城市地下工程监测与反馈技术(XXXX)

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1、2008年度工程部长培训教材城市地下下工程监监测与反反馈技术术一 城市市地下工工程主要要特点与与施工方方法1.地下下工程的的主要特特点 地质条件件差 周边环境境复杂 结构埋深深浅、与与临近结结构相互互影响 围岩稳定定性难于于判断2.地下下工程的的主要施施工方法法随着施工工技术的的不断进进步和发发展，地地下工程程开的施施工方法法越来越越丰富，根根据地质质条件、周周边环境境条件、机机械设备备配备等等情况，城城市地下下工程施施工方法法一般可可分为三三大类，即即：明挖挖、暗挖挖及沉管管法。具具体分类类见下图图。二监测的的意义与与目的1.监测测的意义义在岩土中中修建地地下工程程，由于于对地下下工程设设计

2、合理理性进行行理论分分析牵涉涉问题很很多，比比较困难难，其主主要原因因是： (11)岩土土的复杂杂性， (22)施工工方法难难以模拟拟性， (33)围岩岩与支护护（围护护）结构构相互作作用的复复杂性。同时考虑虑城市地地下工程程的特点点，地质质条件差差、周围围环境一一般比较较复杂，因因此有必必要通过过信息化化施工，及及时了解解施工过过程中围围岩与支支护结构构的状态态，并及及时反馈馈到设计计与施工工中去，以以确保地地下工程程施工和和周围建建（构）筑筑物安全全。作为为信息化化施工的的最基础础工作，监监测显得得非常重重要。2.城市市地下工工程监测测的主要要目的 通过监测测了解地地层在施施工过程程中的动

3、动态变化化，明确确工程施施工对地地层的影影响程度度及可能能产生失失稳的薄薄弱环节节。 通过监测测了解支支护结构构及周边边建（构构）筑物物的变形形及受力力状况，并并对其安安全稳定定性进行行评价。 通过监测测了解施施工方法法的实际际效果，并并对其进进行适用用性评价价。及时时反馈信信息，调调整相应应的开挖挖、支护护参数； 通过监测测，收集集数据，为为以后的的工程设设计、施施工及规规范修改改提供参参考和积积累经验验。三主要监监测项目目1.监测测项目分分类（1）从从考虑地地下工程程结构稳稳定及施施工对环环境影响响出发，地地下工程程主要监监测项目目可以分分成三类类：第一一类是支支护结构构的变形形和应力力、

4、应变变监测，第第二类是是支护结结构与周周围地层层（围岩岩与结构构）相互互作用监监测，第第三类是是与结构构相邻的的周边环环境的安安全监测测。（2）根根据监测测项目对对工程的的重要程程度可分分为“必测项项目”和“选测项项目”两类。城市地下下工程施施工多数数采用浅浅埋暗挖挖法、明明挖法、盾盾构法这这三类方方法,其监测测内容见见下面表表格。浅埋暗挖挖法工程程主要监监测项目目类别监测项目目监测仪器器测点布置置监测频率率应测项目围岩与支支护结构构状态地质素描描及拱架架支护状状态观察察每一开挖挖环开挖面距距监测断断面前后后2DD时12次/d开挖面距距监测断断面前后后5DD时1次/2dd开挖面距距监测断断面前

5、后后5DD时1次/周地表、地地表建筑筑、地下下管线及及结构物物沉降水准仪和和水准尺尺每1050mm一个断断面拱顶下沉沉水准仪和和水准尺尺计每5330m一一个断面面，每断断面13对测点点周边净空空收敛收敛计每51100mm一个断断面，每每断面223测点岩体爆破破地表质质点振动动速度和和噪声声波仪及及测振仪仪质点振动动速度根根据结构构要求设设点，噪噪声根据据规定的的测距设设置随爆破随随时进行行选测项目围岩与结结构内部部位移多点位移移计、测测斜仪等等选择代表表性地段段设监测测断面，每每断面223个测孔孔开挖面距距监测断断面前后后2DD时12次/d开挖面距距监测断断面前后后5DD时1次/2dd开挖面距

6、距监测断断面前后后5DD时1次/周围岩与支支护结构构间压力力压力传感感器选择代表表性地段段设监测测断面，每每断面11020个测测点钢筋格栅栅拱架内内力支柱压力力或其他他测力计计选择代表表性地段段设监测测断面，每每断面11020个测测点。初期支护护、二次次衬砌内内力及表表面应力力混凝土内内的应变变计或应应力计每取代表表性地段段设监测测断面，每每断面11020个测测点锚杆内力力、抗拔拔力及表表面应力力锚杆测力力计及拉拉拔器必要时进进行盾构法工工程主要要监测项项目类别监测项目目监测仪器器测点布置置监测频率率必测项目地表隆沉沉水准仪和和水准尺尺每30mm一个断断面，必必要时加加密开挖面距距监测断断面前

7、后后200m时12次/d开挖面距距监测断断面前后后500m时1次/2dd开挖面面距监测测断面前前后550m时时1次/周隧道隆沉沉每5110m一一个断面面选测项目土体内部部位移（垂垂直和水水平位移移）水准仪、测测斜仪、分分层沉降降仪选择代表表地段设设监测断断面衬砌环内内力与变变形压力计和和应变传传感器选择代表表地段设设监测断断面土层应力力压力计和和传感器器选择代表表性地段段设监测测断面明挖法工工程主要要监测项项目（表表1）（上上海市工工程建设设规范地地基基础础设计规规范（DDGJ007111119999序号监测项目目监测目的的围护结构构施工基坑开挖挖水泥土围围护墙板式支护护体系放坡开挖挖1围护墙

