贵阳市轨道交通1号线土建工程8标监测方案设计

杜红涛 李鹏飞

摘要：介绍贵阳市轨道交通1号线土建工程8标监测目的、布网原则，监测方案的实施和监测成果及监测数据分析。

关键词：轨道交通；监测目的；布网原则；监测方案；监测成果；数据分析

1.监测目的

按照设计文件进行认真全面的监测，为有关部门提供及时、可靠、翔实的监测数据。全面收集地质、施工进度资料，特别是要有针对性地分析每道工序（分部开挖）造成各种监测值的大小及影响程度，做好监测数据变化的成因分析。在可能的情况下对施工方案的调整提出参考建议。

2.监测测点的布设原则

本工程各监测项目及监测点主要按贵阳市轨道交通1号土建工程监测1标段招标文件的监测技术要求、相关监测技术规范要求，并结合以上监测原则而布置的，具体实施时可根据现场情况进行适当调整。具体布设原则如下：

（1）观测点类型和数量的确定结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑。

（2）为验证设计数据而设的测点布置在设计中最不利位置和断面上，为结合施工而设的测点布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息、指导施工。

（3）表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于应用仪器进行观察，还要有利于测点的保护。

（4）埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不削弱结构的刚度和强度。

（5）在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使一个监测部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律。

（6）根据监测方案在施工前布置好各监测点，以便监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态。

（7）测点在施工过程中遭到破坏时，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，保证该点观测数据的连续性。

3. 监测方案实施

3.1 监测方案的编制依据

1.《贵阳市轨道交通1号线土建工程监测1标招标文件》，2013年4月；

2.《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）；

3.《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009；

4.《工程测量规范》（GB50026-2007）；

5.《建筑变形测量规范》（JGJ/T8-2007）；

6.《地下铁路工程施工及验收规范》（GB50299-1999）；

7.《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）；

3.2 监测的内容分类

3.2.1竖向位移类监测

3.2.1.1 监测方法及精度

1、垂直位移监测基准点

（1）点位布设

垂直位移监测点分三级布设，即基准点、工作基点、观测点。垂直位移监测基准点应布设于基坑外施工影响区外稳定可靠的位置。优先考虑采用施工控制水准点，若需另外布设，则应设立在基础好，沉降稳定，便于施测与保存，稳固的永久性建筑物上，也可以埋设于在变形影响区域外的基岩或原状土层上，通常采用墙上水准点。

工作基点的选取应视观测点与基准点的距离而定，初步确定为每个基准点联测3个工作基点。

工作基点应根据土质状况决定，可埋设1.0米左右深度的混凝土标石。应结合整个工程的垂直位移监测工作进行，统一进行垂直位移监测基准点和工作基点的布置。监测点的布设应结合地质条件、埋深和结构特点、支护类型、开挖方式以及环境状况等因素综合考虑。

在基准网建成后，在监测工作开始后3月进行第一次复测，此后每隔6月复测一次；工作基点的复测周期原则上为每月至少一次。实施过程中根据控制点的稳定性调整复测周期，也可根据实际需要仅进行局部复测，而非全面复测，以便减小复测的工作量。发现基准点异常变动，应及时根据要求进行修正，或换点加密测量。

（2）测量方法与精度

各基准点应组成闭合水準路线，按照二等水准测量方法进行施测。选用天宝DiNi03精密电子水准仪配条码尺，仪器标称精度±0.3mm/km。在观测前对所用的水准仪和水准尺按照有关规定进行检定，在使用过程中不得随意更换。

2、竖向位移监测

本施工标段的竖向位移类监测项目包括：支护结构桩（墙）顶沉降、周边地表沉降监测、周边建（构）筑物沉降监测等。

（1）测点布设

支护结构桩（墙）顶每45～60m布设1个测点，周边地表每45～60m一个断面，每个断面1～3个测点；浅埋段地表每45～60m一个断面，每个断面1～3个测点；重要建（构）筑物按施工单位布置点的10%～20%。

（2）测量方法与原理

竖向位移量测采用精密水准测量方法。高程控制测量及首次沉降观测采用往返测或单程双测站观测方式，其他各次沉降观测可采用单程观测。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，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。

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，然后与上次测得高程进行比较，差值Δh即为该测点的沉降值。即：

在条件许可的情况下，尽可能的布设水准网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。

（4）监测精度与采用仪器

按国家二等水准测量精度要求进行沉降监测。观测仪器采用DINI03电子水准仪，配条码标尺进行沉降监测。高程控制测量及首次沉降观测采用往返测或单程双测站观测方式，其他各次沉降观测可采用单程观测。视线长度小于50m，前后视距差小于1m，前后视距差累积小于3m，视线高度大于0.3m。为便于校核，观测基准点数量不应少于两点，且应设置在施工影响范围以外。

