CN109611156A - 一种重叠隧道信息化施工的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于重叠隧道施工技术领域，尤其涉及一种重叠隧道信息化施工的监测方法,包括如下步骤：(1)监测点布置：所述监测点布置包括地表沉降监测点布置、地下管线沉降监测点布置、建筑物沉降倾斜监测点布置、管片应力监测点布置、土压力监测点布置、管片环缝应变监测点布置和支撑轴力监测点布置；(2)监测点埋设：对布置的监测点逐个埋设；(3)实施监测；(4)数据分析处理：根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。本发明能够在不需要投入大量的资金的基础上，于施工过程中，可以全程监控、当发生偏差后可以及时纠正，避免了误差累计造成的施工隐患。

Description

一种重叠隧道信息化施工的监测方法

技术领域

本发明属于重叠隧道施工技术领域，尤其涉及一种重叠隧道信息化施工的监测方法。

背景技术

城市地铁隧道施工大多处于繁华地段，由于受已建建/构筑物或地质条件的限制及地下空间综合开发、利用的需要，地铁隧道间或地铁隧道与其它结构物间的距离变得原来越小，对周边环境会产生很大的影响，从搜集到的资料可以发现，隧道对周边环境的影响研究主要集中在对地下管线、桩基、既有隧道结构以及地面建筑的方向，而且大部分是针对单孔及水平平行隧道，对于重叠交叉麻花型隧道群的施工影响效应的研究资料还比较少且隧道施工过程中对地层及周边建筑物产生的扰动，造成的地表沉降、周边建筑物变形等一系列影响安全的问题产生。

重叠隧道信息化施工的监测方法适用于盾构施工的城市地铁隧道，在城市地铁隧道施工过程中，由于地质条件的复杂性、隧道结构的复杂性、工程边界条件的复杂性，要解决在这些复杂条件下隧道施工所引起的周边环境影响问题是很困难的，而对复杂环境条件下重叠隧道群的施工影响研究更是难上加难，并且隧道之间存在斜穿、重叠、平行、交叉、拧麻花等在地铁建设中不常遇到的高难度情况，且这几种情况在同一区段综合出现，这种空间立交结构型式地铁隧道的设计和施工难度更甚。因为在施工近距离交叉重叠穿越地铁区间隧道的过程中，新建隧道与已建隧道的相对位置处于不停的相对变化之中，所以无论采取何种施工方法和辅助工法，都将面临着如何解决隧道之间在施工过程中地层再次扰动产生的土体效应和已建隧道结构的受力、变形等影响到隧道结构间整体安全的问题。

因此，急需一种监测方法，能够实现隧道施工的全程监控，在发生偏差后，能够及时纠正，以避免误差累计造成安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种重叠隧道信息化施工的监测方法，在不需要投入大量的资金的基础上，于施工过程中，可以全程监控、当发生偏差后可以及时纠正，避免了误差累计造成的施工隐患。本发明的具体技术方案如下：

一种重叠隧道信息化施工的监测方法，包括如下步骤：

(1)监测点布置：所述监测点布置包括地表沉降监测点布置、地下管线沉降监测点布置、建筑物沉降倾斜监测点布置、管片应力监测点布置、土压力监测点布置、管片环缝应变监测点布置和支撑轴力监测点布置；

(2)监测点埋设：对布置的监测点逐个埋设；

(3)实施监测；

(4)数据分析处理：根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。

使用本方法进行隧道施工监测，可以避免重叠隧道群的施工相互影响，减少对地层及周边建筑物产生扰动；本方法还能避免地面沉降、周边建筑物变形等一系安全问题的产生；由此，通过本方法，对施工过程做到全程监控，当偏差发生后及时纠正，避免误差累计造成施工隐患。