8、（边边坡）顶顶水平位位移了解支护护结构的的最大水水平位移移量，必必要时调调整基坑坑开挖顺顺序和速速度，确确保基坑坑和周围围环境的的安全；2围护墙（边边坡）顶顶沉降了解支护护结构的的最大沉沉降量，必必要时调调整基坑坑开挖顺顺序和速速度，确确保基坑坑和周围围环境的的安全；3立柱沉降降4围护墙水水平位移移了解支护护结构的的最大水水平位移移量，必必要时调调整基坑坑开挖顺顺序和速速度，确确保基坑坑和周围围环境的的安全；5土体深层层侧向位位移6支撑或锚锚杆轴力力了解支撑撑或锚杆杆轴力情情况，判判断支护护结构受受力安全全状况7基坑内外外地下水水位隧道开挖挖降水对对周围地地下水位位下降的的影响范范围和程程度8

9、孔隙水压压力通过监测测孔隙水水压力在在施工过过程中的的变化情情况，及及时为开开挖、掘掘进速度度等提供供可靠依依据9围护墙体体土压力力监测挡士士结构在在各种施施工工况况下的不不稳定因因素，以以便及时时采取相相应的措措施保证证施工安安全10坑底隆起起（回弹弹）优化施工工方案（如如挖土速速率、底底板浇筑筑时间等等）；确确保基坑坑支护结结构和周周围环境境的安全全11裂缝监测测邻近建筑筑物了解施工工过程中中地表、地地下管线线、建筑筑物沉降降与倾斜斜情况，评评估周边边环境是是否安全全12邻近地表表13邻近建筑筑物沉降降14邻近地下下管线水水平、竖竖向位移移建筑基基坑支护护技术规规程（JJGJ11209）规

10、规定的基基坑侧壁壁安全等等级及重重要性系系数，以以及据此此等级确确定的基基坑监测测项目。 （表22）安全等级级一级二级三级破坏后果果很严重一般不严重重要性系系数。110010000900监测项目目支护结构构水平位位移周围建筑筑物、地地下管线线变形地下水位位桩、墙内内力锚杆拉力力支撑轴力力立柱变形形土体分层层竖向位位移支护结构构界面上上侧向压压力注：1破坏后后果系指指支护结结构破坏坏、土体体失稳或或过大变变形对基基坑周边边环境和和地下结结构施工工影响程程度，22有特特殊要求求的建筑筑基坑侧侧壁安全全等级可可根据具具体情况况另行确确定；33应测；宜测；可测 四监测控控制基准准的确定定1.控制制基准

11、确确定原则则（1）监监测控制制基准值值应在监监测工作作实施前前，由建建设、设设计、监监理、施施工、市市政、监监测等相相关部门门共同确确定，列列入监测测方案；（2）有有关结构构安全的的监测控控制基准准值应满满足设计计计算中中对强度度和刚度度的要求求，一般般应小于于或等于于设计值值；（3）有有关环境境保护的的控制基基准值，应应考虑被被保护对对象（如如建筑物物、地下下工程、管管线等）主主管部门门所提出出的确保保其安全全和正常常使用的的要求；（4）监监测控制制基准值值的确定定应具有有工程施施工可行行性，在在满足安安全的前前提下，应应考虑提提高施工工速度和和减少施施工费用用；（5）监监测控制制基准值值应

12、满足足现行的的相关设设计、施施工法规规、规范范和规程程的要求求；（6）对对一些目目前尚未未明确规规定控制制基准值值的监测测项目，可可参照国国内外类类似工程程的监测测资料确确定。在监测实实施过程程中，当当某一监监测值超超过控制制基准值值时，除除了及时时报警外外，还应应与有关关部门共共同研究究分析，必必要时可可对控制制基准值值进行调调整。2.地表表沉降控控制基准准确定方方法通常地表表沉降控控制基准准值应综综合考虑虑地表建建筑物、地地下管线线及地层层和结构构稳定等等因素，分分别确定定其允许许地表沉沉降值，并并取其中中最小值值作为控控制基准准值。（1）按按环境保保护要求求确定最最大允许许地表沉沉降值1

13、）从考考虑地表表建筑物物安全角角度确定定最大允允许地表表沉降值值地下工程程施工引引起地层层的差异异沉降所所引发的的建筑物物倾斜，则则是判断断建筑物物是否安安全的一一个重要要标准。根根据实际际经验总总结地层层差异沉沉降与建建筑物的的反应见见右表。建筑物结结构类型型/L（L为建筑筑物长度度，为差异异沉降）建筑物反反映一般砖墙墙承重结结构，包包括有内内框架及及建筑物物长与高高之比小小于100，有圈圈梁，有有基础1/1550分隔墙和和承重墙墙出现相相当多的的裂缝，可可能发生生结构破破坏一般钢筋筋混凝土土框架结结构1/1550发生严重重变形1/5000开始出现现裂缝高层刚性性建筑（箱箱型基础础、桩基基）

14、1/2550可观察到到建筑物物倾斜有桥式行行车的单单层排架架结构的的厂房，浅浅基础或或桩基1/3000桥式行车车运转困困难，若若不调整整轨面水水平方向向，行车车难以运运行，分分隔墙有有裂缝有斜撑的的框架结结构1/6000处于安全全极限状状态对差异沉沉降反应应敏感的的机器基基础1/8550机器使用用可能发发生困难难，处于于可运行行的极限限状态从建筑物物安全角角度分两两种情况况介绍最最大允许许地表沉沉降值的的确定方方法。 地表建筑筑物基础础位于沉沉降槽一一侧一般来说说，浅埋埋地下工工程施工工时，在在其两侧侧存在着着潜在的的破裂面面，如果果破裂面面与地表表交点位位于建筑筑内，则则应考虑虑不均匀匀沉降

