监测控制基准.ppt

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1、,监控量测控制基准,监测控制基准研究现状,1、控制基准问题的提出（1）保护周边环境（2）确保地面建筑物及地中构筑物的安全,监测控制基准研究现状,2、主要的监测控制基准（1）地下工程施工引起的地层变形规律及变形控制基准的确定（2）支护结构变形控制基准的确定（3）地表建筑物及地中构筑物的沉降控制基准的确定与保护等级的划分,监测控制基准研究现状,地表沉降的控制基准（1）城市地下工程，尤其对于浅埋结构（2）德国：地表容许下沉值：1/1000H（其中H为隧道埋深），对于浅埋暗挖法隧道，最大地表沉降值发生在掌子面后1D（隧道跨度）处。（3）我国：地表沉降控制标准为+10mm，-30mm（4）工程实践证明，

2、指定统一的标准是不妥的，应按不同地区，不同周边环境区别对待，以确定经济、合理的控制基准。,监测控制基准研究现状,支护（围护）结构的变形控制基准（1）国内：围岩稳定的判据都是以周边允许位移收敛量和允许收敛速度等形式给出的。（2）城市地下工程：由于缺乏相关支护结构变形的系统监测资料，至今还没有相应的可操作的结构稳定判据。应根据工程周边环境条件，地质条件，断面形式、埋深、施工方法等因素建立有效的、可操作性强的支护结构稳定判据，以确保施工及周边环境安全。,监测控制基准研究现状,建筑物沉降控制基准与保护等级（1）不同建筑物具有不同的结构强度和安全度，具有不同程度的抵抗地层或变形的能力。因此，应根据工程和

3、周边环境的具体条件制定建筑物的沉降控制基准与保护等级。（2）法国、日本：提出了一些建筑物的沉降和变形控制基准。（3）国内：尚无完整的建筑物保护等级划分的统一规范。原煤炭工业部于20世纪60年代参考苏联、波兰、德国及英国的相关规定，指定了我国最早的地下采矿建筑物及其保护对象保护等级划分规范。,监测控制基准研究现状,建筑物沉降控制基准与保护等级（3）我国主要采用建筑物沉降值作为控制基准。但实践证明，一般建筑物对地表均匀沉降并不敏感。应根据被保护对象的保护等级的要求，确定各种变形（例如垂直位移、水平位移、建筑物倾斜、地表沉降曲率等）的控制基准值。笼统地采用沉降值作为控制的唯一指标，往往会过于严格，造

4、成施工困难，增加工程造价。,控制基准的确定,1、控制基准确定的基本原则监测控制基准是监测工程实施的前提，是为确保被监测对象安全而确定的允许的最大值。（1）监测控制基准值应在监测工作实施前，由建设、设计、监理、施工、市政、监测等部门共同确定，列入监测方案。（2）有关结构安全的监测控制基准值应满足设计计算中对强度和刚度的要求，一般应小于或等于设计值；并保证其安全和正常使用。（3）有关周边环境保护的控制基准，应考虑被保护对象（如建筑物、地下工程、管线等）主管部门所提出的要求。,控制基准的确定,1、控制基准确定的基本原则（4）监测控制基准值的确定应具有工程施工可行性，在满足安全的前提下，应考虑提高施工

5、速度和减少施工费用。（5）监测控制基准值应满足现行的相关设计、施工法规、规范和规程的要求。（6）对一些尚未明确规定控制基准的监测项目，可参照国内外类似工程的监测资料确定。,控制基准的确定,2、地表沉降控制基准的确定地表沉降对城市环境造成的危害主要表现在地表建筑的倾斜过大及地中管线的变形、断裂而影响正常使用的情况。因此，应综合考虑地表建筑物、地下管线及地层和结构稳定性等因素，分别确定其允许地表沉降值，并取其中最小值作为控制基准值。（1）按环境保护要求确定最大允许地表沉降值从考虑地表建筑物安全角度确定最大允许地表沉降值地下工程施工引起地层的差异沉降所引发的建筑物倾斜，则是判断建筑物是否安全的一个重