优选的，所述步骤(2)中，地表沉降监测点在隧道中线处的测点加密；地表有控制性建/构筑物时，两侧范围加宽。

优选的，所述步骤(2)中，地下管线沉降监测点的布置中，重要管线检查井露头布设沉降监测点；管线与隧道平行距离相近时，地下管线沉降监测点和地表沉降监测点共用。

优选的，所述步骤(2)中，建筑物沉降倾斜监测点布置在建筑物的四角、核心筒四角、大转角处。

优选的，所述步骤(2)中，建筑物沉降倾斜监测使用仪器为全站仪。

优选的，所述步骤(2)中，管片环缝应变监测和支撑轴力监测使用的传感器均为光纤光栅传感器。

优选的，所述步骤(4)中，当时间位移曲线趋于平缓时，通过数学分析预测最大沉降量。

优选的，所述步骤(4)中，绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径和地层体积损失。

和现有技术相比，使用本方法进行隧道施工监测，可以避免重叠隧道群的施工相互影响，减少对地层及周边建筑物产生扰动；本方法还能避免地面沉降、周边建筑物变形等一系安全问题的产生；由此，通过本方法，对施工过程做到全程监控，当偏差发生后及时纠正，避免误差累计造成施工隐患。由此，本发明的施工成本低，不需要投入大量的机械设备；提高了盾构在重叠隧道中的安全性和优越性。

附图说明

图1为地表沉降监测点布置示意图。

图2为地下管线沉降监测点布置示意图。

图3为建筑物沉降倾斜监测点布置示意图。

图4为管片应力监测点布置示意图。

图5为土压力监测点布置示意图。

图6为管片环缝应变监测布置示意图。

图7为支撑轴力监测点布置示意图。

图中：1-DBC；2-管道；3-井盖；4-黄沙；5-建筑物沉降倾斜监测用钢筋；6-房屋倾斜观测点；7-房屋沉降观测点；8-钢筋应力计；9-土压力盒；10-管片环缝监测光纤光栅传感器；11-支撑轴力监测光纤光栅传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。

本实施例施工于某1号地铁和某2号地铁的某站交汇处，该处上方为繁华街区；该1号地铁和2号地铁在该站盾构重叠隧洞监测方法的施工过程应用了本发明公开的监测方法，通过本方法，达到了重叠隧道监测实用、成本低、安全性和稳定性高的目的。

一种重叠隧道信息化施工的监测方法，包括如下步骤：

(1)监测点布置：包括监测点布置包括地表沉降监测点布置、地下管线沉降监测点布置、建筑物沉降倾斜监测点布置、管片应力监测点布置、土压力监测点布置、管片环缝应变监测点布置和支撑轴力监测点布置；施工前详细查阅施工地资料，仔细勘察沿线情况，并结合有关单位提供的公共设施设备相关交底资料，合理布置监测点；

地表沉降监测点布置：如图1所示，为了监控盾构隧道施工时对周围地表的影响程度和范围，应布置地表沉降剖面监测点进行垂直位移监测；特别是盾构进出洞、旁通道、穿越段、等风险工程或对处于城市敏感部位或关键部位的工程，如重要建筑物或构筑物、城市主干道或其交叉路口、重要管线或管道2、密集住宅小区等在布设地面环境监测点中必须布设地面监测点；在本实施例中，为隧道上方为繁华街道，所以，在盾构进、出洞段50米内范围内，轴线点按照每4环布设一个，每8环布设一个监测断面每个断面布设9～11个监测点，非进出洞地表沉降监测点轴线点每8环布设一个，每40环布设一个沉降监测断面，对地质条件较差的区域应适当增加沉降测点。以监测断面中心为中心线，两侧分别4个监测点，其中中心线所在平面1个监测点，一共设有9个监测点；中心线所在平面的监测点距离两侧的距离分别为3.0m，8.0m，13.0m，23.0m；总距离控制在46.0m；地表沉降监测点主要是利用精密水准仪和钢尺或全站仪。

地下管线沉降监测点布置：如图2所示，施工前详细查阅相关管线调查资料，仔细勘察沿线情况，并结合管线权属单位的交底资料，在线路中线10m范围内的地下管线，包括然气、给水、污水、雨水，根据管线与隧道位置关系定布点间距，在管线上每隔15m～30m左右布设一个沉降监测点，管线与隧道平行距离较近时，将管线与地表沉降监测点共用。地下管线沉降点布设并优先考虑距隧道掘进最近的刚性带压管线，如上水或煤气或下水；监测点尽可能设在管线出露点，如阀门、窨井上，重要管线检查井露头应布设直接沉降监测点。与隧道斜交重要管线测点应延伸至次要影响区外边缘。穿越承压水层、平面曲率段，穿越松散粉土层、隧道重叠段等重点部位地面沉降监测点及沉降断面间距应适当加密。根据设计图纸要求，有特殊要求的管线布置管线管顶测点，无特殊要求的布置在管线上方对应地表。对于埋深较深的管线，监测点的埋设宜采用间接埋设法，首先确定管线位置，将测点设在靠近管线轴线附近相应土体中，即在管线的上方地面用水钻开取直径120mm的孔，将地面硬壳破除，将顶端磨成凸球面的钢筋植入其中，距管道2顶部50cm左右的位置，周围用黄沙4回填，监测点比地面低5cm，顶端做井盖3保护好监测点，以防过往车辆的碾压。