15、对对建筑物物的影响响。假设设破裂面面与地表表的交点点为地表表沉降的的不动点点，则有有：式中，HH-工程覆覆土厚度度，h11-开挖高高度，DD为开挖挖直径，A-受影响的横截面宽度。不均匀沉降由Peck公式求得：如果令u等于建建筑物不不均匀沉沉降的最最大允许许地表沉沉降值，而而i通常位位于边墙墙所在的的铅垂线线上（iiD/2），于于是，按按下式计计算最大大允许地地表沉降降值。根据建筑筑物的容容许不均均匀沉降降差计算算出的最最大允许许地表沉沉降值。如如下式：根据建筑筑物的容容许倾斜斜率计算算出的最最大允许许地表沉沉降值。如下式： 地表建筑筑物基础础位于沉沉降槽中中间建筑物相相邻柱基基L小于（等等于）

16、沉沉降槽拐拐点位置置I由沉降槽槽曲线可可知，在在拐点ii处，曲曲线斜率率最大，当当建筑物物位于如如图所示示时，差差异沉降降（不均均匀沉降降）达到到最大故故以此极极限条件件下的坡坡度值一一一极限限坡度小小于相应应建筑物物允许倾倾斜值作作为限制制条件。即即：式中：LL一一建建筑物相相邻柱基基础间距距 f一一建建筑物的的允许倾倾斜S差异沉沉降值由极限条条件得允允许最大大沉降差差：Sfi，同时，由由pecck曲线线可知，当当x=i时，可可得出地地表下沉沉的最大大斜率：假定建筑筑物最大大允许倾倾斜与QQmaxx相等，此此时，地地表最大大允许沉沉降量：B 建筑筑物相邻邻柱基LL大于（等等于）沉沉降槽拐拐点

17、位置置2i这种情况况下，沉沉降对建建筑物的的影响引引起倾斜斜，同时时基础受受弯。当当建筑物物处于受受弯最不不利位置置，沉降降量过大大时，可可能导至至建筑物物基础结结构的断断裂及上上部结构构压性裂裂缝的产产生。影影响基础础变形的的因素，如如受力条条件、荷荷载分布布、建筑筑物等级级不尽相相同，难难以进行行分析，这这里仅根根据建筑筑物基础础的极限限应变采采用下式式计算最最大允许许沉降值值。（2）从从考虑地地下管线线的安全全角度确确定最大大允许地地表沉降降值管线与隧隧道的位位置关系系比较复复杂，仅仅以管线线与隧道道轴线垂垂直为例例进行说说明。沉沉降槽上上方的管管线变形形类似于于建筑物物地基梁梁L2i的

18、情况况，随着着地层的的沉降，其其受力条条件发生生转化，这这时可视视为受垂垂直均布布荷载的的梁来考考虑。根据结构构在正常常使用时时受到的的应力应应小于其其允许的的设计应应力这一一标准：由：=/EE 式中：允许拉拉应变； 允许拉拉应力； E材料弹弹性模量量；可知，管管线在地地层沉降降时产生生的变形形应小于于（或等等于）其其允许应应力的相相应变形形范围。即即可按下下式计算算沉降允允许值。式中：mm计计算长度度。当管管线走向向垂直于于地下工工程纵向向时，mm=i，S值最小小，此时时，上式式可简化化为如下下式。（3）从从考虑地地层及支支护结构构稳定角角度确定定最大允允许地表表沉降值值从考虑地地层及支支护

19、结构构稳定性性确定最最大允许许地表沉沉降值就就是从保保证施工工安全的的角度，以以地下工工程侧壁壁正上方方土体不不发生坍坍塌时允允许产生生的最大大地表沉沉降值作作为控制制基准，这这时采用用“地层梁梁理论”，诱导导出剪应应变的方方法来确确定最大大允许地地表沉降降值。城市地下下工程浅浅埋暗挖挖法施工工经验及及国内外外的经验验均表明明，软弱弱地层浅浅埋地下下工程典典型的地地表沉降降曲线可可用Peeck公公式描述述：对Pecck公式式求导可可得沉降降曲线的的最大斜斜率计算算公式如如下（发发生在xx=i处处）：如设定地地层的极极限剪应应变Ypp与相等，则则：于是得到到最大允允许地表表沉降计计算公式式如下。

20、即即从地下下工程施施工本身身的安全全稳定性性推求的的最大允允许地表表沉降值值为：式中：地层抗抗剪强度度， G地层剪剪切摸量量。 Smaax一一一最大允允许地表表沉降值值； i一一一曲线拐拐点到中中心的距距离，可可通过回回归求得得；从上面的的分析可可知，地地表沉降降控制基基准值随随工程条条件，尤尤其是周周边环境境条件而而变，目目前多数数招标文文件中笼笼统的要要求地表表沉值小小于某一一数值是是不适宜宜的，应应针对具具体工程程，通过过类比和和计算相相结合的的办法找找出相应应的控制制基准值值。2.地下下工程支支护结构构（围岩岩）稳定定控制基基准确定定方法（1）根根据支护护结构的的稳定性性确定对初期支支

21、护结构构稳定性性起决定定作用的的是结构构的抗弯弯刚度。为为研究方方便，对对隧道参参数Emm、D等进行行处理，使使其变成成无量纲纲的新参参数，如如下式。式中：uur地层某某点位移移； D隧道道跨度； EII支支护结构构抗弯刚刚度； Emm围围岩（地地层）的的变形系系数； R隧道道的等效效半径。根据设计计，绘制制围岩位位移支护刚刚度曲线线，为了了便于现现场监测测进行验验证，仅仅取隧道道拱顶位位移A、起拱拱线位移移B两条曲曲线，并并在图上上绘制uu=uu（直直线C），如如图所示示。从图图中可看看：围岩岩位移支护护刚度曲曲线存在在一个明明显的拐拐点，如如果围岩岩控制位位移较小小，C与A、B相交在在拐点

