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基于BOTDA的隧道变形监测技术研究

公路2010年2月第2期H IGH W AY Feb12010N o12文章编号:0451-0712(2010)02-0204-05中图分类号:U456131文献标识码:A 基于BOT DA的隧道变形监测技术研究

张桂生1,毛江鸿2,何勇2,金伟良2

(11浙江黄衢南高速公路有限公司衢州市324000;21浙江大学结构工程研究所杭州市310058)

摘要:由于隧道工程所处环境的特殊性与复杂性,为保证安全运营,须对其进行长期变形监测,提出了一种将气吹敷设传感光纤法和真空灌浆固定传感光纤法相结合的光纤传感器铺设方法。该方法能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,同时采用经典剪滞理论分析了该方法铺设的传感光纤感应结构应变的有效性,并结合工程应用介绍了基于分布式光纤传感系统的隧道变形监测技术的基本方法。

关键词:隧道工程;变形监测;分布式光纤传感器;光纤埋设

隧道修建在岩土介质中,属于半隐蔽工程,受运营年限、地质条件、设计施工等因素的影响,运营隧道中出现病害的隧道数量越来越多。衬砌结构劣化是影响隧道健康运营的最主要病害,具体表现在变形侵限、裂缝、错台、掉块、坍塌、渗漏水、边墙下沉等方面。这些病害不仅降低了隧道结构的安全性、耐久性以及使用性能,还会诱发其他类型的病害,直接缩短隧道的使用寿命[1]。据对我国5000座铁路隧道的统计,约1/3的隧道存在着衬砌结构裂缝和渗漏水等病害。而公路隧道由于其跨度大,衬砌结构形式种类多,所穿越的地质条件复杂多变,出现病害的情况更多、更严重[2]。因此,开发一种全面、稳定、长期的健康监测方法,以实现对运营隧道的长期监测非常必要。

隧道结构具有距离长、围岩类型复杂、病害出现位置不确定等特点,采用传统的点式或准分布式监测方法,如电阻应变片、钢弦应变计、光纤光栅技术[3]及地质雷达法[4],无法满足隧道全面、稳定、长期监测的要求。基于布里渊频移的分布式光纤传感技术(BOT DA)具有分布式、长距离、高精度、耐久性和实时性等特点,适用于隧道结构的长期变形监测。光纤作为应变、温度信号获取和传递的介质,具有精巧、纤细等特点,如何将光纤传感器铺设到长达数百米,甚至数公里的大型基础工程内部一直是工程应用中面临的关键问题。施斌等[5]用黏合剂将光纤粘贴,附在隧道二衬表面上,对隧道整体变形进行了长期监测并取得理想的监测成果。但是黏合剂存在老化问题,难以保证在结构服役年限内得到可靠的监测数据,且光纤容易受到后期施工的破坏。本文提出一种将气吹敷设传感光纤法和真空灌浆固定传感光纤法相结合的预埋式光纤传感器的铺设方法。该方法能在较短施工期内将光纤传感器埋入混凝土内部,保证后期监测数据的稳定,通过合理设计监测网络并结合BOT DA技术可实现对隧道全面、长期、稳定的变形监测。

1BOTDA技术

布里渊散射是指入射到介质的光波与介质内的弹性声波发生互相作用而产生的光散射现象。当光纤沿线的温度发生变化或存在轴向应变时,光纤中的背向布里渊散射光的频率将发生漂移。频率的漂移量与光纤应变和温度的变化呈良好的线性关系,因此通过测量光纤中的背向布里渊散射的频率漂移量(v B)就可以得到光纤沿线温度和应变的分布信息。BOT DA技术从光纤的两端分别注入脉冲光信号和连续光信号,当脉冲光与连续光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时,该区域就会发生受激布里渊放大效应,两束光之间发生能量转移[6]。根据光纤布里渊频移与光纤应变、温度之间的关系,对两激光的频率进行连续的调节,监测从光纤一端耦合出来的连续光功率,可以确定光纤各小区间上能量转移达到最大时的频率。BOT DR的测量原理如图1所示。

收稿日期:2009-04-24

图1 BOTDA 的应变测量原理图

光纤应变量、温度变化量与布里渊频率漂移量之间的关系如式(1)所示[7]:

v B (E ,T )-d v B (T )d T (T -T 0)=v B (0)+d v B (E )

d E

E (1)

式中:v B (0)为初始应变、初始温度时布里渊频率漂移量;v B (E ,T)为在应变E 、温度T 时布里渊频率漂移量;d v B (T )/d T 为温度比例系数;d v B (E )/d E 为应变比例系数;T -T 0为光纤温度差;E 为光纤应变变化量。

发生散射的位置至脉冲光的入射端的距离Z

如式(2)所示:

Z =c #t

(2)

式中:c 为真空中的光速;n 为光纤的折射率;t 为发出的脉冲光与接收到的散射光之间的时间间隔。

目前,BOT DA 技术的应变测量范围为-3%~3%,应变测量精度达01002%;温度测量范围为-273e ~700e ,温度测量精度达011e ;最小空间分辨率为015m 。仪器测量精度能满足隧道变形监测的要求。

2 隧道整体变形监测网优化设计

为对运营隧道进行全面的变形监测和健康诊断,需从围岩类型、应力水平、施工可操作性及经济性等多方面出发,合理设计光纤监测网络。隧道本质上是围岩和支护结构的综合体

[8]

。对于ó级、?

级等地质状况较好的围岩,结构体主要是靠初期支

护来平衡围岩应力,二衬结构的基本作用在于保持断面的使用净空,防止围岩质量的进一步恶化,承受可能出现的各种荷载,使隧道支护体系有足够安全

度[9]。而对?级围岩而言,则通过二次衬砌与初期

支护一起共同受力,以抵抗围岩压力,且初期支护对二衬的接触压力也较大。二衬拱圈的受力较为复杂,衬砌拱顶、拱腰和拱脚往往承受较大的拉、压应力作用[10]。为实现对隧道整体变形的全面监测,沿隧道长度方向在拱顶、拱腰、拱脚位置布设连续光纤传感器(图2),沿拱圈环向光纤传感器的间距根据围岩类型、经济性及施工可操作性等各方面经优化设计后确定。?级围岩二衬混凝土作为隧道变形监测的重点,须在/一模二衬0混凝土(10m)内埋设两

