监控量测在地铁明挖车站围护结构施工应用

　　摘要：随着社会的发展和科技的进步人类对地下空间的开发越来越重视，尤其城市地铁得到了空前的发展，如何保证地铁施工安全，如何在施工过程中能够随时掌握结构变形，成为一项重要施工技术措施，监控量测作为一个重要的控制工序在我国得到了突飞猛进的发展。本文以北京地铁奥运支线土建工程监控量测为例，主要介绍地铁明挖车站监控量测的测量原理、目的及方法、数据分析。
　　关键词：监控量测、基坑、数据、反馈
　　北京地铁奥运支线起于北中轴路的熊猫环岛，沿北中轴路向北延伸，穿越北土城路、民族园南路和北四环路后进入奥林匹克公园中心地区，穿过国家体育场和国家游泳馆之间的广场，沿中轴线广场继续向北，经成府路、中一路、大屯路、北一路、辛店村路后，止于森林公园内规划奥运湖南岸。奥运支线全部为地下线，全长4.398公里，由南向北设奥体中心站、奥林匹克公园站、森林公园站3座车站，施工工法均采用明挖法施工，围护结构均采用围护桩+钢支撑的内支撑体系。
　　1．监控量测目的
　　地下工程施工要考虑对城市环境的影响。施工的力学响应可以通过施工监测实现，并及时预测地层变形的发展，反馈施工，控制地下工程施工对环境的影响程度。因此，施工监测在施工中有着及其重要的作用，其监测的目的包括：
　　1）保证施工安全。通过及时、准确的现场监测结果判断地铁结构的安全及周边环境的安全，并及时反馈施工，调整设计、施工参数，减小结构及周边环境的变形，保证施工安全。
　　2）预测施工引起的地表变形。根据地表变形的发展趋势决定是否采取保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据。
　　3）控制各项监测指标。根据已有的经验及规范要求，检查施工中的各项环境控制指标是否超过允许范围，并在发生环境事故时提供仲裁依据。
　　4）验证支护结构设计，指导施工。地下结构设计中采用的设计原理与现场实测的结构受力、变形情况往往有一定的差异，因此，施工中及时的监测信息反馈对于设计方案的完善和修正有很大的帮助。
　　2．明挖基坑监控量测的项目及方法
　　监测的主要范围是：站线结构物外延两侧30m范围内的地下、地面建筑物、构筑物、管线、地面及道路。各项观测数据相互验证，确保监测结果的可靠性，为合理确定各项施工参数提供依据，达到反馈指导施工的目的，真正做到信息化施工。
　　2.1地表沉降
　　1）测试目的
　　工程开挖后，地层中的应力扰动区延伸至地表，围岩力学形态的变化在很大程度上反映于地表沉降，且地表沉降可以反映开挖过程中围岩变形的全过程。尤其是对于城市地下工程，若在其附近地表有建筑物时就必须对地表沉降情况进行严格的监测和控制，保证施工安全。
　　2）基准点埋设
　　精密水准基点距基坑施工场地较远，降水作业及施工干扰相对较小，基准点埋设应视现场情况，设置在施工影响范围以外、较明显而且通视良好的区域内，且要求便于进行联测以便基准点互相校核。基准点的埋设要牢固可靠，采用标准地表桩，必须将其埋入原状土，并做好井圈和井盖，如图所示。在坚硬的道面上埋设地表桩，应凿出道面和路基，将地表桩深埋入原状土。基准点应采用二等水准测量要求和附近水准点联测取得原始高程。
　　3）测点布置与埋设
　　明挖基坑地表沉降分别布设若干部位，地面沉降测点分别布置在明挖段四周，在一般地段每30m设一组观测点（两个）。
　　地表沉降测点埋设时先用工程水钻在地表钻孔，然后放入沉降测点。测点采用Φ22mm，长500～1500mm半圆头螺纹钢筋制成。将钢筋埋入至原状土层以下，四周用水泥砂浆填实，并在地表做保护井，所有测点用红油漆标记并统一编号。
　　4）外业观测
　　在施工区域内利用已经埋设好的基准点和监测点布设一条或几条水准线路，用精密水准仪按一定周期观测监测点高程。把所得高程加以比较，来反映监测对象的沉降变化情况。
　　外业观测作业规范如下：
　　（1）五固定：固定观测人员；固定观测仪器；固定观测水准尺；固定观测路线；固定观测方法。
　　（2）每次观测之前将仪器露天放置30min。
　　（3）烈日下观测使用测伞；温差变化较大时使用仪器罩。
　　（4）常规水准观测顺序为后前前后。
　　（5）各周期观测前应进行基准点稳定性监测。
　　（6）凡超出规定限差要求的成果，均应进行重测。
　　5)沉降值计算
　　地表监测基点为标准水准点（高程已知），监测时通过测得各测点与水准点（基点）的高程差ΔH，可得到各监测点的标准高程Δht，本次与上次测得高程进行比较，差值Δht(1,2)Δ即为该测点的沉降值。即：
　　Δht(1,2)=Δht(2)-Δht(1)
　　6）监测数据处理