22、左左侧，要要达到控控制围岩岩位移的的目的，必必然支护护刚度要要求很大大，而CC与A、B相交在在拐点右右侧，随随着支护护刚度的的减小，围围岩位移移迅速增增大，交交点在拐拐点附近近，则既既让围岩岩产生一一定的位位移，又又使支护护结构在在较小的的刚度条条件下安安全工作作，从而而达到经经济、安安全的目目的。因因此而CC与A、B相交在在拐点附附近最合合理，交交点对应应的支护护结构（围围岩）位位移作为为变形的的控制值值u。（2）根根据地表表沉降控控制要求求确定城市地下下工程多多为软弱弱地层，且且埋置深深度浅，因因此确定定支护结结构（围围岩）允允许位移移基准值值时必须须考虑周周边环境境安全，即即要考虑虑地表

23、沉沉降要求求的影响响。 1.城城市地下下工程通通过城市市建筑群群要求地地表沉降降控制严严格时，位位移基准准值应当当控制得得尽量小小些。 2.山山岭隧道道对地表表沉降没没有严格格要求，位位移基准准值可以以适当定定大些。世界各国国根据在在实践经经验基础础上，给给出了相相应的控控制基准准。但作作为城市市地下工工程变形形控制基基准时，应应考虑周周边环境境的承受受能力，通通常要考考虑地表表沉降控控制要求求确定。（3）利利用现场场监测结结果和工工程经验验对预先先确定的的位移值值进行修修正在预先确确定位移移允许值值的条件件下，应应根据具具体工程程的现场场监测结结果和工工程经验验，分析析围岩及及支护结结构的稳

24、稳定状态态及周边边环境的的安全状状况。对对预先确确定位移移允许值值进行修修正，以以确保最最终确定定的位移移基准值值是安全全、经济济、合理理的。3.国内内外主要要监测项项目控制制基准值值（1）暗暗挖隧道道主要监监测项目目控制基基准值我国铁路路隧道采采用允许许相对位位移值的的方法。隧隧道周边边任意点点的实测测相对位位移值或或用回归归分析推推算的最最终位移移值均应应小于锚锚杆喷射射混凝土土支护技技术规范范（GGB5000866-20001）规规定值，即即下表所所列的数数值。覆土厚度度（m）围岩级别别30000.10.330.20.550.41.220.1550.550.41.220.82.000.2

25、0.880.61.661.03.00法国工业业部制定定的隧道道位移基基准值如如下表（隧隧道断面面501000 m22），可可作为初初选位移移基准的的参考值值。隧道埋深深（m）洞内拱顶顶容许下下沉（mmm）地表容许许下沉（mmm）硬岩软岩硬岩软岩105501022020550102202055050110020660100200020660150300010050005011005011002004000500750040112020040004011203006000日本“NNATMM设计施施工指南南”提出按按测得的的总位移移量值，或或根据已已测值预预计的最最终位移移值，给给出围岩岩的类别别，

26、然后后确定与与围岩相相应的支支护系统统。下表表给出了了隧道施施工中各各类围岩岩容许收收敛值。围岩类别别净空变化化值（mmm）单线双线751500257755011502550日本新宇宇佐美隧隧道对软软弱膨胀胀性岩体体位移基基准值的的规定如如下表所所列。地层条件件覆盖层厚厚度（mm）位移基准准值（ccm）开挖半径径（m）变质安山山岩等0100053.455100200053.500200以以上103.600温泉余土土01000103.5001002000153.600200以以上203.700我国北京京、广州州根据地地区经验验，提出出地铁工工程施工工相应的的监测控控制基准准。北京地铁铁浅埋暗暗挖

27、法施施工监测测控制基基准值监测项目目基准值位移平均均和最大大速度控控制值（mm/d）地表沉降降区间30平均：22最大：55车站60拱底隆起起区间10车站10拱顶下沉沉区间60平均：22最大：55车站120水平收敛敛区间20平均：11最大：33北京地铁铁盾构法法施工监监测控制制基准值值监测项目目基准值位移平均均和最大大速度控控制值（mm/d）地表沉降降20平均：11最大：33拱顶下沉沉20平均：11最大：33广州地铁铁施工监监测控制制基准监测项目目控制范围围控制基准准地表沉降降、类类围岩30 mmm、类类围岩20 mmm拱顶下沉沉类围岩岩50 mmm类围岩岩30 mmm、类类围岩20 mmm变形

28、速度度、类类围岩5mm/d、类类围岩3mm/d建筑物倾倾斜全线3（2）明明挖基坑坑工程变变形控制制基准确确定上海市和和深圳市市基坑设设计规程程规定将将基坑工工程按破破坏后果果和工程程复杂程程度区分分为三个个等级，各各级基坑坑变形的的设计和和控制值值见下表表基坑工程程等级划划分及变变形制控控基准值值工程复杂杂一级二级三级很严重严重不严重基坑深度度（m）1491449地下水埋埋深（mm）2255软土层厚厚度（mm）5252基坑边缘缘与邻近近已有建建筑浅基基础或重要管线线边缘净净距（mm）0.55h0.51.OOh1.OOh监控值设计值监控值设计值上海市墙顶位移移（mmm）305060100宜按二级

29、级基坑的的标准控控制，当当环境条条件许可可时可适适当放宽宽墙体最大大位移（mm）608090120地表最大大沉降（mm）305060100最大差异异沉降6/1000012/110000深圳市墙体最大大水平排桩、地地下连续续墙、土土钉墙0.00025HH0.00050HH0.01100HH位移（mm）钢板桩、深深层搅拌拌桩一0.01100HH0.02200HH深圳市建建设局还还对深圳圳地区建建筑深基基坑的地地下连续续墙作了了稳定判判别标准准，见下下表。深圳地区区深基坑坑地下连连续墙安安全性判判别标准准工程建设设行业标标准建建筑基坑坑工程技技术规范范（JJGJ112-999）规规定重力力式挡墙墙最