道或多道环向光纤传感器,ó级、?级围岩的光纤传感器布设间距根据实际情况调整,环向光纤传感器总体布置如图3所示。

图2 纵向监测光纤布置

图3 环向监测光纤布置

3 分布式光纤传感器铺设研究

目前,隧道分布式光纤变形监测主要是在二衬

混凝土表面粘贴传感光纤。该方法应用于长隧道变形全面监测时铺设工作量大,后期各工种施工也可能破坏光纤传感器,且黏结剂的老化将影响测量精度。浙江大学结构工程研究所[11]

采用气吹敷设传感光纤和真空灌浆固定传感光纤相结合的分布式光纤铺设方法完成了某海底管道的健康监测。本文将该方法应用于隧道整体变形的长期监测中,具有如

)

205) 2010年第2期张桂生等:基于BO T DA 的隧道变形监测技术研究

下优点:可在短期内将光纤传感器埋入混凝土内部;光纤传感器能监测到混凝土内部应变,利于分析二衬支护结构的整体性能;光纤传感器工作环境稳定可靠,能保证后期监测数据的连续有效性。该方法只需在隧道主体施工过程中,将微管按照预定位置铺设,待主体完成后将预埋环向和纵向微管连成整体后敷设传感光纤。311 气吹敷设传感光纤

1982年英国电信首次发明了气吹光缆技术,该技术于1997年正式引入我国。气吹法是利用机械推进器把带保护层的光纤推进微管,同时空气压缩机把强大的气流通过气吹机的密封仓将高压空气流送入管内。光纤表面采用了特殊的涂层,当压缩空气进入微管以后,光纤能借助空气动力悬浮在管内,并随空气涡流作用向前飘行,因此光纤在微管中是被气流推动前进而不是被拉进微管的。气吹过程中纤芯没有方向性,光纤在微管中的前进方向只是取决于压缩空气的吹动方向,并且光纤端头没有应力,光纤不易被破坏。气吹法在通信领域应用非常广泛,但用气吹法布设传感光纤在国内外尚无先例。

在隧道变形监测中,绕拱微管的设置使气吹线路弯曲、复杂,大量的90b 转角也增大了气吹铺设的难度。为解决气吹过程中回压明显、摩擦阻力大等问题,通过设置转角微管、控制气吹速度以及添加润滑剂等措施,实现隧道分布式传感光纤的长距离气吹。312 真空灌浆固定传感光纤

真空灌浆在预应力混凝土施工中应用广泛,但用来在微管中固定传感光纤鲜有报道。真空灌浆固定传感光纤是利用高压灌浆机和真空泵将特殊配合比的水泥浆灌入微管,水泥浆硬化后固定传感光纤。其特点是:管内浆体在负压下流动,可实现长距离灌浆;真空状态下,管内空气、水分及灌浆料中气泡被消除,减少了孔隙;管两端的正负压力差及整个灌浆系统的良好密封性,提高了管内浆体的饱满度和密实度;灌浆过程连续且迅速,缩短了施工时间[12]。隧道变形监测中选用的微管为满足气吹要求及避免对隧道二衬混凝土完整性造成破坏,选用小直径微管( 16mm )且一次性灌浆长度达数百米。灌浆料的流动性决定了灌浆距离,硬化后水泥浆的密实性影响应变传递性能,本文采用优化设计的灌浆

料[13],对内部敷设了传感光纤的微管进行真空灌浆

试验,密实性效果如图4所示。

图4 灌浆料密实性示意

313 应变传递有效性分析

传统分布式光纤传感器主要由纤芯、包层、涂覆层组成。涂覆层的弹性模量与纤芯弹性模量相差很大(约10倍),同时涂覆层和混凝土基体的弹性模量也相差较大,致使纤芯感应到的应变与结构实际应变存在差异。Ansari 等[14]根据剪滞理论首先得到了光纤传感器的应变传递理论公式,通过有限元分析验证了上述理论的正确性

[15]

,并提出短光纤才出

现基体与传感光纤应变不协调问题。本文提出的分布式光纤传感器采用在微管内灌入水泥净浆作为黏结层固定传感光纤,其结构模型及力学模型如图5、图6所示。

图5 光纤传感器结构

有文献

[16]

根据剪滞理论并假设各层之间同步

变形,即相邻层之间应变变化梯度接近:

d E g d x U d E c

d x (3)

光纤与各中间层不直接受力,光纤传感器端部

为自由端面,得到边界条件为:

E g (L )=E g (-L)=0(4)并认为各中间层弹性模量相比纤芯、基体的弹

性模量可以忽略,推导得到多层界面应变传递的理论公式:

)

206) 公路 2010年第2期

图6 剪力传递

E g x =E m

1-cosh (kx )

cosh (kL )

(5)

k 2=

2r 2

g E g

i=2

1G i ln r i r i-1+1G c ln r 1r g

(6)

预埋分布式光纤传感器为多层界面传递模型,该模型中水泥净浆填充层的弹性模量和纤芯及基体材料的弹性模量相近,因此结构应变传递到纤芯时需考虑各中间层的弹性模量。本文依据上述过程,考虑了各中间层弹性模量对应变传递的影响,推导得到光纤传感器应变传递的理论公式。纤芯应变和基体应变之间的关系和式(5)相同,参数k 由式(7)计算:

k 2=2

r 2g E g E

i=1

G i

i=2

r 2i-1-r 2

i-2r 2g

E i-1

E g -E i E g #

r i r i-1

r 2i -r 2i-12r 2g

E i

E g (7)

式中:E g (x )为光纤纤芯应变;E m 为基体应变;E i 为各中间层弹性模量;G i 为各中间层剪切模量;

r i

为各中间层半径。

目前,BOTDA 技术的最小空间分辨率为015m,因此需考察光纤传感器黏结长度500m m 以上的应变传递情况。依据式(5)、式(7)分别绘制光纤黏结长度为500m m 、1000mm 、1500mm 三种情况下应变传递系数同光纤沿长度方向之间的关系,如图7所示。

一般认为如果应变传递系数大于019,则BOT -DA 监测到的纤芯应变能够代表结构基体的应变。由图7分析得到,当黏结长度为500mm 时,有80%

图7 应变传递系数沿长度变化

的光纤长度满足要求;当黏结长度为1000m m 时,

有90%的光纤长度满足要求;当黏结长度为1500mm 时,有93%的光纤长度满足要求。气吹、灌浆铺设预埋分布式光纤传感器为全面黏结方式,并布设在二衬混凝土内部,因此能有效将结构应变传递到纤芯上。4 工程应用