6、要标志。,控制基准的确定,控制基准的确定,从考虑地表建筑物安全角度确定最大允许地表沉降值地表建筑物基础位于沉降槽一侧与l1对应的点为建筑物由于地表沉降影响而倾斜的最大斜率点，由Peck公式推导出了该点的倾斜率计算式为：,令u1等于建筑物的容许倾斜率，则可得到最大允许地表沉降值公式：,控制基准的确定,从考虑地表建筑物安全角度确定最大允许地表沉降值地表建筑物基础位于沉降槽中心两侧当建筑物相邻柱基L小于（等于）沉降槽拐点位置i时，可推导出地表最大允许沉降为：,当建筑物相邻柱基L大于（等于）沉降槽拐点位置2i时，计算得到的最大允许沉降差为：,其中f为建筑物允许沉降,其中为允许拉应变,控制基准的确定,从

7、考虑地下管线安全角度确定最大允许地表沉降值地下管线一般是指供（排）水管、煤（暖）气管、工业管道、各类电缆等，过大的地表沉降会导致管线的断裂，影响其正常使用甚至引起灾难性事故。沉降槽上方的管线变形类似于建筑物地基梁L2i的情况，随着地层的沉降，其受力条件发生转化，这是可视为受垂直均布荷载的梁考虑。,管线在地层沉降时产生的变形应小于（或等于）其允许应力的相应变形范围，则计算的沉降允许值为：,其中为允许拉应变m为计算长度,控制基准的确定,从考虑地层及支护结构稳定角度确定最大允许地表沉降值就是从保证施工安全角度，以地下工程侧壁正上方土体不发生坍塌时允许产生的最大地表沉降值作为控制基准。采用“地层梁理论

8、”，可推导出剪应变的方法来确定最大允许地表沉降值。,其中为地层抗剪强度；G为地层剪切模量；Smax为最大允许地表沉降值；i为曲线拐点到中心的距离，可通过回归分析求得。,控制基准的确定,从以上分析可知，地表沉降控制基准值随工程条件，尤其是周边环境条件而变，目前多数招标文件中笼统地要求地表沉降值小于某一数值是不适宜的，应针对具体工程，通过类比和计算相结合的办法找出相应的控制基准值。,控制基准的确定,工程实例：北京某地下停车场占地面积5730m2，建筑面积6675m2，是国内在城市软弱地层中首次成功采用浅埋暗挖法施工的地下停车场，地下停车场为平行的两条椭圆形隧道，净间距约4.7m，隧道跨度12.9m

9、，覆土厚度2.853.0m。整个停车场均处于软弱松散土层中，工程难度很大，经过反复研究与论证，采用CRD工法施工。隧道边墙距离一栋大楼越10.4m。该楼为20世纪60年代的建筑，砖混结构，经过多方分析后，认为大楼抵抗不均匀沉降和基础下土体侧移的能力相当弱，要求停车场施工时，要特别注意对大楼的保护。（1）按地层及结构稳定确定地表沉降控制值根据地下停车场北洞施工试验过程中，地表横向沉降槽回归分析得到，变曲点：i=8.5m，地下停车场拱顶以上地层抗剪强度=0.0465MPa，剪切模量G=13.50MPa。,控制基准的确定,（2）按按地表建筑物的控制要求确定地表沉降控制值周边大楼属于砖混结构，为保证建

10、筑物不出现裂缝，其容许倾斜取为0.2%，l1=16.85m，i=8.5m。,因此，宜按48mm作为地表沉降控制值，但考虑到大楼的特殊性，施工中取控制值为30mm。,监控量测规定,3、地表沉降的横向沉降变形规律及横向沉降槽影响范围Peck于1969年通过对大量地表沉降数据及工程资料分析后，首先提出地表沉降槽近似呈正态分布的概念。地层移动由地层损失引起，并认为施工引起的地表沉降是在不排水条件下发生的，所以沉降槽的体积等于地层损失的体积。软弱地层隧道上方的横向地表沉降可以用Peck公式表示,监控量测规定,3、地表沉降的横向沉降变形规律及横向沉降槽影响范围对大多数处于软弱地层的隧道工程所面临的问题来讲