30、大水水平位移移的控制制值见下下表。重力式挡挡墙最大大水平位位移控制制值墙的纵向向长度30mm30550m50mm地层条件件良好地基基（0.00050.001）H（0.00100.0015）H0.0015HH一般地基基（0.00150.002）H（0.0020.005）H0.005H软弱地基基（0.00250.0035）H（0.00350.0045）H0.0045HH五.信息息反馈技技术1.信息息反馈的的内容（1）对对设计的的反馈内内容 通过对监监测资料料的反分分析，修修正设计计用围岩岩物理力力学参数数。 通过对监监测资料料的反分分析，修修正设计计用地应应力、渗渗水压力力、围岩岩压力等等基本荷荷

31、载。 通过对围围岩和支支护结构构的位移移、应力力应变、地地表及周周边建筑筑物位移移等监测测，修正正设计用用变形控控制基准准；安全全监测方方法和监监控判据据指标的的校核。 在上述修修正基础础上调整整支护结结构参数数即进行行信息化化设计。（2）对对施工的的反馈内内容在施工过过程中，通通过对监监测结果果的分析析判断，及及时调整整施工方方案，必必要时增增加辅助助施工措措施，以以确保施施工的安安全性和和经济性性。2.监测测数据的的处理方方法（1）散散点图与与回归分分析法u 一元线性性回归分分析u 非线性回回归分析析（2）地地下工程程监测数数据分析析中常用用的回归归函数u 地表沉降降横向分分布规律律地表沉

32、降降横向分分布规律律回归函函数采用用Pecck公式式，Peeck在在19669年提提出了地地层损失失的概念念，即在在不考虑虑土体排排水固结结和蠕变变的条件件下，得得出了一一系列与与地层有有关的沉沉降槽宽宽度的近近似值，u 位移历时时回归方方程对地表沉沉降、拱拱顶下沉沉、净空空收敛等等变形的的历时曲曲线一般般采用如如下函数数进行回回归。（1）指指数模型型：；（2）对对数模型型：；（3）双双曲线模模型：；以上3式式中：tt监测测时间（单单位：日日）； St时间对对应的位位移值； a、bb回归归系数。u 沉降历程程回归方方程由于地下下工程开开挖过程程中地表表纵向沉沉降、拱拱顶下沉沉及净空空收敛等等位

33、移受受掌子面面的时空空效应的的影响。采采用单个个曲线进进行回归归时不能能全面反反映沉降降历程，通通常采用用以变弯弯点为对对称的两两条分段段指数函函数式或或指数函函数进行行近似回回归分析析。式中：AA，B回归归参数；x距距开挖面面的距离离；S距距开挖面面x处的的地表沉沉降；x0、uu0变弯点点x0处处的沉降降值u00。4.监测测信息反反馈（1）监监测反馈馈的程序序（2）信信息反馈馈方法1）采用用收敛限限制法19788年法国国首次提提出了收收敛限制制法（又又称特征征曲线法法或变形形法），为为新奥法法的理论论计算提提供了方方向，收收敛限制制法是根根据地下下工程周周边位移移监测值值来反馈馈设计与与施工

34、。收敛限制制法是一一种以理理论为基基础、实实测为依依据、经经验为参参考的较较为完善善的地下下工程设设计方法法。其基基本原理理如图所所示。图图中纵坐坐标表示示结构承承受的地地层压力力，横坐坐标表示示沿洞周周径向位位移（一一般采用用净空收收敛值）。图图中曲线线为地层层特征线线，曲线线为支护护特征线线，两条条曲线交交点的纵纵坐标即即为作用用在支护护结构上上的最终终地层压压力P，交点点的横坐坐标为衬衬砌的最最终位移移u。u、P值即可可作为设设计计算算的依据据。2）参数数控制法法城市地下下工程在在施工前前，根据据周边环环境条件件制定地地表沉降降、周边边净空收收敛等参参数的控控制值，作作为判断断围岩或或地

35、层稳稳定的标标准和进进行施工工反馈的的依据。 根据位移移判别围围岩稳定定与否，据据此作出出增强和和减弱支支护参数数的对策策位移变化化速率是是判断地地层和结结构稳定定性的重重要指标标，如下下图所示示图中曲曲线位移变变化速率率不断下下降，最最后趋于于稳定，围围岩是稳稳定的；曲线位移变变化速率率大，而而且收敛敛很慢，则则应加强强支护，若若曲线一一直发展展，斜率率没有下下降趋势势则已出出现危险险征兆，应应采取紧紧急而特特殊措施施；曲线线是地层层失稳标标志，施施工单位位应立即即处理以以免造成成塌方，处处理的同同时要报报各有关关单位速速到现场场研究、决决策 根据地表表沉降监监测反映映的地层层变形规规律，采

36、采取相应应施工对对策，确确保地层层安全稳稳定根据监测测所反应应的地层层变形规规律，采采取相应应施工对对策，确确保地层层安全稳稳定。例例如浅埋埋隧道在在施工过过程中，对对周围所所产生的的变形非非常明显显，距开开挖面前前一倍洞洞径开始始产生先先向上后后向下的的变形，反反映到地地表的下下沉更为为明显见见下图，如如当拱脚脚钢支撑撑处理不不当，背背后充填填注浆不不及时、不不认真时时，地表表在824小时时内后会会发生明明显的下下沉。 根据监测测数据确确定二次次衬砌施施作时间间对采用浅浅埋暗挖挖法修建建的地下下工程，一一般规定定在初次次支护基基本稳定定后，开开始施作作二次衬衬砌。这这里的“基本稳稳定”通常是