本文将预埋分布式光纤传感器应用于某在建公路隧道,以对其进行运营阶段整体变形监测。根据地质勘察报告,该隧道?级围岩长度为148m,地处雨水丰富的浙江省境内,对其进行整体应变监测是保证隧道健康营运的重要手段。

为实现隧道整体变形的全面监测,在拱顶、拱腰及拱脚共5个位置铺设沿隧道全长的光纤传感器。

同时沿拱圈全断面铺设光纤传感器,间距依据不同围岩类型选择,?级围岩间距5m,?级围岩间距10m,ó级围岩间距20m 。该隧道长度达790m,温度的分布沿隧道长度不同,为得到结构精确的应变信息,必须考虑应变测量中的温度补偿问题。通过在应变传感光纤相同位置铺设微管,于其内部气吹松弛状态下的温度传感光纤,作为BOT DA 技术的温度补偿光纤。隧道微管布置实景如图8所示,图中标记处为预埋微管。光纤传感器敷设完成后通过通信光缆接入中央控制室的BOT DA,由开发的监测系统可对运营隧道进行实时健康监测。对隧道异常的变形、温度变化给出预警,并通过远程控制通知管理部门,同时依据长期的监测数据对隧道健康状况进行分析诊断。

)

207) 2010年第2期张桂生等:基于BO T DA 的隧道变形监测技术研究

图8 隧道内微管布置

5 结语

隧道作为一种半隐蔽工程,其衬砌结构往往存在变形侵限、裂缝、错台、掉块、坍塌、渗漏水、边墙下沉等病害,影响隧道健康运营。BOT DA 作为一种分布式光纤传感技术,非常适用于隧道衬砌结构的变形监测和健康诊断,然而将长距离光纤埋入混凝土内部一直是实际工程应用中的一个难题。本文提出一种将气吹敷设传感光纤法和真空灌浆固定传感光纤法相结合的预埋式光纤传感器的铺设方法,并通过理论推导得出了光纤应变传递的理论公式,验证了用该工艺铺设的光纤传感器能有效感应结构应变,同时该方法还具有如下优点:

(1)不影响结构物的正常施工。施工单位只需在施工过程中将微管按预定位置埋设在结构物内部,而后期气吹、灌浆工序在隧道主体完成后机械化施工,整个过程对隧道的正常施工影响较小,且光纤铺设工期短。

(2)易实现温度补偿。传统分布式光纤传感技术在结构物表面设置冗余光纤作为温度补偿光纤,不能准确反映混凝土内部温度场。本文通过在应变光纤相同位置设置微管,并在其内部放置松弛的温度补偿光纤,可以很好地解决温度补偿问题。(3)保证监测过程稳定性。光纤表面粘贴法存在黏结剂老化以及现场施工、隧道后期维护对光纤干扰大等问题,使得监测系统不能长期稳定工作,而埋入式光纤传感器受外界因素影响小,可以保证长期、稳定的监测性能。

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208) 公路

2010年第2期

公路2010年2月第2期H IGH W AY Feb12010N o12文章编号:0451-0712(2010)02-0209-05中图分类号:U45912文献标识码:B

地质雷达在公路隧道中的应用

范占锋,李天斌,孟陆波,曾知法

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都市610059)

摘要:地质雷达作为公路隧道超前地质预报的手段之一,对预报掌子面前方岩体的微细结构能起到很重要的作用,同时可以作为隧道勘察结果的进一步认识和补充。文章简要介绍了地质雷达工作的电磁波理论基础,并以新扎沟隧道为例,利用SIR)20地质雷达并结合工程地质方法对节理破碎带和地下水成功地作出了预测,这可以减少隧道施工的盲目性,进而有效地防止工程事故,加快工程进度以及保证工程质量。

关键词:地质雷达;公路隧道;超前;地质预报

地质雷达(g round penetrating radar,简称GPR)方法是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MH z~1GH z)电磁技术。它通过向地下发射高频宽带的电磁脉冲信号,利用地下介质的电磁特性的差异,根据回波信号的振幅、波形和频率等特征来分析和推断介质结构。它具有快速便捷、操作简单、抗干扰、场地适应能力强以及无损等方面的特点。目前地质雷达技术已应用到各个行业,如采矿工程、水利水电工程、地质工程和岩土工程勘察、建筑工程、桥梁道路、隧道工程、管线勘测、环境检测、考古等方面[1]。

地质雷达对在公路隧道施工掌子面前方围岩中的断层、破碎带、岩溶空洞等地质灾害的预测预报已经取得了一定成果,如吴永清等人利用该方法在107国道上焦冲、六甲洞和石仓岭3座公路隧道10~40m内的地质超前预报中取得了一定的效果[2]。

笔者利用地质雷达对四川省阿坝州新扎沟隧道做了多次预测,并结合工程地质方法,成功地预测到节理裂隙密集带、破碎带和地下水多处,这为施工方合理安排掘进速度起到了指导作用。

收稿日期:2009-06-02

A Study on Tunnel Deformation Monitoring Based on BOTDA

ZHANGGui-sheng1,MAO Jiang-hong2,HE Yong2,JIN W ei-liang2

(11Zhejiang H uangqu p nan H ighw ay Co1Ltd,Quz hou324000,C hina;

21Institute of Stru ctural E ngineering,Zhejiang University,H an gzhou310058,China)

Abstract:Due to the particular and complex env ir onm ent of tunnel eng ineer ing,the lo ng-term str uc-tural defor mation monito ring sho uld be adopted to ensure the o peratio n security of tunnel1In this paper,a new embedded method based the air-blo wing and vacuum gro uting fo r long distance m icrotubule is intro-duced,by w hich the distributed o ptical fiber sensors can be accurately em bedded into concrete in a sho rt pe-r io d1The analysis of the str ain transferr ing mechanism pro ves that the embedded distributed optical fiber can effectiv ely respond the strain of structure1The basic method for tunnel defo rmatio n mo nitoring based on embedded distributed fiber optical sensors sy stem is introduced by a pro ject1

Key words:tunnel eng ineer ing;deformation m onito ring;distributed optical fiber sensor s;em bedded optical fiber