3.2.1.2监测周期及频率

（1）明挖基坑及区间

1.开挖阶段，1次/3天；

2.底板施工阶段，1次/3天；

3.底板封闭后，1～15天，1次/3天；

4.底板封闭后，15～30天，1次/5天；

5.底板封闭后，30天以后，1次/7天；

6.基本稳定后，1次/30天；

7.覆土后停止监测。

（2）隧道浅埋段

1.开挖面前后50m范围内，1次/3天；

2.开挖面已过或距离建筑物边线在对应线路上投影里程外10m时，1次/7天；

3.在10m范围以外但并未超过接近工程界定值时，1次/15天；

4.超出接近工程界定值时，估计监测数据稳定情况定。

当竖向位移接近报警值时2次/天，超过报警值或出现险情时应1次/小时或根据现场情况确定。

3.2.1.3竖向位移报警值

上述各控制标准值没有考虑建（构）筑物的设计缺陷，既有变形以及结构本身的附加应力等因素。

当达到上述报警值80%时应发出预警，以便有关部门采取措施，调整施工方法。当达到或超过报警值时就要向有关部门报警

3.2.2支护结构桩（墙）顶水平位移监测

3.2.2.1监测方法及精度

1、水平位移监测基准点

由于水平位移监测每次至少要同时使用两个基准点，所以必须保证每次使用的两个基准点相对位置关系及设站控制点的绝对位置固定。每次观测前应对基准点进行检核，确认稳定后方可进行监测点的观测工作。平面坐标系统与施工坐标系统尽量统一，对于部分可以直接采用的施工控制点可以纳入水平位移监测基准网。发现基准点异常变动，应及时根据要求进行修正，或换点加密测量。

测量方法与精度：

采用徕卡TM30型全站仪（测角精度0.5″，测距精度±0.6mm+1ppm），按照精密导线测量要求进行施测。水平位移监测基准网的主要技术要求见下表。

水平位移监测基准网的主要技术要求（GB50026-2007）

在基准网建成后，在监测工作开始后3月进行第一次复测，此后每隔6月复测一次；工作基点的复测周期原则上为每月至少一次。实施过程中根据控制点的稳定性调整复测周期，也可根据实际需要仅进行局部复测，而非全面复测，以便减小复测的工作量。发现基准点异常变动，应及时根据要求进行修正，或换点加密测量。

2、桩（墙）顶水平位移监测

（1）监测点布设

沿基坑周边45～60m布设一个监测点。

（2）监测方法与原理

水平位移量测依据现场情况可采用视准线法或极坐标法。作业前应对使用的基准点和工作基点的稳定性进行检测。

視准线法测量原理如下图所示。

在选定的水平位移监测控制点上安置全站仪，精确整平对中，瞄准另一端的水平位移监测控制点作为起始方向，依次按方向观测法测定两监测控制点间的水平位移监测点与测站连线偏离起始方向的角度，以所测角值作为计算变量（测站点到后视监测控制点的水平距离值由全站仪测出后作为定值），从而计算出监测点沿垂直于起始方向的位移。

视准线法偏移量计算公式如下：

式中：Q为偏移量（mm）；A为观测点的小角值（秒）；P″为常数206265（秒）；L为基准点至观测点之间平距（m）。

通过各次偏移量的比较计算出水平位移量，将第一次位移观测值作为各位移观测点的初始值，以后将每次观测值减去上次的观测值得到本次位移量，减去初始值得到总位移量。位移变化量以基坑坡顶为标准，向基坑位移，其值为“+”反之为：“-”。

极坐标法是在选定的水平位移监测控制点上安置全站仪，精确整平对中，瞄准另一端的水平位移监测控制点作为起始方向，直接测定监测点的坐标，根据两次坐标差值计算监测点位移量。

监测埋设的监测点稳定后，应在基坑开挖前进行初始值观测，初始值一般应用全站仪独立观测3次，3次观测时间间隔尽可能的短，3次观测值较差满足有关限差值要求后，取3次观测值的平均值作为初始值。水平位移监测以初始值为观测值比较基准，水平位移变形监测应视基坑开挖情况即时开始实施。