37、是指支护护所受的的压力不不再增加加，围岩岩的位移移值基本本上不再再变化。因此，可可以用位位移或接接触应力力这两项项测试结结果来控控制，试试验证明明地下工工程周边边点的径径向位移移速度为为：3）工程程类比法法工程类比比法是根根据监测测资料与与已有工工程监测测结果及及稳定性性评判等等资料的的对比进进行分析析，评判判当前工工程的安安全状态态，及时时调整施施工方案案。工程类比比法是地地下工程程施工中中广泛采采用的定定性分析析方法。考考虑到城城市地下下工程的的具体特特点，按按下列顺顺序进行行工作。 类比工程程资料的的收集。 监测资料料的采集集、整理理、分析析。 现场地质质调查、施施工记录录和现场场观察巡

38、巡视。 综合定性性分析评评判。4）数值值计算方方法随着地下下结构计计算理论论研究工工作的进进展，人人们开始始采用地地层结构构法和收收敛约束束法等这这些以连连续介质质力学为为基础的的方法来来设计和和研究地地下结构构。然而而，由于于在以上上领域已已经取得得解析解解的成果果为数不不多，使使这些方方法的适适用范围围还相当当有限，近近二十多多年来，计计算机的的普遍使使用，使使数值计计算方法法有了很很大的发发展，包包括有限限单元法法、边界界元法、有有限差分分法等，大大大发展展了岩土土工程问问题的计计算理论论。其中中，有限限单元法法是一种种发展最最快的数数值方法法。5）反分分析法所谓反分分析法，就就是指利利

39、用现场场监测到到的信息息，或者者说监测测到的来来自工程程施工引引起的结结构与介介质的扰扰动量，包包括位移移、应变变、二次次应力或或地层应应力，根根据给定定的材料料模型，来来反演工工程介质质材料的的物理力力学参数数和初始始荷载。根根据监测测信息的的类型，反反分析法法可分为为位移反反分析法法、应变变反分析析法和应应力反分分析法三三类。在在地层材材料物理理力学参参数与初初始地应应力参数数之间，常常以后者者作为待待求参数数，因为为初始地地应力参参数的现现场监测测难度较较大，所所需费用用也远远远高于弹弹性模量量和泊松松比的测测定。相相对而言言，位移移，特别别是相对对位移的的测定较较容易、便便宜得多多。在

40、设设有衬砌砌结构支支护的条条件下，人人们更为为关心作作用在支支护结构构上的应应力，故故位移反反分析法法自200世纪700年代一一经提出出就受到到岩土工工程界的的重视。六自动化化监测系系统1.近景景摄影测测量系统统近景摄影影监测的的主要问问题在于于地下工工程内施施工条件件下不易易实施，而而且精度度目前尚尚难达到到要求。但但随着技技术的进进步，它它仍是个个值得进进一步研研究探索索的课题题。三维隧道道影像扫扫描仪（简简称DIIBITT系统）做做以下简简单介绍绍。 DDIBIIT为可可携带式式隧道影影像记录录器，近近年来奥奥地利IILF与与Tunnei Connsltt公司合合作开发发成功，曾曾有效应

41、应用于德德、奥境境内施工工中高速速铁路隧隧道。采采用三维维隧道影影像扫描描仪除可可全面并并精确地地记录隧隧道开挖挖面地质质与支撑撑施作结结果之影影像与几几何资料料，改善善目前本本地传统统工法中中有关监监测或记记录方法法之缺点点外，并并可提供供隧道开开挖高精精度资料料与建立立施工品品质资料料库，有有助于提提升国内内施工品品质控制制与工程程管理效效率。2.光纤纤监测系系统光栅传感感器是近近几年正正在研发发的新型型传感器器，光纤纤光栅传传感器可可集信息息的传感感与传输输于一体体，与传传统的传传感器相相比它具具有很多多优势：如防爆爆、抗电电磁干扰扰、抗腐腐蚀、耐耐高温、体体积小、重重量轻、灵灵活方便便

42、。特别别适合在在恶劣环环境下使使用。它它克服了了电阻应应变片的的易受电电磁干扰扰、易损损坏、寿寿命短和和不能重重复使用用的缺点点。通过过此项技技术可准准确的将将地震、不不均匀沉沉降、建建筑物的的动荷载载等等带带给结构构的危害害程度，做做到实时时、长期期、直观观的监控控。计算机传感器1传感器2传感器3传感器n3.自动动全站仪仪非接触触监测系系统全站仪非非接触监监测系统统采用先先进全自自动全站站仪，具具有自动动目标识识别、自自动跟踪踪、无棱棱镜测距距的功能能、将全全站仪置置于固定定测站，通通过数据据线与远远处控制制室连接接，通过过控制室室电脑发发出指令令控制全全站仪对对目标进进行监测测。该系系统具

43、有有获取信信息及时时、监测测精度高高。其具具有以下下优点：（1）适适应隧道道恶劣环环境；（2）克克服了传传统接触触量测在在大跨度度隧道中中速度慢慢、误差差大等缺缺点；（3）自自动化程程度高，能能够实现现数据自自动采集集、观测测安全快快速。（1）无无尺量测测的原理理 无尺量量测应用用自由测测站原理理，从任任意测站站观测已已知测点点的方向向和距离离，设任任意一点点为基准准点，通通过坐标标换算，换换算出测测点相对对已知点点的坐标标，根据据各点坐坐标换算算出各点点之间的的基线长长度。设设初测基基线长度度为基准准值（S0），第第i次测测得基线线长度为为（Si），则则：第i次所所测得累累计收敛敛值为：第i

44、次所所测得本本次收敛敛值为：（2）无无尺量测测的方法法 现现场量测测中，应应用机载载量测软软件在全全站仪上上设置数数据库，建建立起实实际监测测点数据据库，将将全站仪仪实时安安置在任任意测站站，完成成点位判判别后，仪仪器将按按机载量量测软件件预先在在此点上上设定的的观测点点集、顺顺序以及及规定测测回数依依次对观观测目标标进行边边、角测测量，实实时将观观测结果果记录到到全站仪仪PCMMCIAA存储卡卡的文件件中，并并将实时时采集的的数据与与相关规规范的限限差自动动进行比比对，若若超差则则报警，弹弹出对话话框等待待人工干干予。当当最终取取得合格格外业观观测数据据文件后后，该数数据文件件可与内内业计算