　　明挖施工段基坑监测严格按照GB12987-91国家二等水准测量规范执行。沉降点间距和复测周期按照中华人民共和国《城市测量规范》及北京市地方测量规范执行。管线保护按照业主、管理单位要求或按国家相关规范执行。
　　2.2围护桩的水平变形测试
　　1）测试目的
　　围护结构发生过大的沉降或水平位移将带动周围地层、建筑物、地下管线的变形，对围护结构，主要监测围护结构在不同深度的水平位移。位移量的大小主要取决于围护结构的刚度、支撑系统的刚度、水土压力以及土方开挖强度、土方开挖顺序等因素。围护结构过大的水平位移将不利于基坑的主体结构施工和周边环境的安全。
　　根据对围护结构水平位移的监测结果进行分析，可以调整基坑土方开挖顺序、土方开挖强度，确保基坑和周围环境的安全；
　　2）测试方法
　　在不同的开挖深度，围护结构水平位移不一样，围护结构水平位移沿深度方向的分布可以用测斜仪通过量测测斜管的变形来反映。将测斜管与围护桩的钢筋绑扎在一起，围护桩在背后水土压力、机械荷载和其它活载的作用下，向基坑方向倾斜，绑扎在围护桩的侧斜管也随之发生倾斜，
　　3）测斜管安装
　　测斜管内有两对互成正交的纵向导槽，其中一对槽口垂直于基坑边线，以保证测得围护结构挠曲的最大值。在进行测斜管管段连接时，必须将上、下管段的滑槽相互对准，以便测斜仪的探头在管内能够平滑运行，为了防止泥浆从缝隙中渗入管内，接头处应进行密封处理，涂上柔性密封材料或贴上密封条。
　　4）测斜原理
　　测斜管内分成m段，每段长度为L（一般为500mm或1000mm），假定第n次侧得的侧斜管倾角为θn，则这一段的围护桩水平位移为：
　　
　　第n次测量时的围护桩总的水平位移值相对与第一次测量的围护桩水平位移值为：
　　
　　一般仪器侧得的并非是，而是一个应变值，为保证测量精度，对每一段都要进行两次测量，即：第一遍测量结束后，将测头旋转180º，再测一遍，对于同一根测斜管来说，由于每一段的长度L是固定的，将乘以一个仪器系数，就可以得到某一段测斜管的水平位移。
　　
　　
　　5）监测数据处理
　　以测斜管每一段的水平位移值作为横坐标，以该段的深度作为纵坐标，就可以得到某一次测量时测斜管的不同深度的水平位移曲线，这条水平位移曲线也就是围护桩的水平位移曲线。
　　2.3围护桩钢筋应力测试
　　1）测试目的
　　测量围护桩主筋受力。
　　2）测试方法
　　本次监测采用GD-10型振弦式钢筋测力计测量围护桩钢筋受力情况，接受仪表为频率仪。在绑扎钢筋笼的同时将钢筋计与支撑主筋串联焊接。
　　3）测试原理
　　
　　式中：
　　：第个钢筋计的量测应力
　　：钢筋计的测量自振频率；
　　 ：钢筋计埋设后的初始自振频率
　　安全判别条件：
　　
　　式中：为钢筋的抗拉、抗压强度设计值。
　　2.4土压力测试
　　1）测试目的
　　实际测试围护桩在不同深度的土压力，为判断基坑围护桩强度是否满足安全要求提供依据。
　　2）测试方法
　　测量土压力盒的频率，并根据压力盒率定表，换算成压力值。
　　3）测点安装
　　本次监测采用钢弦式土压力盒，将压力盒埋设置在围护结构一侧。
　　4）测点布置
　　土压力盒分别布置在基坑长边和短边的中间位置。
　　2.5钢支撑的轴力测试
　　本项监测为必测项目。
　　1）测试目的
　　在本工程的基坑开挖过程中，为了确保围护桩的稳定，采用钢支撑作用内支撑。测试目的是：掌握支撑体系的内力变化情况，及时调整基坑土方开挖顺序和土方开挖强度。避免支护系统发生破坏。
　　2）测试方法
　　本次监测采用钢弦式轴力计测量土方开挖和结构施工过程中钢支撑的轴力变化，用频率仪测读。钢弦式轴力计的外壳是一个经过热处理的高强度钢筒，在筒的周边设有3-6个应变计，用来测读作用在钢筒上的荷载，把各个应变计的读数相加后取平均值，即可得到轴力值。
　　3．总结
　　监控量测作为一种施工过程中的控制工序，目前越来越广泛被应用于各类工程之中，在今后的施工中监控量测将会起越来越重要的作用，特别是在地下结构工程中监控量测作为一种通过数据分析，直接反映实体变形情况，通过数据的分析动态对各种支护参数进行调，以达到有效控制施工过程，确保施工安全。因此，在今后的施工中，必须严格按设计的点位、频率，进行监测，及时分析数据，通过数据化、信息化管理，有效调整施工参数，控制施工过程，确保项目安全。

《监控量测在地铁明挖车站围护结构施工应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 监控量测在地铁明挖车站围护结构施工应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-15924