（3）测量精度与采用仪器

水平位移观测仪器读数最小至0.1mm，点位相对中误差1mm，水平位移采用徕卡TM30型全站仪（测角精度0.5″，测距精度0.6mm+1ppm）进行施测。

观测法限差

3.2.2.2监测周期及频率

土建施工期间，测点的监测频率为：

1.基坑开挖阶段，1次/3天；

2.底板施工阶段，1次/3天；

3.底板封闭后，1～15天，1次/3天；

4.底板封闭后，15～30天，1次/5天；

5.底板封闭后，30天以后，1次/7天；

6.基本稳定后，1次/30天；

7.覆土后停止监测。

当支护结构水平位移接近报警值时2次/天，超过报警值或出现险情时应1次/小时或根据现场情况确定。

3.2.2.3支护结构水平位移报警值

当达到上述临界值80%时应发出预警，以便有关部门采取措施，调整施工方法。

当达到或超过临界值时应向有关部门报警

3.2.3土（桩）体水平位移监测

3.2.3.1点位布设

在明挖区间及明挖基坑支护结构内，间距45～60m布设1孔，同一孔中测点间距0.5m。

3.2.3.2监测方法

围护墙（桩）侧向变形量测采用测斜仪进行施测。测斜仪是一种可精确测量沿垂直方向地层或围护结构内部水平位移的工程测量仪。当测斜管深埋于稳定地层中或围护桩（墙）体内时，则各点位移可根据测读点间的倾角和距离换算出来。

测量时放入带有导轮的伺服加速度式测斜仪沿导槽滑动，由于测斜仪能反应出测管与重力线之间的倾角，因而能测出测斜仪所在位置测管在土体作用下的倾斜度θi，换算成该位置测斜仪上下导轮间（或分段长度）的位置偏差Δd：

式中，L为量测点的分段长度（一般为0.5m）。自下而上累加可知各点处的水平位置：

与初值相减即为各点本次量测的水平位移。

观测时的具体步骤如下：

1）将测头导轮卡置在预埋测斜导管的滑槽内，轻轻将测头放入测斜导管中，放松电缆使测头滑止孔底，记下深度标志。当触及孔底时，应避免过分冲击。将测头在孔底停置约5分钟，使测斜仪与管内温度基本一致。

2）将测头拉起至最近深度标志作为测读起点，每0.5m测读一个数，利用电缆标志测读测头至测斜管顶端为止。每次测读时都应将电缆对准标志并拉紧，以防止读数不稳。

3）将测头调转180°重新放入测斜导管中，将测头滑到孔底，重复上述步骤在相同的深度标志测读，以保证测量精度。通常采用正反测量的目的是为了提高精度，导轮在正反向滑槽内的读数将抵消或减小传感器的零偏和轴对准所造成的误差。

4）现场测读记录

差值=读数E-读数W

式中：E表示上导轮方向，W表示上导轮调转180°的方向，差值表示在该测点0.5m测管的水平位移的2倍。

5）测斜曲线

将在围护结构中同一测斜管的不同深度处所测得的累计变位值点在坐标纸上连接起来，从而得到位移——历时曲线，孔深——位移曲线，当水平位移速率突然过分增大是一种报警信号，收到报警信号后，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中出现了什么问题，并及时采取保证施工安全的对策。

3.2.3.3監测频率

土建施工期间，测点的监测频率为：

1.基坑开挖阶段，1次/3天；

2.底板施工阶段，1次/3天；

3.底板封闭后，1～15天，1次/3天；

4.底板封闭后，15～30天，1次/5天；

5.底板封闭后，30天以后，1次/7天；

6.基本稳定后，1次/30天；

7.覆土后停止监测。

当支护结构水平位移接近报警值时2次/天，超过报警值或出现险情时应1次/小时或根据现场情况确定。

3.2.3.4报警

测值达到报警值的80%后应及时向业主、监理、施工等有关单位发出预警，并分析其原因，以便采取必要措施，防止事故的发生

4. 监测成果及监测数据分析

根据监测工作的科学性、准确性、及时性和连续性的要求，当监测完成后即对监测资料进行整理并形成报表。

资料整理中，注意各类测点之间内在联系的分析，以便及时辨别可能存在的险情。若发现异常现象预示潜在危险时则发布应急预报，迅速通报施工相关部门，及时分析原因，及提出相应的对策建议。同时加密监测，了解其进一步的变化情况和采取措施后的效果。

在上述工作基础上，应对整编的监测资料进行分析，采用定性的常规分析方法，分析各监测物理量的变化规律和发展趋势，各种原因量和效应量的相关关系和相关程度。

参考文献：

[1]GB50308-2008.城市轨道交通工程测量规范

[2]GB50497-2009.建筑基坑工程监测技术规范

[3]GB50026-2007.工程测量规范

[4]JGJ/T8-2007.建筑变形测量规范

[5]GB50299-1999.地下铁路工程施工及验收规范

[6]GB12897-91.国家一、二等水准测量规范