45、算机隧道道围岩变变形分析析系统软软件接口口，直接接将观测测数据送送入处理理系统。（3）无无尺量测测系统的的流程（4）无无尺量测测系统的的组成 无尺量量测系统统由现场场数据自自动采集集系统和和数据处处理系统统 组成成。1）现场场数据自自动采集集系统 现场数数据采集集系统由由量测仪仪器和观观测点组组成。量量测仪器器选用高高精度全全站仪（配配机载量量测软件件）。仪仪器要求求测角测测距精度度高，测测距精度度要求达达到1mmm22ppmm或以上上、测角角精度要要求达到到1或以上上。并且且为适应应隧道恶恶劣环境境，仪器器要密封封性能好好具备防防水、防防尘等特特点。观观测点可可采用徕徕卡反射射膜片或或小棱镜

46、镜，反射射膜片为为2020的的正方形形，由丙丙烯酸脂脂制成，反反射膜片片贴在保保护器中中。安装装在隧道道中使用用。 2）数据据处理系系统 数数据处理理系统采采用“隧道围围岩变形形分析系系统”，该系系统具有有自动传传输数据据、建立立数据库库、对数数据进行行回归分分析、可可输出各各种变形形曲线、报报表的功功能。3）测点点布设本监测系系统采用用徕卡TTCRAA18000+徕徕卡反射射片组成成现场观观测系统统，测点点由基座座与保护护盒两部部分组成成，基座座由155cm长长角钢及及30ccm长25的的钢筋焊焊接而成成，待掌掌子面开开挖完毕毕后，将将其固定定在初支支上。4）观测测方法 采用用自由测测站法进

47、进行进行行洞室变变形观测测。量测测时，将将仪器架架设至任任意与测测点通视视位置后后，设定定仪器参参数，每每测站由由全站仪仪自动观观测六测测回。为为减小测测试误差差，对同同一断面面进行左左右测站站测试。5）数据据处理 由全全站仪自自动将数数据记录录在仪器器自带的的PC卡卡上，待待全部断断面测试试完毕后后，用专专用软件件将全站站仪内数数据传输输至电脑脑内，由由处理程程序将现现场数据据进行处处理，经经计算得得出测点点间测线线长度，本本次量测测测线长长度与上上次量测测测线长长度相比比较即可可得本次次收敛值值。本次次量测测测线长度度与上次次量测测测线长度度相比较较即可得得累计收收敛值。数数据处理理程序如

48、如下图。 4.远程程监测系系统-净净力水准准仪监测测（重要要建（构构）筑物物变形监监测采用用）在城市地地区修建建地下工工程，往往往地表表周围有有建筑物物。为了了保证建建筑物的的安全，在在施工过过程中进进行建筑筑物监测测，目的的是掌握握工程施施工期间间建筑物物的变化化情况，以以便当建建筑物的的某一部部位或构构件变形形过大，及及时采取取有效的的保护加加固措施施，确保保建筑物物安全与与正常使使用。一般建（构构）筑物物，如普普通民居居，一般般的市政政桥梁、管管线等可可采取地地表沉降降的监测测方法进进行监测测。但对对于一些些特殊结结构，如如；桩基基托换过过程中的的高层建建筑物，运运营中的的地铁线线路，交

49、交通繁忙忙的铁路路、公路路桥梁等等，常规规监测方方法实施施的难度度特别大大，信息息反馈的的时效性性不能满满足要求求。根据据工程的的实际需需要，必必要时可可采用远远程监测测系统进进行监测测。远程监测测系统由由现场采采集系统统和远程程控制系系统两部部分组成成。将各各类传感感器埋设设在待测测结构上上，并连连接在数数据采集集仪上，即即构成数数据采集集系统，可可在无人人值守状状态下，实实现各类类监测数数据的自自动采集集远程监测测在北京京地铁五五号线静静力水准准仪布置置图数据采集集仪为连连接远程程监控中中心及各各类监测测传感器器的中继继站，直直接控制制各类传传感器，并并将传感感器的信信号进行行编译传传输至

50、监监测中心心。远程监测测在北京京地铁五五号线的的数据采采集仪远程监测测中心由由主控计计算机，通通过数据据采集仪仪，控制制监测传传感器的的工作。通通过设置置参数，可可实现高高频自动动监测，通通过强大大的数据据后处理理系统，可可实现大大量监测测数据的的实时分分析，及及时反映映监测对对象的各各类信息息，为施施工控制制提供参参考数据据。远程监测测在北京京地铁五五号线的的应用主主控电脑脑远程监测测结构变变形历时时曲线图图七监测实实例广州地铁铁一号线线某区间间隧道工工程1工程程概况该区间隧隧道工程程位于中中山路东东端南侧侧，周边边环境复复杂，天天河自来来水厂和和天河村村密集居居民区，隧隧道穿越越IIIII

51、类类围岩，主主要为强强中风化化带岩层层及残积积土层，地地下水丰丰富。区区间内有有极易液液化的流流砂层，穿穿越常年年流水的的杨淇涌涌。为广广州地铁铁一号线线地层最最复杂，施施工难度度最大的的区间之之一。隧道埋深深122185m，左左右线双双洞隧道道，左右右隧道中中线间距距为1333 162m，隧隧道断面面为鹅卵卵形，采采用浅埋埋暗挖法法施工，采采用复合合式衬砌砌支护结结构，即即初期支支护为喷喷锚支护护，永久久衬砌为为C300防水混混凝土。2监测测项目及及控制基基准（1）监监测项目目序号监测项目目监测仪器器监测目的的监测频率率1地表沉降降水准仪和和水准尺尺了解施工工过程中中地表沉沉降情况况开挖面距