11、，地层移动是由隧道施工和地层开挖所造成的隧道施工期间发生的地层移动造成的。这些地层移动用“体积损失”参数V1(通常表示为百分比)来表示：,其中，VS为根据Peck公式积分得到的每米开挖长度的沉降槽的理论体积；D为隧道直径。,控制基准的确定,3、支护结构位移控制基准的确定地下工程周边位移是围岩支护系统力学形态最直接、最明显的反映，因此普遍认为周边位移是地下工程支护结构稳定性最有效的判别基准。既可全面了解地下工程施工过程中的围岩和支护结构变形动态，又具有易监测，可控制的特点，并较易于通过工程类比法建立判别基准。基于以上认识，现行规范中的支护结构稳定性判据都以周边允许收敛值和允许收敛速度等作为评价施

12、工、判断地下工程支护结构稳定性的主要依据。对于城市浅埋地下工程，还必须综合考虑保护周边环境，如周围建（构）筑物及地下管线安全等，确定适宜的位移控制基准。,控制基准的确定,3、支护结构位移控制基准的确定（1）根据支护结构的稳定性确定 对初期支护结构稳定性起决定作用的是结构的抗弯刚度。为研究方便，对隧道参数Em，D等进行处理，使其变成无量纲的新参数，,其中，ur为地层某点位移，D为隧道跨度；EI为支护结构抗弯刚度；Em为围岩变形系数；R为隧道的等效半径。,控制基准的确定,根据设计，绘制围岩位移-支护刚度曲线，为了便于现场监测进行验证，仅取隧道拱顶位移曲线A、起拱线位移曲线B两条曲线，并在图上绘制u

13、=u曲线（直线C）。从图可以看出，围岩位移-支护刚度曲线存在一个明显的拐点，若围岩控制位移较小，直线C与曲线A、B相交在拐点左侧，要达到控制围岩位移的目的，必然支护刚度要求很大；若直线C与曲线A、B相交在拐点右侧，随着支护刚度减小，围岩位移迅速增大；交点在拐点附近，则既能让围岩产生一定的位移，又使支护结构在较小的刚度条件下安全工作，从而达到经济、安全的目的。因此直线C与曲线A、B相交在拐点附近最合理，交点对应的支护结构位移作为变形的控制值u。,控制基准的确定,3、支护结构位移控制基准的确定（2）根据地表沉降控制要求确定 城市地下工程多为软弱地层，且埋置深度浅，因此确定支护结构（围岩）允许位移基

14、准值时必须考虑周边环境的安全，即要考虑地表沉降的要求。城市地下工程通过城市建筑群要求地表沉降控制严格时，位移基准值应控制得尽量小一些；山岭隧道对地表沉降没严格要求时，位移基准值可适当定大一些。,控制基准的确定,3、支护结构位移控制基准的确定（3）利用现场监测结果和工程经验对预先确定的位移值进行修正 在预先确定位移允许值的条件下，应根据具体工程的现场监测结果和工程经验，分析围岩及支护结构的稳定状态及周边环境的安全状况。对预先确定位移允许值进行修正，以确保最终确定的位移基准值是安全、经济、合理的。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值铁路隧道 我国铁

15、路隧道采用允许相对位移值的方法。隧道初期支护极限相对位移可参照表4.5.2.1及表4.5.2.2选用。对于跨度大于12m的铁路隧道，目前还没有统一的位移判定基准。一般参照锚杆喷射混凝土支护设计规范（50086-2001）执行。隧道周边任意点的实测相对位移值或回归分析推算的最终位移值均应小于表5.3.3中所列数据值。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按下表要求确定。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值根据位移控制基准，可按下表分为三个管

16、理等级。位移管理等级的应用说明见图。,注：U为实测位移值。,根据位移管理等级进行反馈管理框图,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值 我国公路隧道采用最大位移值、位移速率以及位移速率趋势的方法。根据最大位移值来判断 在隧道开挖过程中，如果隧道的实测最大位移超过极限位移，隧道很可能发生失稳破坏。事实上，由于隧道及地下工程地质条件、环境条件、开挖方式、支护形式复杂多变，极限位移的精确确定是十分困难的，因此采用实测最大位移和极限位移比较就难以操作。但是，一般情况下，设计图纸或有关规范给出了隧道初期支护的预留变形量，为了确保围岩和初期支护不侵入二次衬砌空间