运营期间的地铁隧道结构变形安全监测技术研究

运营期间的地铁隧道结构变形安全监测技术研究发表时间：2017-05-14T13:31:08.110Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年1月下作者：王鹏 [导读] 随着我国现代化建设的飞速发展，城市基础设施地铁越来越多，是城市客运交通的大动脉以及城市生命线。广州市吉华勘测股份有限公司 510260 摘要：随着我国现代化建设的飞速发展，城市基础设施地铁越来越多，是城市客运交通的大动脉以及城市生命线，其投资大、难度高、施工期长、环境复杂等。同时地铁沿线高强度的物业开发、市政工程建设对地铁结构和运营安全带来一定的隐患，城市轨道交通结构的安全保护工作日益严峻，一但出现城市轨道交通安全事件，将严重影响城市轨道交通的正常运营。因此，在外界施工影响下，对运营期间的地铁实施必要的变形安全监测至关重要。关键词：地铁，测量机器人，自动化监测。 1 地铁监测的意义和目的地铁结构本身由于地基的变形及内部应力、外部荷载的变化而产生结构变形和沉降。而地铁旁边的施工正是引起外部荷载变化的主要原因，地铁结构变形和沉降超过允许值，将会对地铁的运营安全造成影响。通过监测可动态收集地铁结构变形信息，掌握结构变形情况，保障运营安全。地铁监测的主要目的如下：1）通过对测量数据的分析、掌握隧道和围岩稳定性的变化规律，修改和确认设计及施工参数；2）通过监控量测了解施工方法的科学性和合理性，以便及时调整施工方法，保证施工安全及隧道的安全；3）了解隧道结构的变形情况，实现信息化施工，将监测结果反馈设计，为改进设计施工提供信息指导，提供可靠施工工艺，为以后类似的施工提供技术储备。 2.监测实施因地铁隧道的特殊性，对于地铁运营期的监测，需采用自动化监测手段，即采用测量机器人和自动监测系统软件建立隧道结构变形自动监测系统。在外部施工期间自动测量地铁隧道结构顶板、侧墙及道床在三维—X、Y、Z方向（其中：X、Y为水平方向，Z为垂直方向）的变形值。 2.1监测点与基准点布置参考工程设计、实际情况及有关规定，确定地铁受外界项目施工影响的范围，监测断面可按5～20m间距布设，每断面布设一般情况下六个监测点。在隧道两端不受建设项目施工影响的隧道远处各设置3个基准点。 2.2自动监测系统自动监测系统主要由监测设备、参考系、变形体和控制设备构成。监测设备由测量机器人、自动化监测系统软件和监测控制房组成；控制设备由工控机及远程控制电脑组成。 1）自动化监测网络系统的硬件部分包括高精度自动全站仪、目标棱镜、信号通信设备与供电装置、计算机及网络设备等部分组成（如图1）。图1数据采集系统图 2）系统软件包括动态基准实时测量软件和变形点监测软件两大部分。动态基准实时测量软件功能上主要有以下特点：根据距离及棱镜布设情况自动进行大小视场的切换；依据布设的网形站与站之间的观测关系，对测站点的观测方向可分组设置，可适合任意控制网形，不局限于导线网；采用局域网技术进行数据的通信，并具有网络断开的自动判断功能；为满足各种测量等级和运营环境的需要，具有各项测量限差、时间延迟、重试次数、坐标修正的设置功能；考虑到地铁内局部范围内气象一致性，在平差计算中，采用加尺度参数解算，避免了气象参数的测定，提高控制网测量的精度。 3）变形点监测软件包括各分控机上的监测软件和主控机上的数据库管理软件两部分。分控机上的监测软件用来控制测量机器人按要求的观测时间、测量限差、观测的点组进行测量，并将测量的结果写入主控机上的管理数据库中。 2.3自动监测系统工作流程首先建立计算机和测量机器人的通信，然后对测量机器人进行初始化，此外进行测站及控制限差的设置，所有设置完毕后进行学习测量，设置点组和定时器，根据点位的重要性以及监测频率将相同的观测点纳入同一点组，最后进行自动观测。一周期观测完毕后软件便对原始观测数据进行差分处理，得到各变形点的三维坐标、变形量及变形曲线图，设置软件还可以将数据通过手机网络发送至指定的邮箱。 3地铁隧道自动化监测的技术难点地铁隧道是狭长形的空间环境，同时列车一般以平均5分钟左右的间隔在隧道中高速运行。地铁环境的这些特点及保证地铁正常运营等因素的制约，使得自动变形监测系统在地铁变形监测中的应用，遇到比其它工程中更多的技术问题，因此自动变形监测手段有着常规测量无法比拟的优越性。自动监测系统系统可以在无人值守的情况下，全天24小时连续地自动监测，实时进行数据处理、数据分析、报表输

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浅埋软弱围岩隧道变形控制摘要：本文以宁安铁路钟鸣2#隧道为例，重点阐述在浅埋软弱围岩隧道施工，通过各种技术措施对围岩变形进行控制的方法。关键词：隧道，浅埋，软弱围岩，变形控制 abstract: this article to ning an railway chiming 2 # tunnel as an example, focuses on the shallow buried tunnel in weak rock construction, through various technical measures to control surrounding rock deformation method. key words: tunnel, shallow buried and weak surrounding rock, deformation control. 中图分类号：u452.1+2 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2013）引言在高铁建设过程中，出现了越来越多的地质条件复杂，浅埋软弱围岩的高风险隧道。由于这些浅埋地层的埋藏比较浅，大多是强风化破碎的围岩，地质条件变化较大，围岩应力分布复杂，且开挖断面大，造成了隧道施工过程中，施工难度增大，初支变形复杂和隧道整体稳定难以控制的情况，隐含着很多坍塌等安全隐患。本文以钟鸣2#隧道为研究对象，阐述在浅埋软弱围岩隧道施工过程中如何采取对策减小初支变形，确保施工安全的方法。 1 工程概况钟鸣2#隧道位于宁安铁路铜陵境内，双线全长798m，施工里程为dk140+830～dk141+628。隧道穿越地层主要为含砾粉质黏土及泥质