52、距监测断断面前后后2BB时12次/d开挖面距距监测断断面前后后5BB时1次/2dd开挖面面距监测测断面前前后55B时1次/周2地表建筑筑沉降与与倾斜水准仪和和水准尺尺了解施工工过程中中建筑物物沉降与与倾斜情情况，评评估建筑筑物建筑筑物是否否安全3拱顶下沉沉水准仪和和水准尺尺计了解施工工过程中中初期支支护结构构变形情情况4周边净空空收敛收敛计了解施工工过程中中初期支支护结构构变形情情况5地中土体体垂直位位移NC550型分分层沉降降仪，沉沉降管了解施工工过程中中地层不不同深度度的垂直直变形情情况6地中土体体水平位位移SINCCO测斜斜仪、测测斜管等等了解施工工过程中中地层不不同深度度的水平平变形情

53、情况7围岩压力力压力传感感器了解施工工过程中中初期支支护结构构的荷载载分布情情况8钢筋格栅栅拱架应应力支柱压力力或其他他测力计计了解施工工过程中中初期支支护结构构的内力力分布情情况9地下水位位水位计、水水位管等等了解施工工对地下下水位影影响10爆破振动动速度声波仪及及测振仪仪了解爆破破引起地地表及建建筑物的的震动情情况随爆破随随时进行行（2）控控制基准准监测项目目控制范围围控制标准准地表下沉沉I、III类围岩岩3OmmmIII、IV类围围岩20mmm拱顶下沉沉及净空空收敛I类围岩岩50mmmII类围围岩30mmmIII、类类围岩20mmm位移速度度I、III类围岩岩5mm/dayyIII、IV

54、类围围岩3mm/dayy建筑物倾倾斜全线3%。2.监测测结果分分析（1）地地表沉降降1）地表表纵向沉沉降规律律从图中可可以看出出，地表表沉降的的变化过过程可分分为四个个阶段： 微小沉降降阶段：当掌子子面开挖挖到与测测点距离离20D10D时，开开始对地地表产生生一定的的影响，沉沉降值约约占总沉沉降值的的1015%左右。主主要是由由于隧道道开挖引引起前方方地层应应力场发发生变化化，以及及地下水水的流失失而引起起的微小小沉降。 沉降急剧剧增大阶阶段：随随着掌子子面向前前推进，距距测点在在1DD3D内时时，地表表沉降速速率加速速增长，沉沉降值急急剧增大大，此阶阶段沉降降值约占占总沉降降值的66070%

55、左右。该该阶段沉沉降主要要是由于于隧道的的开挖而而造成边边界条件件发生改改变，对对覆盖土土体产生生扰动，引引起应力力场的重重分布，产产生卸载载效应，为为施工过过程中主主要沉降降阶段。 缓慢沉降降阶段：当掌子子面向前前开挖超超过测点点30D以后后，沉降降速率开开始减小小，沉降降值缓慢慢增加，沉沉降曲线线开始收收敛，一一直延续续到50D，此此阶段沉沉降值约约占总沉沉降值的的1015%左右。 沉降基本本稳定阶阶段：当当掌子面面距测点点50D后，沉沉降增长长缓慢，直直至延续续时80D，地地层趋向向稳定状状态，此此阶段沉沉降值约约占沉降降值的55%左右右。采用非线线性最小小二乘法法进行回回归分析析，得到

56、到、类围岩岩的地表表沉降曲曲线的回回归方程程如下：类类2）横向向地表沉沉降IIII为类类围岩地地表横向向沉降实实测曲线线类围岩岩地表横横向沉降降曲线类围岩岩地表横横向沉降降曲线采用Peeck公公式法对对实测数数据进行行横向地地表沉降降规律分分析，得得到各类类围岩横横向地表表沉降曲曲线参数数见下表表：围岩类别别i横向影响响范围16889522501288105515047485520（2）拱拱顶下沉沉实测拱顶顶下沉统统计值见见下表。围岩类别别平均沉降降值（mmm）最大沉降降值（mmm）类13002411类（一一般地段段）19114088类（人人工填土土段）48559333类412499类1565

57、2）回归归方程根据监测测数据，得得类围岩岩拱顶下下沉的回回归方程程如下：类 类 类 类 3）沉降降历时分分析 除个别测测点外，拱拱顶下沉沉值一般般小于550mmm，说明明支护结结构是安安全的。 上半断面面开挖引引起的下下沉值占占总下沉沉的600左右右，因此此，监测测时测点点应紧跟跟工作面面埋设。 纵向影响响范围约约为下半半断面通通过后的的23倍洞径径。 初期拱顶顶下沉速速度较大大，1倍洞径径范围内内为快速速沉降区区，其下下沉值约约占总下下沉值的的7075。 12倍倍洞径范范围内，下下沉速度度开始减减缓，该该段属于于缓慢下下沉阶段段，下沉沉值约占占总下沉沉值的22025。 测点距掌掌子面超超过2

58、倍洞径径，下沉沉开始收收敛，该该段属于于下沉基基本稳定定阶段，下下沉值约约占总下下沉值的的510。拱顶下沉沉历程回回归曲线线（3）净净空收敛敛收敛监测测结果统统计分析析如下表表。围岩类别别平均收敛敛值（mmm）最大收敛敛值（mmm）类10773188类27447688类08551122类05000833（4）地地中垂直直与水平平位移类围岩地地中水平平与垂直直位移图图（5）围围岩压力力实测围岩岩压力分分布图（6）初初期支护护应力监监测（7）爆爆破振动动速度监监测采用萨道道夫斯基基经验公公式对爆爆破振动动速度监监测结果果进行回回归，求求得萨道道夫斯基基经验公公式中地地震波衰衰减系数数K=1110，=20，为后后续钻爆爆设计提提供了依依据，确