南水北调第4标段监测方案.doc

辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文
辽宁省交通高等专科学校机电系
毕业设计文件

设计题目: 对南水北调东干渠第四标段盾构施工监测方案的分析
专业:公路机械化施工技术
姓名: 张文宇 班级: 11251 学号: 21
完成期限:2013年11月25日至2014年03月07日
指导教师：吴哲

目 录
1引言 1
2工程概况 2
3工程地质及水文地质条件 3 3.1 工程地质条件 3 3.2水文地质条件 3
4监测的目的和意义 4
4.1监测的目的及意义 4
4.2 测点布置原则 4 4.3作业依据 5
5信息化施工和组织措施 5
6监测的项目及方法 7
6.1控制网的布设原则 7
6.2基准点的布设： 7
6.3监测项目设计 8
6.4盾构施工监测方法 8
6.5点位布设 10
6.6分析及成果表述 15
7监测的质量控制 16 7.1初期控制 16
7.2施工控制 16
7.3监测控制 16
7.4安全措施 17
结束语 18
参考文献 19

2 工程概况
本标段为北京市南水北调配套工程东干渠工程施工第四标段标，北京金河水务建设有限公司与中铁十四局联合体7#井—6#井区间，本标段起止里程桩号为K13+852.69～K12+216.15，中心导线全长1636.542mm，最小转弯半径为R=400m，包括7#、6#盾构始发井兼接收井7#-—6#盾构区间，11#二衬施工竖井、16～20#排气阀井、水机设备安装工程、电气设备采购及安装工程、自动化系统土建工程、防护工程、施工现场远程监控系统、永久安全监测工程、水土保持工程、环境保护工程。
本标段的地理位置、线路走向及周边建构筑物情况见“图2-1北京市南水北调配套工程东干渠工程施工第四标段标平面示意图”。
5号盾构接收井
北
五
环
北
五
环
7号盾构始发井
6号盾构始发井