隧道变形监测方案

富水土质隧道围岩变形监测及其应用 (中铁建某集团山东) 摘要本文以新松树湾隧道为例，通过内空收敛和围岩内部位移的量测，分析了富水土质隧道的围岩变形规律，对类似工程施工有一定的参考价值。关键词富水土质隧道围岩变形随着西部大开发的进行，对富水黄土地区的隧道施工参数的测试和研究具有重要的意义。本文以新松树湾隧道为例进行探讨。 1 工程概况新松树湾隧道为既有松树湾隧道复线的单线铁路隧道，位于甘肃省陇西县境内大营梁，全长1726m，复合衬砌。大营梁为黄土梁峁区，该隧道范围地层为上更新统风积粘质黄土和下、中更新统冲、洪积杂色砂粘土。粘质黄土为淡黄色、棕黄色，厚0—20m，土质较匀，具孔隙及虫孔，局部含白色钙丝及钙质斑点，半干硬至硬塑，II级普通土，II类围岩，σ0=150kPa，具II级自重湿陷性。杂色砂粘土主要表现为强崩解性，一定的膨胀性及含有盐碱成分。II级普通土，II类围岩，σ0=200--250kPa （局部软塑—流塑状，I类松土，I类围岩，σ 0=100--120kPa）。大营梁地带年平均降水量513.3mm，隧道三面汇水，地下水较发育，系大气降水补给。地下水主要有上层滞水和裂隙水，前者一般埋深15—30m之间。多见有泉和渗水出露，水量相对较大，隧道内日渗水量22--18m3/d.地下水对混凝土具弱侵蚀性。经调查，既有松树湾隧道（1960年建成）各地段有不同程度的渗漏水现象。隧道渗水主要通过拱顶、边墙接缝、排水沟孔、墙角部位渗出，水对普通硅酸盐水泥有侵蚀性。因此，新松树湾隧道采用曲墙有仰拱衬砌，除进口端I类围岩模筑衬砌，余均采用复合衬砌。初期支护为1榀/m钢格栅+钢筋网+钢筋锚杆喷锚。在施工中采用新奥法分三台阶开挖。 2 量测项目根据现场情况，选取了八个量测断面进行内空收敛的测试；还选取了两个断面进行围岩内部位移测试。内空收敛在开挖后马上埋设测点，在12小时内测取初始读数，采用煤炭科学研究院生产的JSS30型数显收敛计量测。观测断面里程分别为1#面——DK1601-8.4，2#面——DK1601+6.4，3#面——DK1601+21.9，4#面——DK1601+36.1，5#面——DK1601+46.5，6#面——DK1601+86.5，7#面——DK1601+122.5，8#面——DK1601+172.7，其中7#、8#面进行围岩内部位移测试（图1），每个断面各有六条内空收敛测线，即1-2、1-3、1-4、1-5、2-3、4-5。围岩内部位移采用煤炭科学研究院生产的杆式多点位移计进行测量，这种位移计使用膨胀木锚头，具有安装简单，可靠等特点，每个钻孔可分别测量埋深1M，2M，4M处的围岩与洞壁之间的相对位移。 Fig.1 Arrangement of the c onvergences and internal displacement of the wall rock 3 内空收敛量测通过测量结果计算各测线收敛累计值，同时计算出各测线的位移速率。隧道周边收敛按下式计算： R R U i i - = 收敛速率按下式计算：

变形监测方案

绿园污水处理厂顶管施工基坑监测方案编制: 审核: 审定: 二0一五年七月

目录 1.项目概述 (2) 1.1概况 (2) 1.2监测项目 (2) 2.第三方监测原则及技术规程 (2) 2.1监测原则及目的 (2) 2.2技术规程 (2) 3.监测实施程序 (3) 4.监测实施 (3) 4.1基坑围护结构顶部沉降监测 (3) 4.1.1水准控制网的设置 (3) 4.1.2监测点的埋设原则 (5) 4.1.3监测点的安设方法 (5) 4.1.4监测方法及精度控制 (6) 4.1.5沉降观测数据分析及成果表述 (7) 4.2基坑围护结构顶部水平位移监测 (7) 4.2.1水位位移监测控制网的布设形式 (7) 4.2.2水平位移监测控制网布设原则 (8) 4.2.3水平位移测点布置原则 (8) 4.2.4水平位移测点的埋设技术要求 (8) 4.2.5观测技术方法及精度控制 (9) 4.2.6观测数据分析及成果概述 (12) 4.3基坑自身监测频率 (13) 5报警的处理方法 (14) 5.1报警值的设定 (15) 5.2报警的处理办法 (15) 6实施组织计划 (14) 7本工程拟投入的主要仪器设备表 (15) 8人员组织实施 (16)

.项目概述 1.1概况受0000000厂委托，00000000承担绿园污水处理厂配套管网基坑沉降变形观测工程，管道位于：东湖大街、滏阳路、朝阳大街、长安路、和平路、等路段，管线总长度约12263米，共计92个深基坑，我公司在基坑开挖至回填土完成期间，对基坑坡顶进行水平位移和沉降变形监测。 1.2监测项目本方案监测项目有：基坑围护结构顶部沉降、水平位移监测。 2.第三方监测原则及技术规程 2.1监测原则及目的在施工方对基坑支护结构进行实时监测前提下，我方监测在对施工方监测进行校核的基础上，独立地进行监测。我方遵照委托方提出的要求，在基坑施工期间对基坑支护进行高精度监测，并从岩土工程专业的角度对监测数据、信息进行及时分析，向业主提供监测变形的情况，对异常情况及时提供建议，为施工安全和施工方案优化提供科学依据。 2.2技术规程《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）《国家一二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）《工程测量规范》（GB50026-2007）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）《岩土工程勘察规范》（GB 20021-2001,2009版）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）

盾构现场施工隧道监测方法

精心整理上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案

目录一工程概况二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计三监测施工的依据四监测内容

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案前言科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。历史上一些科学技术的重大突破都得益于试验测试技术。因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可或缺的组成部分。随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。早期地下工程的建设完全工作井相连。输水管线总长约10563.305m，其中东线长5280.993m，西线长5282.312m。全线最小平曲线半径为R＝450m；最大纵坡为8.9‰。具体详见下表。

施工工序，第一台盾构自原水过江管工作井始发推进（东线）至中间盾构工作井进洞后盾构主机解体调头，继续西线隧道推进施工。第二台盾构自中间盾构工作井始发推进（东线）至水库出水输水闸井进洞后盾构转场回中间盾构工作井，继续进行西线隧道推进施工。总体筹划详见下图：二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估算因很复杂，其中隧道线形、盾构形状、外径、埋深等设计条件和土的强度、变形特征、地下水位分 V l S （x ）i Z －地面至隧道中心深度。 φ－土的内摩擦角。在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。在推进过程中根据盾构性能及监测数据及时调整施工参数，控制变形量，确保周边环境的绝对安全，实现信息化施工。三监测施工的依据 3.1技术依据 1) 上海长兴岛域输水管道工程技术标卷（甲方提供）