建筑物沉降倾斜监测点布置：根据隧道掘进对周边建筑物的影响范围，沉降、倾斜观测点的布设应能全面反映建筑物地基变形特征，结合我区间建筑结构特点，点位宜选设在下列位置，建筑物的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙直线边位于主要影响区时10m～15m，或每隔2根承重柱布设1个监测点；位于次要影响区时，监测点沿外墙间距15m～30m，或每隔2根～3根承重柱布设1个监测点。建筑物每堵山墙应不少于3个沉降测点，主要影响区较近建筑物沉降测点间距不应大于12m，沉降缝两侧均应布设沉降测点。如图3所示，建筑物沉降倾斜监测点距离地面10cm，其一端应进入建筑物内的距离应大于10cm，另一端位于建筑物外4cm；建筑物沉降倾斜监测点位于建筑物内的一端使用锚固剂回填空隙，锚固剂的施工性能好，不受场地限制，而且对建筑物沉降倾斜监测用钢筋5没有锈蚀作用，抗渗性良好。建筑物沉降倾斜监测点位于建筑物外的一端内部设有φ20的建筑物沉降倾斜监测用钢筋5，其顶面和高处建筑物沉降倾斜监测点1cm；对于房屋倾斜观测点6来说，建筑物沉降倾斜监测用钢筋5中间位置即房屋倾斜观测点6；对于房屋沉降观测点7来说，建筑物沉降倾斜监测点距离地面10cm，远离建筑物4cm处的一角，就是房屋沉降观测点7。

管片应力监测点布置：如图4所示，管片混凝土浇筑前，在管片上安装8个钢筋应力计8，共四个位置，每个位置安装2个钢筋应力计8，与隧道铅垂线相交成45°。

土压力监测点布置：如图5所示，管片混凝土浇筑前，安装8个土压力盒9，每环管片上的8个土压力盒9安装位置分别在隧道中心的顶部、底部、两腰部，顶部土压力盒9和底部土压力盒9的安装位置位于隧道铅垂线上；两腰部的土压力盒9所在位置，上部土压力盒9分别与隧道铅垂线呈30°和45°，下部土压力盒9与隧道铅垂线呈45°。

管片环缝应变监测点布置：如图6所示，管片拼装完成后，并保证后配套全部脱离管片后，在管片内侧安装4片光纤光栅传感器，传感器安装时，避开封顶安装。

支撑轴力监测点布置：在移动台车撑腿上安装光纤光栅传感器，移动台车共计10拼，每隔一拼布设一组传感器，一组传感器为5个测点。如图7所示，移动台车的上半部均匀的分布5个测点，即5个光纤光栅传感器；当移动台车在滑轨上滑行时，通过光纤光栅传感器对支撑轴力进行监测。

(2)监测点埋设：地表沉降监测点在隧道中线附近测点应适当加密，地表有控制性建/构筑物时量测范围应适当加宽；地下管线沉降监测点需将测点设在靠近管线轴线附近相应土体中；建筑物沉降倾斜监测利用全站仪,测定建筑物顶部相对于底部的现状偏移值,再根据建筑物的高度,计算建筑物主体的倾斜度；监测的控制值根据建筑物的现状数据，来制定监测控制值和报警值；管片应力监测需待管片钢筋骨架绑扎完成后，将对应位置的上下各两根钢筋切断，切断后将钢筋应力计8与切断后的钢筋焊接，管片钢筋应力计8数据线接至管片内侧；土压力监测在预制管片时，按照要求位置在管片外侧预留Φ100mm、20mm厚的土压力盒9安装槽，并预留专用走线管。混凝土浇筑时，将走线套管密封好，防止混凝土进入，土压力盒9数据线接至管片内侧；管片环缝应变监测先用砂轮机将管片打磨深5mm，直径10cm凹槽，采用砂纸将管片上的浮沉清除干净，同时用A、B胶将传感器粘贴在管片表面。安装完成后，将传感线粘在管片上，防止传感线损坏；支撑轴力监测采用光纤光栅传感器，在撑腿的伸缩油缸处焊接光纤光栅传感器；光纤光栅传感器能够通过对温度和应变等物理量进行直接测量，使用起来非常便捷；具体的，本发明使用的光纤光栅传感器为光纤光栅应变传感器，通过应变影响光纤光栅的波长漂移，从而完成传感测量。