图2-1北京市南水北调配套工程东干渠工程施工第四标段标平面示意图

第二章 工程地质及水文地质条件
2.1 工程地质条件
场地地貌单元主要为永定河冲洪积扇东北边缘，地形由西北向东南渐变倾斜，地面高程为34~36m。局部为北小河、望京沟。
①填土：杂色、主要为素填土，主要成分为粘粉、碎石等，局部为杂填土。层厚1~4m，层底高程32~34m。
③粉质粘土、粉土互层：褐黄~浅灰色，可塑，含云母、有机质。层厚12~13m，层底高程19~22m，含有粉细砂夹层。两端底部分布有④细中砂层
⑤粉质粘土：褐黄~褐灰色、灰色，可塑~硬塑，含云母、氧化铁。层厚7~15m，层底高程6~10m。分布连续稳定。
⑥细中砂：浅灰色~褐黄色，饱和，密实，含云母，石英。层厚7~10m，层底高程-5~3m。分布连续稳定。底部为黄灰色粉质粘土。
根据孔内波速测试成果，场地隧洞洞身影响范围内的土层的剪切波速分布为：
⑤粉质粘土：可塑~硬塑，孔内剪切波速为240~280m/s。
⑥细中砂：密实，标准贯入击数大于33击，孔内剪切波速为270~295m/s。
洞身穿越的地层土质主要为⑤粉质粘土和⑥细中砂
2.2 水文地质条件
本区段位于水文地质Ⅲ区段（仰山桥至环铁桥），工程区地下水埋藏类型为第四系孔隙水，工程区连续分布有两层地下水：
第1层地下水埋深为2.47～4.61m，水位高程25.04～27.78m，全线普遍分布；含水岩组为④细中砂。
第2层地下水埋深为21.00～27.20m，水位高程8.01～11.63m，全线普遍分布；含水岩组为⑥细中砂。
另外⑤粉质粘土层中的的薄层砂土透镜体及粉土赋含层间水。
区域地下水主要受大气降雨补给，排泄方式主要为人工开采及径流，地下水流向主要为由东南向西北。
根据水文地质勘查报告，本段历年最高水位接近自然地面，近3～5年最高水位高程31～33m。
第三章 监测的目的和意义
3.1监测的目的及意义
由于地表的部分建筑以及地下分布的市政，电力和通信管线，管沟，若发生过量的沉降或位移，将会引起建筑物及管线的破坏。因此及时掌握开挖支护期间建（构）筑物的稳定性以及掌握施工期间对周围环境的影响非常重要，必须进行全面的监测。同时监控量测也是设计的要求，由于地下工程地质条件的变化，结构设计目前仍以工程经验类比法和监控量测法为主。通过监测以达到以下目的：
1.及时掌握盾构环支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工；
2.预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然；
3.积累资料，为以后的工程设计提供类比资料；
4.为确保盾构区间安全提供可靠的信息；
5.量测数据，经分析处理与必要的计算后，进行预测和反馈，以保证盾构施工的稳定。
3.2测点布置原则
1、按监测预设方案在现场布设测点，当实际地形不允许时，可在靠近设计测点位置设置测点，以能达到监测目的为原则。
2、为验证设计参数而设的测点布置在最不利位置和断面，为指导施工而设的测点布置在相同状况下最先施工部位，其目的是为了及时反馈信息，以修改设计和指导施工。
3、地表变形测点的位置既要考虑反映对象的变形特征，又要便于采用仪器进行观测，还要有利于测点的保护。
4、各类监测测点的布置在时间和空间上有机结合，力求同一监测部位能同时反映不同的物理变化量，以便找出其内在的联系和变化规律。
5、测点的埋设应提前一定的时间，并及早进行初始状态的量测。
6、测点在施工过程中一旦破坏，尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，以保证该测点观测数据的连续性。
3.3作业依据
监测工作遵循以下规范、规程及相关设计文件：
1、《水电水利工程施工测量规范》(DL/T5173-2003)；
2、《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)；
3、《地铁工程监控量测技术规程》（DB11/490-2007）；
4、《国家一、二等水准测量规范》 GB 12987 – 91
5、 第三方监测设计指南
6、 设计图纸及相应监测设计要求
第四章 信息化施工和组织措施
施工监测是施工决策的信息来源与施工管理的控制对象。通过测量收集到必要的数据，绘制各种时态关系图，进行回归分析，对支护的受力状况和施工安全做出综合判断，并及时反馈于施工中，调整施工措施，使施工过程完全进入信息化控制中。
根据本标段工程规模和监测任务，拟成立监测组；由本项目部盾构施工机构中测量工程师和技术员负责监测点设计、布置和量测操作以及数据处理，并将监测信息及时反馈给项目总工程师。信息化施工流程图如下。

分析地质情况
制定监测计划
施 工
量 测
数据处理分析
施工状态评价价
稳定性判别
结构施工是否完成
结 束
修改支护参数数
否
否
是
是

信 息 化 施 工 流 程 图
盾构区间人员配备情况统计表
姓名
职称
专业
学历
工作年限
职位
备注
李超　
工程师　
测绘工程　
大专　
7　
测量工程师　

　薛新钢

工民建　
大专　
4　
高级测量工　

　张文宇

机械施工
大专　
实习　
中级测量工　

　杨文韬

机械施工
大专
实习　　
中级测量工　

　陈兴华

机械施工
大专
实习　　
中级测量工　

根据本标段工程的实际情况，配备以下测量仪器及工具（见表1－1所示）：
施工测量仪器表 表1-1
序号
仪器设备名称
规格型号
单位
数量
精度
1
徕卡全站仪
TCRA1201+
台
1
±1″,±(2mm+2ppm·D)
2
徕卡水准仪
NA2
台
1
±0.3mm/km
3
天宝电子水准仪
DINI
套
1
±0.1mm/km
4
铟钢尺
2m
个
2
0.1mm
5
水准铝合金塔尺
5m
个
2
1mm
6
电脑