地铁隧道变形监测中的三维激光扫描技术研究

地铁隧道变形监测中的三维激光扫描技术研究发表时间：2018-11-14T17:16:54.063Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第20期作者：黄鑫 [导读] 有效减轻了监测的劳动强度、缩短了监测作业时间，并且获得了更加准确、全面的检测数据，大大提高了检测的质量。本论文以地铁隧道变形检测中的三维激光扫描技术为研究切入点，对其进行了详细的研究和论述。黄鑫广州云胜工程勘测技术有限公司广东广州 510000 摘要：在地铁隧道施工建设完成之后，做好地铁隧道变形监测尤为重要，是保证地铁工程施工质量，确保地铁安全运营的重要条件。在地铁隧道变形监测中技术中，充分融入三维激光扫描技术，有效减轻了监测的劳动强度、缩短了监测作业时间，并且获得了更加准确、全面的检测数据，大大提高了检测的质量。本论文以地铁隧道变形检测中的三维激光扫描技术为研究切入点，对其进行了详细的研究和论述。关键词：地铁隧道；变形监测；三维激光；扫描技术地铁隧道在施工建设完成之后，受到土地扰动、周边工程施工、建构物负载等因素的影响，在具体施工中会出现纵向、横向变形，严重影响了地铁隧道的安全运行。这就要在具体的施工中，加强地铁隧道变形监测工作。传统的检测具有明显的缺点，如：工作效率低下、数据不全、自动化程度低，而将三维激光扫描术引入到地铁隧道变形监测过程中，有效地弥补了传统监测的不足。 1.地铁隧道变形检测相关概述随着城市化进程的加快，城市人口增加、机动车辆增加。各大城市都面临着较为严重的交通压力。为了有效的缓解城市交通压力，各大城市都加强了地铁隧道的建设。但是在地铁隧道建设完成之后，受到复杂地质地理因素的影响，原本设计的地铁线路可能会出现多种结构改变，如：沉降、弯曲、扭曲变形、开裂等，在一定范围内的结构变形，并不会对地铁隧道的发展产生重要的影响，一旦地铁隧道出现严重的结构变形，就会导致地铁隧道出现结构与道床剥离、地铁轨道设备几何形位改变等。除此之外，地铁隧道建设完成后，在运营过程中，还会受到地面和周边建筑物负载、隧道周边工程施工、隧道工程结构施工、地铁列车运行过程中所产生的振动等因素的影响，也在一定程度上加强了地铁隧道的变形。因此，对于新建的地铁隧道线路，必须要加强变形监测，根据监测结果充分了解其平面位移、竖向位移情况，以有效保障地铁隧道的运营安全[1]。同时，变形监测数据，还可以为以后的地铁隧道设计，提供一定的借鉴和依据。 2.三维激光扫描技术以及特点 2.1三维激光扫描技术三维激光扫描技术主要是指在地铁隧道变形监测过程中，利用激光扫描装置进行自动、系统、快速的扫描，并将所获得相应数据进行整理分析，以获得对象的表面三维坐标。这种三维激光扫描技术是一种高科技的测绘技术，集成了多种高新技术的测绘仪器，并在具体监测过程中，采用非接触式的高速激光测量方式。三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的具体应用，应包括以下四个步骤：步骤一：在地铁隧道内部建立一个监测基准网，并形成一个闭合的观测系统。通常，地铁隧道内部基准网往往在铺轨施工期间完成，并采用地铁的基本控制网进行建立。步骤二：根据地铁隧道的实际情况，在每隔一定的距离上，可采用CPⅢ控制点埋设的方式，设置一个激光反馈观测点。通常，激光反馈观测点往往选择在增加横断面上，这样便于激光反馈点的收集。之后，根据激光反馈点所的到的数据进行分析，从而根据分析结果得出地铁隧道的变形程度。步骤三：以地铁隧道和你建立的检测基准网为基础，采用三维激光扫描仪，对激光反馈光测点进行扫描，从而得到整个地铁隧道线路的三维激光扫描数据。步骤四：将三维激光反馈点所得到的数据进行综合整理，并据此建立三维模型，进行综合检测。在这一过程中，对于大量的数据分析，要保证数据的完整真实，不能在分析过程中，随意更改[2]。 2.2三维激光扫描技术特点具体来说，三维激光扫描技术在地铁隧道变形检测中的应用，具有一定的优势：第一、效率高。三维激光扫描技术在监测的过程中，所用的时间仅仅为传统监测时间的几十分之一，能够在短时间内完成高质量的监测。尤其是对于地形结构复杂的区域内部来说，三维激光扫描技术监测优势尤为明显。第二、三维可视化三维激光扫描技术在监测中，可以快速获取地铁隧道内部精确信息，充分反映其本身特点，并在此基础上，实现了地铁隧道内部表面的三维可视化。第三、安全稳定，精度均匀与传统的监测方法相比较，三维激光技术在应用中由于扫描仪自动识别，大大降低了监测过程中人为因素所造成的误差，在一定程度上提高了观测的精准度。另外，在监测过程中，由于三维激光获取数据密度较大，精度分布较为均匀，所谓在此基础上构建出的三维立体模型，具有较强的完整性和连贯性。第四、数据监测更加全面三维激光扫描技术在应用中，可以对隧道内部各个区域的沉降、结构变形、收敛情况进行详细、直观的了解，使得数据监测更加全面。 3.三维激光扫描技术的具体应用 3.1制定监测方案制定科学的检测方案，是实施三维激光扫描技术监测的第一步。在制定监测方案的过程中，不仅要根据地铁隧道的实际情况，还要对