(3)实施监测：为了保证测量数据的可靠性，应该使每一环节的测量人相对固定；将测量仪器由专门人员进行负责保管；所有的测量仪器在使用前应该已经完成校验，并且测试合格；每一个环节的测量数据的运算，由计算机进行计算，并储存。在监测时，通过人力测量的数据需要用表格的形式按照施工标准记录在表内，通过一定的数学处理，将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定数据的可靠性；利用电子设备作为测量工具的部分，将测量***和后台***连接；其中后台***包括接收部分和计算反馈部分；测量***将测算的数据传送至后台***的接收部分，再通过计算反馈，告知工作人员具体监测情况，以满足全面监控测量重叠轨道施工的过程，实现信息化施工监测。

(4)数据分析处理：根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性；当时间位移曲线趋于平缓时，可通过数学分析预测最大沉降量；绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径、地层体积损失等；根据以上监测数据分析形成监测报告上报。所述数学分析包括对数函数分析、指数函数分析和双曲函数分析；通过数学分析得到的数据，结合围岩、支护受力情况和变形情况，得到可观的动态信息监测。

通过以上方法完成的施工监测，能够清晰的了解施工阶段底层与支护结构的动态变化，使施工过程满足工程结构的安全生产；通过监测了解到的施工对周边环境影响，并对监测结果进行处理分析，可以很好的控制施工现场的沉降情况，确保地面的正常使用、建/构筑物的正常使用和地下管线不受损坏；利用实际监测数据补充理论施工数据的不足，及时对施工情况的缺陷进行补充，使施工过程持续保持安全和效率；通过监控量测对施工产生的环境影响进行全面监控，使施工过程减少对环境的影响可能性；通过本发明方法进行的监测，对施工现场进行日常管理，确保施工过程的稳定推进；并且，通过本发明方法进行的监测，能够通过监测来了解施工过程中，施工带来的环境变化和受力变形规律，作为现场资料保留，能够在总结时，提供参考性建议，对下一个类似工程提供参照。

需要作出提示的是，在施工开工前，必须对监测人员进行相关培训，要求每位监测人员遵守安全生产的相关规定，并服从施工现场的统一指挥和安排；在监测工作中，必须严格按照审定的监测计划或者作业指导书等提出的标准化实施步骤进行监测；现场施工人员对使用的测量仪器应保管得当，拒绝由于人为原因而导致仪器的损坏和故障；在施工过程中，应当避免明火，加强现场的施工用电安全，为施工现场配备专门的专业电工，以减少短路而引起不必要的事故；在实际工作过程中，应当对监测人员进行负责制管理，由监测人员对测量结果负责，以做到安全生产的管理程序化和作业标准化；对每一项阶段性步骤作出及时总结，以提供下一阶段的工作效率。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)监测点布置：所述监测点布置包括地表沉降监测点布置、地下管线沉降监测点布置、建筑物沉降倾斜监测点布置、管片应力监测点布置、土压力监测点布置、管片环缝应变监测点布置和支撑轴力监测点布置；

(2)监测点埋设：对布置的监测点逐个埋设；

(3)实施监测；

(4)数据分析处理：根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。

2.如权利要求1所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，地表沉降监测点在隧道中线处的测点加密；地表有控制性建/构筑物时，两侧范围加宽。

3.如权利要求1所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，地下管线沉降监测点的布置中，重要管线检查井露头布设沉降监测点；管线与隧道平行距离相近时，地下管线沉降监测点和地表沉降监测点共用。

4.如权利要求1所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，建筑物沉降倾斜监测点布置在建筑物的四角或核心筒四角或大转角处。

5.如权利要求1所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，建筑物沉降倾斜监测使用仪器为全站仪。

6.如权利要求1所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，管片环缝应变监测和支撑轴力监测使用的传感器均为光纤光栅传感器。

7.如权利要求1所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，当时间位移曲线趋于平缓时，通过数学分析预测最大沉降量。

8.如权利要求7所述的一种重叠隧道信息化施工的监测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径和地层体积损失。