台
3

7
卡西欧可编程计算器
Fx-5800
台
1

8

第五章 监测的项目及方法
5.1控制网的布设原则
沉降监测控制网按照隧道沿线统一建立。根据施工现场的具体情况，分级埋设水准基点和工作基点。整个工程的高程控制网由分段布设的独立网组成，均采用环路形式布网。
5.2基准点的布设：
根据本区间段的土质情况，拟采用深埋式基准点与工作基点结合的形式，深埋式水准基点埋深在2.5～3.0米之间（现场埋设时，基点底部以密实土层为基础），平面上位于隧道开挖施工的影响范围之外，埋设时，首先用探钻机开孔至预定深度，钻孔完成后将专用的基准点内、外管依次下至孔内，并使带有水准标志的内管管底嵌入稳定地层，最后在外管外侧灌注混凝土填料进行固定。每个深埋式基准点安设完毕后，砌置保护井并加盖保护井盖。图为深埋式基准点的型式。在实际监测过程中，对基准点进行常规的稳定性检查，以确保基准点的稳定性。

5.3监测项目设计
为掌握盾构在区间掘进过程中，土体变形情况及盾构环结构侧向位移和周围地表﹑周围建筑物等沉降情况，并将实际情况与设计值进行分析，以便采取相应措施。
各项监测内容的控制标准及警戒值如下：
监测项目
监测控制标准(mm）
警戒值(mm)
地表沉降
+10/-30
-20
水平位移
≤30㎜

5.4盾构施工监测方法

隧道施工监控项目及内容
序号
项目名称
方法及工具
布置
量测周期
1
拱顶下沉的 监测
用精密水准仪观测拱顶的竖向位移。
盾构拱顶中间布置一个观测点。
衬砌环脱出盾尾后1次/天，距盾尾50m后1次/2天，100m后1次/周，基本稳定后1次/月。
2
水平收敛监测
做收敛点后，用收敛计测量收敛点间相对位移情况。
和拱顶下沉同一个断面，每个断面有两三个收敛点。

同上

3
盾构底部隆陷的监测
用精密水准仪观测盾构底部的竖向位移
同拱顶下沉同一个断面，在盾构底部中央附近设一测点
同上
4
盾构周围地表沉降的监测
用精密水准仪观测盾构区间周围地表标高，并计算沉降量
盾构掘进阶段按设计影响沉降同一断面处，每个断面按设计要求布点。
掘进面距监测断面前后≤20m时1～2次/天；
掘进面距监测断面前后≤50m时1次/2天；
掘进面距监测断面前后﹥50m时1次/周；
根据数据分析确定沉降基本稳定后，1次/月。
5
地下重要管线的监测
用精密水准仪对重要管线，用水准观测并计算沉降量
地下管线每5～15m一个测点，管线接头处或位移变化敏感部位
与地表沉降相同
6
邻近建（构）筑物
水准仪；全站仪或经纬仪；裂缝观测仪
在地表沉降区域内的建筑物墙角做控制点
周围建（构）筑物的沉降和倾斜监测频率与地表沉降的观测频率相同。
建（构）筑物裂缝监测频率按照控制两次观测期间裂缝发展不大于0.1mm及裂缝所处位置而定。
5.2.1拱顶下沉的监测
支护结构拱顶的竖向位移是盾构施工中一个重要的监测项目，其目的是观测拱顶的绝对位移量，监测主体结构的稳定性，确保结构安全。布设监测点应选择典型拱顶处埋设测点。
（1） 观测仪器 (1) NA2＋GPM3型精密水准仪、铟钢水准尺。
（2）天宝DiNi03电子水准仪、铟钢水准尺。
（2） 观测点的布置 观测点在隧道拱顶中部布置一个观测点。
（3） 观测频率 衬砌环脱出盾尾后1次/天，距盾尾50m后1次/2天，100m后1次/周，基本稳定后1次/月。
（4）资料整理 及时根据观测数据绘制拱顶下沉时态曲线及与拱顶下沉与距掘进工作面距离的关系图。及时将观测成果（按二等水准观测要求）汇报给项目总工程师及监理和业主相关部门。
5.2.3盾构底部隆陷的监测
盾构环底隆陷量测断面与拱顶下沉量测断面设为同一断面，便于与拱顶位移相比较。盾构环中央附近设一测点，在拱顶量测下沉量时同时进行隧道底隆陷量测，断面设置与前相同。
相应措施：如发现隆陷变化异常，查清原因后，汇报监理和总工采取增打长锚杆保证结构稳定。
5.2.4盾构区间周围地表沉降的监测
为掌握盾构掘进过程中地表周围下沉的范围和下沉量值以及裂缝的情况而设置的监测。
1．测量仪器
观测使用：（1）NA2＋GPM3型精密水准仪、2m铟钢水准尺(2把)。
（2）天宝DiNi03电子水准仪、2m铟钢水准尺(2把)。
5.5点位布设
(1) 环境监测
包括隧道上方的地表及地下管线、地面建筑物的沉降监测。测点的埋设和观测初始值在盾构到达前三天完成。
（2）盾构进出洞监测点的布设原则
为适应盾构在新的介质条件下施工，优化施工参数，取得该盾构区间段的沉降控制参数，在盾构初始掘进及出洞的30m范围内，设立监测试验段。具体实施方案：在试验段30m之内，沿中线每10米设一个沉降观测断面，每个断面垂直线路中线布设7个观测点，其中中线上埋设一个监测点，垂直中线两侧各埋设3个观测点，共计28个沉降观测点。下图为布点示意图。