隧道施工期间的变形监测

TRANSPOWORLD 2011No.9 (May) 206B RIDGE&TUNNEL 桥梁隧道隧道监测作为新奥法的重要内容之一，在隧道施工中起着非常重要的作用。某隧道（DK2+450～DK4+036）地处龙岩闹市区，具有埋深浅、地表建筑密集、地下管线众多、围岩破碎、施工对地表建筑及地下管线影响大等诸多施工不利因素。在施工期间对地表位移、建筑变形及爆破震动等进行监测，监测成果除了为评价施工对建筑的影响服务外，监测成果还可反馈施工，为施工方案及爆破设计参数等的优化提供重要依据，测试成果对确保施工安全、加快施工进度、降低施工成本具有重要意义。监控测量的目的在施工期间对隧道进行监控测量，可掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈，指导施工作业；通过对围岩和支护的变位、应力测量，修改支护系统设计，提供二次支护的最佳时间；在位移——时间曲线中如出现以下反常现象，表明围岩和支护呈不稳定状态，应加强监视。隧道洞内外观测隧道开挖工作面的观测在每个开挖面进行，特别是在软弱破碎围岩条件下，开挖后由隧道工程师和地质工程师立即进行地质调查，观察后绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。开挖后未被支护围岩的观测，如节理裂隙发育程度及其方向；开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌；涌水情况：位置、水量、水压等；底板是否有隆起现象。对开挖后已支护的围岩的观测，如对已施工区段的观察每天至少进行一次，观察内容包括有无锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；喷射混凝土有无裂隙和剥离或剪切破坏；钢拱架有无被压变形情况；锚杆注浆和喷射混凝土施工质量是否符合规定的要求；观察围岩破坏形态并分析。洞外观察洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察，观察结果记录在工程施工日志及相关表格中。隧道位移及变形量测地表下沉量测根据图纸要求洞口段应在施工过程中可能产生地表塌陷之处设置观测点，如图1所示。地表下沉观测点按普通水准基点埋设，并在预计破裂面以外3～4倍洞径处设至少两个水准基点，以便互相校核，基点应和附近原始水准点多次联测，确定原始高程，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。地表下沉桩的布置宽度应根据围岩级别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定。地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。周边位移量测 C R D 法洞内监控点布置见图2所示，而双侧壁导坑法洞内控制点布置见图3所示。量测坑道断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛，以及底板鼓起(必要时)。拱顶是隧洞周边上的一个特殊点，挠度最大，其位移情况，具有较强的代表性和显示“闯口”作用等。拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距，Ⅲ级及以上围岩不大于40m；Ⅳ级围岩不大于25m；V级围岩应小于隧道施工期间的变形监测文/王刚

地铁隧道结构变形监测数据管理系统的设计与实现

地铁隧道结构变形监测数据管理系统的设计与实现摘要:探讨开发地铁隧道结构变形监测系统的必要性与紧迫性。以ＶiｓuａlBａsic编程语言和AＣCESS数据库为工具, 应用先进的数据库管理技术设计开发地铁隧道结构变形监测数据管理系统。系统程序采用模块化结构,具有直接与外业观测电子手簿连接下传原始观测资料、预处理和数据库管理等功能,实现了测量内外业的一体化。系统结构合理、易于维护、利于后继开发,提高监测数据处理的效率、可靠性以及监测数据反馈的及时性，值得类似工程的借鉴。关键词:地铁隧道;变形监测；管理系统随着经济的发展,越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心,其安全问题不容忽视。无论在施工期还是在运营期都要对其结构进行变形监测,以确保主体结构和周边环境安全。地铁隧道结构变形监测内容需根据地铁

隧道结构设计、国家相关规范和类似工程的变形监测以及当前地铁所处阶段来确定，由规范[1]与文献［2]知,运营期的地铁隧道结构变形监测内容主要包括区间隧道沉降、隧道与地下车站沉降差异、区间隧道水平位移、隧道相对于地下车站水平位移和断面收敛变形等监测。它是一项长期性的工作,其特点是监测项目多、线路长、测点多、测期频和数据量大,给监测数据处理、分析和资料管理带来了繁琐的工作,该项工作目前仍以手工为主，效率较低,不能及时快速地反馈监测信息。因此,有必要开发一套高效、使用方便的变形监测数据管理系统,实现对监测数据的科学管理及快速分析处理。现阶段国内出现了较多的用于地铁施工期的监测信息管理系统[3-4],这些系统虽然功能比较齐全、运行效率较高，能够很好地满足地铁施工期监测需要,但它主要应用于信息化施工,与运营期地铁隧道结构变形监测无论是在内容还是在目的上都有着很大的区别和局限性。而现在国外研究的多为自动化监测系统[５-6],也不适用于目前国内自动化程度较低的地铁隧道监测。此外,能够用于运营期并符合当前国内地铁隧道结构监测实际的监测数据管理系统还较为少见。因此，随着国内建成地铁的逐渐增多,开发用于运营期地铁的变形监测数据管理系统变得越来越迫切。为此，根据运营期地铁隧道结构变形监测内容[1-2]和特点,以ｉsｕaｌBasic作为开发工具［7］，应用先进的数据库管理技术[8］,以目前较为流行的