17、，并保证二次衬砌完成以后隧道建筑限界准确，可将隧道的设计预留变形量作为极限位移进行控制。同时，设计预留变形量应根据前期的监测成果，在施工过程中不断修正。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值根据最大位移值来判断 一般情况下，围岩开挖暴露后周边围岩会产生一定的变形。为了使衬砌所承受的变形压力最小，允许围岩产生一定的变形，释放一定的能量，故在确定开挖尺寸时应预留必要的变形量。预留变形量的大小应根据围岩地质条件，采用工程类比法确定。表8.4.1 是根据近年来国内采用的情况和现场量测数据分析提出来的，当无类比资料时可参照使用。,控制基准的确定,4、国内外

18、主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值根据最大位移值来判断 一般III级围岩变形量小，并且多有超挖，所以可不预留变形量；而IIIIV级围岩则有不同程度的变形，特别是软弱围岩（含浅埋隧道）的情况比较复杂，要确定统一的预留变形量是不合适的，在施工期间必须根据现场量测结果修正。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值根据最大位移值来判断 实测位移值不应大于隧道的极限位移，并应如下位移管理等级施工。一般情况下，宜将隧道设计的预留变形量作为极限位移，而设计变形量应根据监测结果不断修正。,注：U实测位移，U0设计极限位移值,控制基准的确定,

19、4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值根据位移速率判断 速率大于1mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护；速率变化在0.21.0mm/d时，应加强观测，做好加固的准备；速率小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。上述变形速率是针对一般隧道净空变形和拱顶下沉量测的，在高地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中，因根据具体情况制定判断标准。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值根据位移速率变化趋势判断 由于岩体的流变特性，岩体破坏前变形时程曲线可分为三个阶段：基本稳定区：主要标志为位移速率逐渐下降，即 围岩处于稳

20、定状态；过渡区：位移速率保持不变，即 表明围岩向不稳定状态发展，需发出警告，加强支护系统；破坏区：位移速率增大，即 表明围岩进入危险状态，必须立即停止施工，采取有效手段，控制其变形。,控制基准的确定,4、国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值法国工业部制定的隧道位移基准值如表（隧道断面50-100m2），可作为初选位移基准值的参考。,监控量测技术要求,2、监控量测实施细则内容监控量测项目；人员组织；元器件及设备；监控量测断面、测点布置、监控量测频率及监控量测基准；数据记录格式；数据处理及预测方法；信息反馈及对策等,监控量测技术要求,3、监控量测项目（1）必测项目、选测

21、项目（2）必测项目：日常监控项目（3）选测项目：为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项目,监控量测技术要求,监控量测技术要求,监控量测技术要求,监控量测技术要求,4、监控量测断面及测点布置原则（1）浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距应按下表的要求布置。,监控量测技术要求,4、监控量测断面及测点布置原则（1）地表沉降测点横向间距为25m。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho+B，地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应活当加宽。其测点布置如下图所示。,监控量测技术要求,4、监控量测

22、断面及测点布置原则（2）拱顶下沉测点与净空变化测点 应布置在同一断面内。断面间距安下表要求设置。,监控量测技术要求,4、监控量测断面及测点布置原则（2）拱顶下沉测点原则上应设置在拱顶轴线附近。当隧道跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点。（3）净空变化量测测线数，如下表所示。,监控量测技术要求,中隔壁法(CD法),交叉中隔壁法(CRD法),单侧壁导坑法 这种方法一般是将断面分成三块：侧壁导坑(1)、上台阶(2)、下台阶(3)。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜。,适用条件 单侧壁导坑法是将断面横向分

23、成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。,双侧壁导坑法 这种方法又称眼镜工法，一般是将断面分成四块：左、右侧壁导坑(1)、上部核心土(2)、下台阶(3)。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。,适用条件 当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2左右。,优缺点：双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多，扰动大，初期支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。,