进出洞地面沉降点布设示意图

地表沉降监测点平面分布图

（3）正常掘进段监测点的布设原则

正常掘进段沿隧道中线每30m布设一个沉降监测断面，每5米布设一个中线监测点,每个沉降监测断面布设7个沉降监测点，断面监测点距对应中线的距离为5m。
（4）地表沉降监测点及墙体柱面监测点的布设

暴露式墙面监测点成型图

地面钉式观测点成型图
监测点的制作及埋设方法

在无路面的场地（或绿化地）布设直径10～20mm，长80cm的钢筋桩，直接钉入地下，地面露出0.5cm，标志周围做保护(图三)。若为绿化带或草地直接将木桩打入地下并在木桩的顶端嵌入铁钉作为监测点。

图三 无路面的场地沉降监测点埋设示意图

3．观测频率 掘进面距监测断面前后≤20m时1～2次/天；掘进面距监测断面前后≤50m时1次/2天；掘进面距监测断面前后﹥50m时1次/周；根据数据分析确定沉降基本稳定后，1次/月。
4．数据处理 监测时严格执行GB12987-91《国家一、二等水准测量规范》，按二等水准要求及时将观测成果汇总（本次沉降值和累计沉降量），并绘制沉降变化曲线。
5.2.5地下重要管线的监测
管线沉降测点埋设示意图
（1）观测仪器 观测使用NA2+GPM3型精密水准仪、2m分划为5mm的线条式铟钢水准尺(2把)；
（2）天宝DiNi03电子水准仪、2m铟钢水准尺(2把)。

2.测点的布设
在布置地表沉降监测点的同时，挖开地下管线上方覆盖土，直至露出管面，在管面上标注记号作为监测点，埋设Φ200mm的钢管，钢管上方略低于地表面，用盖板将观测孔盖好，保护监测点；
3.观测频率 掘进面距监测断面前后≤20m时1～2次/天；掘进面距监测断面前后≤50m时1次/2天；掘进面距监测断面前后﹥50m时1次/周；根据数据分析确定沉降基本稳定后，1次/月。
4.观测方法 观测方法同地表沉降观测。
5.监测跟随施工及时进行，根据观测的数据及时绘制测点沉降变化曲线。
5.2.6地表建筑物的水平位移监测
1.测量仪器 观测使用莱卡TCRA–1201+全站仪和配套棱镜；
2.观测方法 观测时采用方向观测法；Ⅰ级全站仪，左右角各观测一个测回，左右角之和与360°之差小于6"。测量精度1㎜，累计位移≤30㎜。
3.点位布置 在房屋拐角处做位移观测点（或者在房屋楼顶做控制点），具体布设情况视实际情况而定。
4.观测频率 掘进面距监测断面前后≤20m时1～2次/天；掘进面距监测断面前后≤50m时1次/2天；掘进面距监测断面前后﹥50m时1次/周；根据数据分析确定沉降基本稳定后，1次/月。
5.资料整理 及时绘制点位位移——时间变化曲线图。
5.2.7地表建筑物的沉降监测
为了保障施工现场周围建筑物的安全，在整个施工过程中都要对周围建筑物进行变形监测，因为地表的不均匀沉降会对建筑物构成危害，致使建筑物会发生沉降、倾斜和产生裂缝。
由于部分盾构需要通过建筑物下方，对地表建筑物产生一定的影响，而对建筑物的监测有利于掌握盾构掘进对地表建筑物的影响程度。用NA2+GPM3精密水准仪及配套铟钢水准尺依据《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97对既有建筑物进行监测。根据实际情况在建筑物每隔15米左右布设测点，或在墙角、柱子、门边、地面等处，用钢筋在既有建筑物上布设沉降监测点（如示意图所示），用油漆作出明显标志。
施工前依据水准基点对各沉降观测点的高程独立进行两次观测，
取两次观测成果的平均值做为各沉降观测点的原始高程。盾构掘进初期每日进行1次观测，当地表沉陷稳定后，每周观测1次。每次观测结束后，及时整理观测记录、计算当次沉降值和各点的累积沉降值，并绘制沉降量－－时间关系曲线。将观测结果上报项目总工程师及监理和业主相关部门。

