测
1、量测原理
由于隧道开挖引起围岩应力变化与相应的变形，距离临空面不同深度处是各不相同的。围岩内部位移量测，就是观测围岩表面与内部各测点间的相对位移值。
2、量测手段
采用多点位移计量测。
五、监测断面和监测点的布置
5.1、监测断面的布置
应该指出，《锚杆喷射混凝土支护技术规范》对观测断面间距并没有明确规定，而原国家标准则对观测断面间距规定如下:对一般性观测断面（必测项目断面），观测断面间距为20~50m；对系统观测断面，仅规定选择有代表性的地段测试。该规范同时规定，测点布置的数量与地质和工程有关。对地质条件差和重要的工程，应从密布点。
系统观测断面间距，其位置与数量由具体需要满足，对洞泾小于15m的长隧道，在一般围岩条件下，应200~500m设一个断面。
地表下沉观测结果与埋深关系很大，其观测断面间距如表1所示。
埋深h与隧道跨度D关系
测点距离/m
h<D
5.0~10.0
D<h<2D
10.0~20.0
h>2D
20.0~50.0
表1
拱顶下沉。周边位移量测断面间距与隧道长度、围岩条件和施工方法等多种因素有关，一般可按GBJ50086—2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的规定确定，见表2。
围岩
条件
洞口附近
h<2D
施工进展200m前
施工进展200m后
硬岩地层（断层破碎带除外）
10
10
20
30
软岩地层（不产生很大的韧性地压）
10
10
20
30
软岩地层（产生很大的塑性地压）
10
10
20
30
土、砂
10
10
10~20
30
表2
如果在施工过程中发生塌方等险情，需要根据监测数据进行确定工程处理的时机和措施，则应根据实际需要确定量测断面间距。
5.2、监测点的布置
监测点的布设原则应在监测方案之上，根据工程实际中盾构穿越的地质条件、周边环境、盾构机类型、盾构施工工艺进行合理化调整和补充，一般遵循的基本布点原则如下：
（1）按监测方案在现场布设观测点，当现场情况发生变化时，应及时调整布点。
（2）测点应布设在设计要求的关键部位，通过监测数据信息反馈，可以辅助设计及时调整方案，进一步指导施工。
（3）各项目的监测点既能反映对象的变形特征，又便于仪器监测，且有利于测点保护。
（4）监测点的位置不能妨碍正常施工，同时不会影响结构的正常受力状态，导致结构损伤。
（5）各项目布点的空间位置应保持一致，在同一监测断面内的各项目的监测数据可以相互验证。
（6）应严格按照相关规范埋设测点、采集初始值、并准确记录。
（7）监测点遭到破坏时，应及时在原位置增补测点。如果原位置无法补点，应在紧临原位置附件补点，并确保补点数据同样能反映对象的变形特征，确保监测数据的连续性。
六、监测频率的确定
各观测项目原则上应根据其变化的大小和距工作面距离确定观测频度。如洞周收敛位移和拱顶下沉的观测频度可根据位移速度及离开挖面的距离而定。当不同的测线和测点位移量值和速度不同时，应以产生最大位移者来确定量测频度，整个断面内各测线和测点应采用相同的观测频度。
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》规定的观测频度为：在隧道开挖或支护后的半个月内，每天应观测1~2次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍洞泾的距离后，每2天观测一次；1~3个月期间，每周测读1~2次；3个月以后，每月测读1~3次。若设计有特殊要求，则可按设计要求执行。若遇突发事件或原因，参量发生异常变化，则应按特殊观测要求执行，即应加强观测，增加观测频度。
日本《测量指南》规定的观测项目与观测频度如表3所示。
类型
项目
量测次数
0~15天
16~30天
31天以上
A测量
洞内观察及调查
1次/天
1次/天
1次/天
收敛位移、拱顶下沉
1次/天
1次/2天
1次/周
B测量
围岩内部位移，锚杆轴向力衬砌应力
1~2次/天
1~2次/天
1次/周
洞内弹性波速度
1次
1次
1次
表3
七、各个监测项目的监测控制标准
7.1、地下洞室的变形监测
拱顶下沉监测与底板上隆监测（见图1）
因本工程属于浅埋的地下工程，冒顶坍塌可能是比较容易发生的破坏性态。因此，应特别注意拱顶下沉的监测。 
（1）监测目的 拱顶下沉和底板上隆监测值反映地下工程结构安全和稳定的极其重要的数据，是支护力学形态变化的最直接、最明显的反映。 
（2）测点的埋设 拱顶沉降与底板上隆测点与地面的沉降测点在一个断面，方便与地面的沉降相对比，拱顶下沉的水准基点可布设在洞内和洞外，但要布设牢固，易于测量。在施工的整个过程中都要保护测点不被破坏，使监测不间断。 
（3）数据的处理 同一个测点，拱顶下沉计算式U=Ui-Ui-1，U为第i次的沉降值。数据分析与地表沉降的分析一样，采用沉降历时分析。 
（4）监测的控制标准 拱顶下沉总量不超过30毫米，上隆不超过20毫米。

图1
7.2、工程周围地表的沉降监测
本通道地处长江中路与飞凤街交叉口，通道下穿长江中路，通道正上方为路面和BRT站台，路面周围有建筑物众多，属于人流高聚地。 
（1）设置基点  在监测对象的沉降影响范围以外，寻找城市中的永久水准点，或工程施工时使用的临时水准点作为基点，基点要有足够的个数，并要能构成水准控制网，不可选那些在沉降影响范围内的基点，不可选取不能直接观察到监测对象的基点。要求对基点进行定期的校核，防止出错。 
（2）沉降测点的埋设  在地表钻孔，然后放入长20-30厘米，直径20-30毫米的园头刚筋，四周用水泥砂浆填实。 
（3）测量方法  观测方法采用精密水准测量方法。利用基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不能超过0.3毫米，不在水准路线上的观测点，一个测站不能超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测时，对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0毫米，取平均值作为初始值。 
（4）沉降值计算 在本工程段，长度并不太长，可以尽可能布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求的各点高程。施工前2，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始工程H0，在施工过程中测出的工程为Hn。则高差△H=Hn-H0即为沉降值。 
（5）地表沉降分析   对某一断面沉降采用沉降历时分析，做出地表沉降历时曲线。对地下通道工程来说，地表沉降测点与洞内测点布置在同一断面，以便不同的观测数据相互印证，地表沉降测点沿隧道纵向的间距为10米。 
（6）地表沉降基准值  根据有关经验和标准设定为30毫米，当达到累计沉降30毫米。则要加强监控，甚至商讨设计的合理性。
7.3、地表、地表建筑、地下管线和结构物沉降的监测
7.3.1、建筑物变形监测 
建筑物变形监测项目包括沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测。因本工程采用浅埋暗挖法施工，对周围的建筑物影响不可不考虑，为了确保建筑物的安全，应进行建筑物的相关监测。 
（1）建筑物沉降监测 与地表沉降监测大体一致，只是选点在建筑我的主题承重的柱子或墙上。另外注意选点要可见，基点要在沉降影响范围外。 
（2）建筑物水平位移监测的测点布置、观测方法与地表水平位移的观测大体一样。可以用沉降观测点作为水平位移测点。 
（3）建筑物的倾斜监测就是对建筑物的倾斜度，倾斜方向和倾斜速率进行测量。远离在建筑物上找上下两个在一条垂线上的点，然后利用经纬仪观测这条线是否发生倾斜，发生倾斜的方向，速率。 
（4）建筑物的裂缝观测主要靠目测巡检，在巡检中发现建筑物出现裂缝，则就要加大观测力度了。并标记裂缝的位置，大小。当发现裂缝时，在裂缝出设置两个标志，一个在裂缝最宽处，一个在裂缝的末端，这样裂缝的继续开展和延伸可分别表示出来。 
（5）监测标准 由于建筑物本身的性质，差异沉降与建筑物长度比不得超过1/600 。
7.3.2、地下管线的变形监测 
由于通道地处城市主要交通要道，其周边和通道上方定有大量的地下管线，例如污水管、上水管线、电力管线、共同沟。如果管线部位不均匀沉降发生的过大，则管线的接头部位后容易就发生了破坏。 
（1）管线资料：管线的水平位置，埋深；材质与规格；接头的形式；管线的最大允许位移值，城市管理部门对于地下管线的沉降允许值。 
（2）地下管线监测方法有抱箍法、直接测量法。但一般的管线变形不易测量，所以可以根据沉降观测区地表沉降值和管线与地下工程的相对位置、方位关系、管线材质，建立适当的函数关系，因为地表沉降值相对要好测一点，因此用此法可对管线的变形进行一种较为准确的测量。 
（3）注意事项 在管线监测中，由于管线允许变形量较小，一般在10-30毫米，故应使用精度较高的仪器和检测法。 
（4）数据处理 记录每一到两天的变形量，做出图表，当累计的变形量达到或接近允许值时，或变形速率突然变大，要加大监测频率，并及时向施工监测上级部门反映，采取措施，挽回不必要的损失。 
 （5）监测控制值 据经验和标准，定位（1-2）/1000 rad 垂直方向：±20—－40毫米，污水管下沉：20毫米。
八、监测数据分析及处理方法以及监控量测管理。
8.1、监测数据分析及处理方法 
根据处理方法可以分为统计学方法和确定性方法两类。统计法主要使用统计回方法，灰色系统和模糊数学方法。确定性方法主要是有限元，边界元，反分析法。位移监测数据处理倾向与采用回归方法分析，包括沉降历时曲线、沉降历程曲线。管线变形数据不易测的，可以利用反分析法先得出一个接近实际的函数关系，在反过来分析管线的变形，判断是否达到允许值。 
  （1）拱顶下沉和地表下沉、建筑物水平位移 除了每次测量的记录还要整理成图表形式，包括沉降历时曲线，沉降速率曲线，有必要时剔除一些应人为因素造成的数值偏离较大的数值。   
（2）建筑物的倾斜 当建筑物发生倾斜时，记录倾斜的角度、方向、倾斜的速率，并以表格的形式表示出来，做出倾斜速率曲线。   
（3）裂缝的数据处理 当出现建筑物开裂现象，必须记下最大的裂缝宽度，并以第一次观察到的裂缝的尖灭处的相对地面的位置为初始位置，往后以此记录，密切注意裂缝的发展。   
（4）收敛计的数据处理 记录收敛计的读数，每次进行温度校正，计算收敛速率，做成收敛速率曲线形式。   
（5）钢筋计和土压力计、孔隙水压力计的数据处理 利用监测数据借助于电脑，自动做出压力、应力和时间对应的散点图。   
（6）水位计数据处理 记录水位高度，做出水位高度随日期变化的曲线图。  
 8.2、监控量测管理 
本工程监测系统采用人工测试系统与自动化测试系统相结合，像地面沉降，拱顶下建筑物的变形均有专人进行监测、记录和处理数据，但钢筋拱架的应力，孔隙水压力，土压力计的数据记录由传感器导出，再经电脑系统的处理，简单快捷准确。
（1）监测中会用到很多种仪器，为了保证仪器的正常工作，由专人负责仪器的调试与保管，在监测中将仪器专仪专人的分配和监测，各自负责自己的仪器，保证出了问题能直接找到专人对此负责。  
（2）监测中会用到很多的基点和测试点，这也由专人负责保护，免遭意外的损坏。影响数据的连续测读。  
（3）由于仪器在使用时难免会出现一些小问题，因此由专人进行调试，实际上可由负责使用此仪器的人进行调试和定期校检。  
（4）量测设备、元器件等在使用前均应经过校检，合格后方可使用。若有损坏，应及时金行修复并校检。  
（5）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则。  
（6）量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。  
（7）量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。 
（8）系统在使用前，在室内进行单项和连机的调试，和包括对传感器、仪表的调试。最终在投入使用时在现场也要在安装完毕后进行调试。  
（9）及时的测的数据及时处理，防止时间久了，忘记了某些细节，影响整个监测结果。  
（10）在工程结束后和地层稳定前，必须有专人继续负责监测，直到地层稳定。
8.3、信息反馈处理方法
8.3.1、监测反馈的程序
监测数据反馈指导设计与施工是指在地下工程施工过程中，根据施工信息，对施工前预设计所确定的结构形式、支护参数、施工方法、施工工艺以及各工艺施作的时间等的检验和修正，贯穿于整个施工全过程。经过多年实践总结，监测反馈程序已趋完善，施工信息反馈工作流程见下图.
现场施工