5.6分析及成果表述
(1)观测数据计算
观测完成后，将满足各项限差要求的原始电子观测文件传输至计算机，使用我单位自行研制的数据处理系统“SODMS”对数据进行初步处理，生成原始记录。计算前，根据水准基点的联测结果，选择稳定的水准基点作为高程起算点，然后使用“SODMS”通过严密平差推算出各工作基点的高程，再由工作基点经过严密平差后推算出各观测点的本次高程值。两次观测高程的差值即为本次沉降值，本次沉降值与历次沉降值和值即为累计沉降值，沉降值的单位采用mm，计算结果精确到0.01mm，高程计算结果经过人工初步分析和数据筛选，自动输入“SODMS”的数据库存储，同时将各被监测单元的观测时间、观测时的工程进度输入数据库，即可计算出各点的阶段沉降速率，沉降速率的单位采用mm/d，计算结果精确到0.01mm/d。
(2)变形数据分析
计算完观测数据后，根据甲方需要随时生成我公司设计的原始成果表格、阶段和最终成果表格、观测点下沉量一览表、代表性观测点时间下沉曲线等，以备数据分析使用。
根据已有观测数据和图表分析观测点稳定性。首先分析变形量，若本次变形情况、支护围护结构稳定性、周边环境稳定性状态，进行综合判断，并及时报告量小于最大限差时，可认为该观测点在此段时期内没有变动或变动不显著；当累计变形量变化趋势明显性，视为有变动。其次分析观测速率，当阶段变形速率超出预警值时，则根据监测建（构）筑物的风险等级、施工进度、施工措施甲方及有关各方及时采取有效防范措施。
（3）成果报告的内容及形式
监测成果报告分为日报、周报、月报、预警快报、最终成果报告。最终成果报告中包括工程概况、监测断面和位置、施工进度、监测方法、监测时间、监测频率、使用仪器、依据规范等，列出监测值、累计变形值、变形速率、变形曲线、巡视汇总表等，并根据监测和巡视结果提出结论性意见。
监测成果报告以直观的形式（如表格、图形等）表达出获取与施工过程有关的监测信息和巡视信息，监测巡视结果一目了然，可读性强。
第六章 监测的质量控制
6.1初期控制
在施工前，根据总的施工设计方案，通过现场勘察，确定测试仪器、布置位置、数量及深度。根据总的施工顺序和进度计划，初步确定测点布置顺序。
6.3监测控制
监测阶段，作好数据采集记录和信息反馈，仪器的维护和标定。根据规定的采集频率，满足系统在时间上的连续性的要求，以仪器的精度和准确度为标准检验或判断数据的偏差是否正常。施工监测的水准基点不少于2个，并定期对水准基点进行校核。所有监测工作均应考虑和施工穿插进行。观测时间应尽量避开白天客流量、车流量大的时间（必须和施工同时进行的除外）。
施工监测中，应对测量结果及时进行分析和反馈，当遇到下列情况时，应暂停施工，并根据具体情况制定加强措施：
1、当地表沉降值超过30mm时；当地表隆起值超过10mm时。
2、当房屋倾斜超过3‰时。
6.4安全措施
在地面监测中注意不要在马路上摆放仪器，横过马路要看红绿灯，测量人员要穿反光衣服。井下监测要注意来往的电瓶车，除了要相互提醒注意安全，还要穿反光标志的衣服，必要时派专人做警戒指挥。