否
资料调研
监测设计
监 测

监测结果的微机信息处理系统

监测结果的综合处理及反分析

监测结果的综合评价

经验类比
化监测结果的形象
化、具体化
报送设计、监理单位

理论分析
结构稳定、安全性判

甲方、规范要求等

地层、周围建筑物等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

是否改变设计、施工方法

调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施

新设计施工方法
是
是

地下工程监测及信息反馈因施工方法不同，如浅埋暗挖法、盾构法、明挖法等，其反馈的内容和方法存在差别。但其基本思想源于新奥地利隧道设计施工反复（简称新奥法）的基本原理：根据经验初步选定设计参数，在施工过程中通过监测地下工程净空收敛位移等数据，以判断地下工程围岩的稳定性及支护对围岩的加固效果，并据以修正结构的组成及有关参数。信息反馈处理方法有如下几种：
1、 收敛限制法；
2、 参数控制法；
3、 工程类比法；
4、 有限元法；
5、 反分析法。
附图：
1、 监测断面布置图

45° 45°

地表沉降测点布设示意图

2、 各个监测项目监测点布置图

净空收敛测点示意图

支护与衬砌状态监测布点示意图
九、主要参考资料：
1．《城市地下工程施工监测与信息反馈技术》，刘招伟主编，科学出版社；
2．《隧道工程设计要点集》，关宝树，人民交通出版社；
3.《岩土工程》，汤康敏主编，武汉理工大学出版社；
4．《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）；
5．各种隧道设计标准图集。