浅谈变形监测平面控制网的建立与精度分析

浅谈变形监测平面控制网的建立与精度分析发表时间：2019-09-12T11:49:43.813Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：岳小勇[导读] 摘要：如今在人类生活和生产建设中，出现了越来越多的山体、基坑塌陷等的灾害。青海地理信息产业发展有限公司青海西宁摘要：如今在人类生活和生产建设中，出现了越来越多的山体、基坑塌陷等的灾害。由于多种因素的影响，在一定的时间内发生某种程度的变形，这种变形在一定范围内往往是允许的，但当其超出一定值时，就很可能会变成灾害，而要预防这些灾害的发生，就必须进行变形监测，分析变形产生的原因，总结变形发展的规律。本文主要就变形监测平面控制网的建立与精度进行分析，以供参考和借鉴。关键字：变形监测；平面控制网；精度；分析引言变形是自然界历来普遍存在的现象，它是指变形体在各种外力作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中发生变化。所谓变形监测，就是利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作，其任务是在确定各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。 1变形监测概述 1.1变形监测的概念变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作，其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道以及地铁等。变形监测的内容应根据变形体的性质和地基情况决定，对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。 1.2变形网的特点第一，工程测量控制网建立时，保证网点之间的相对精度至关重要，而变形监测网的布网目的是为了测定网点的变形，网点之间的相对精度不是最重要的。由于布网目的不同，影响网质量的因素也就不同，比如大气折光和系统误差对工程测量控制网的影响很大，而对变形网的影响不是最重要的。在变形观测中只要保证监测仪器和人员相对不变，计算过程中上述影响可以相互抵消，使变形不会受这些误差的影响；第二，首级网的精度相对较高，基准点一般应建立在变形体以外的稳定区域，特别是网址的起算点一点要建立在基岩基础上，以便于发现其他点位移，工作基点可以布设在变形区；第三，变形网的网址应在现有的人力、物力和财力的基础上尽可能的具有发现监测点位移的精度、灵敏度和可靠性，看其指标能否满足变形监测要求；第四，变形网的边长一般较短，但精度高，一般情况下需要强制归心；变形网要求通视条件好，而不过于要求网形的构成；对变形网来说，多余观测冗余多。 2变形监测系统的组成 2.1自动监测系统通常情况下，为实现项目监测的自动化，工作基点站应设在隧道侧壁，同时设置四个校核点以校核工作基点。安装于基点站的TCA2003全站仪与监测系统机房建立通讯联系，由机房控制全站仪对校核点和变形点按一定的顺序进行逐点扫描、记录、计算及自校，并将测量结果发送至机房入库存储或并进行整编分析，实现了自动观测、记录、处理、储存、变形量报表编制和监测结果自动远程发送等功能。 2.2徕卡自动全站仪徕卡TCA系列自动化全站仪，又称“测量机器人”，该仪器精度高，且性能稳定，其内置自动目标识别系统，可以自动搜索目标、精确照准目标、跟踪目标、自动测量、自动记录数据，在几秒内完成一目标点的观测，像机器人一样对多个目标作持续和重复观测，具有计算机远程控制等优异的性能。采用结构变形自动化监测系统进行变形监测，可以实现无人值守及自动进行监测预报，即实现变形监测全自动化，它不仅便捷准确，而且可以减少传统意义上形变观测中的人为观测误差及资料整编分析中可能造成的数据差错。 2.3工作基站及校核点设置为使各点误差均匀，并使全站仪容易自动寻找目标，工作基站布设于监测点中部，校核点布设在远离变形区以外，最外观测断面以外40m左右的隧道中，先制作全站仪托架，托架安装在隧道侧壁，离道床距离1.2m左右，以便全站仪容易自动寻找目标，监测基准点使用位于东山口站台内的平面、高程控制点。 2.4隧道监测断面布置及监测断面内监测点布置变形监测点按照设计要求的断面布设，上下行隧道各布置5个监测断面，每个断面在轨道附近的道床上布设两个沉降监测点，中腰位置两侧各布设两个水平位移监测点，即每个监测断面布设6个监测点。各观测点用连接件（人字形钢架）配小规格反射棱镜，用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的侧壁及道床的混凝土中，棱镜反射面指向工作基点。布设监测点应严格注意避免设备侵入限界，可以将监测点布设在图中位置。 3变形监测平面控制网的建立与精度分析 3.1监测网的建立 3.1.1平面控制网的建立首先应根据设计单位和用户对实施监测物的精度要求，结合施工单位的仪器设备，制定平面测量的等级，然后充分考虑工程各部施工放样需要，点位不与工程建筑物发生冲突，使用方便，点位便于长期保存等方面情况下交替进行图上和实地选点，构造网形，确定点位测量的实方案。在点位确定后，可以根据点与点之间的通视情况构成网形，拟定图中的角度和边长观测量，可以用专有的软件进行精度的估算和观测量优化，通常是边角全测网开始优化计算，若计算结果的冗余过大，删掉一些通视条件不好的，边长过长，竖直角过大的边和相应的角度，再进行估算，直至点位精度满足要求，工作量又相对较小。 3.1.2高程控制网

地铁、隧道施工监测方案

施工监测方案第一节监测方案设计和测点布设原则 18.1.1 监测组织机构 18.1.2 设计原则 1、本工程项目监测方案以安全检测为目的，根据不同的工程项目如（明挖、暗挖、盾构）确定监护对象（建筑物、管线、隧道等），针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。 2、本工程项目监测点的布置能够全面地反映监测对象的工作状态。 3、采用先进的仪器、设备和监测技术，如计算机技术、遥测技术等。 4、各监测项目能相互校验，以利数值计算，故障分析和状态研究。 5、方案在满足监测性能和精度的前提下，可适当降低检测频率，减少检测元件，以节约监测费用。 18.1.3 测点布设原则 1、观测点类型和数量的确定应结合工程性质、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，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，又要便于来用仪器进行观察，还要有利于测点的保护。 4、除埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的变形刚度和强度。 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、深层测点应在施工前30 天布置好，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。 18.1.4 主要监测仪器

在本标中，若我局中标将采用由中国地震局第一地形变监测中心研制的“隧道形变自动化监测系统”用于本标监测控制。该自动化监测系统是对整个被监测区域进行多点同时快速扫描式测量，测试的频率可根据实际情况来设定，因此所取得的每一瞬时观测值更真实、更可靠的反映当时被测目标的变形状态。 1、BOY—1 型臂式倾斜仪该仪器具有传感器体积小，安装简单灵活，既能分散单个观测，又能多臂组合成隧道变形监测系统。该仪器可用来监测隧道纵向倾斜（沉降）、环缝变形错位及隧道收敛变形等。主要技术指标灵敏度：0.005mm—0.01mm（1—2 角秒）测量范围：±5°或±10°（臂的最大倾斜度）采数频率：自由选择平均日漂移：小于0.05mm/d 测量精度（单臂）：±0.017mm 适宜环境温度：0°—45℃ 适宜环境湿度：90% 电源：AC200V 50HZ 0.15W DC±9V 20Ma 2、激光水平位移监测仪利用激光发散小，能量高的特性，使用激光束做为位移监测的参照系（基准线），用装有硅光电池的光电转换板对激光聚焦中心进行自动跟踪，光电转换板与一个精密位移传感器相连，这样就可以测量出接收端相对激光束的水平位移变化量。主要技术指标灵敏度：0.05mm 测量动态范围：50mm 采数速度、频率：2 分钟以上自由选择日漂移：小于0.05mm/d 测站精度：0.1mm 非线性误差：小于2% 电源：AC220V 50HZ 3、数据采集及处理软件为了使监测仪采集的数据使用电脑来分析处理，采用相应的软件和建立数据库。本次处理软件是在windows 下进行数据处理和操作，使用微软公司开发的Visual Basic 6.0 软件，Visual Basic 6.0 可以支持使用多种数据库，Access 是Visual Basic 6.0 的内部数据库，其操作方便，安全性强，因此选择Access 作为数据处理的数据库。计算机接口采用DC1054A/D 转换器和DC1070A/D 转换器，前者用于激光位移仪，后者用于臂式倾斜仪。本次采用的软件主要有下述几方面的功能： A、实时采集数据并同时显示各监测目标点的观测数据和连续变化的图形； B、对观测数据储存和各种形式的输出； C、打印数据报表和绘制输出观测图形（全部数据、小时值、日均值、五日均值、月均值）； D、对监测到各项目各组数据（任意时间区段）进行精度计算统计和分析； E、对观测数据进行相关的数学处理：（1）滑动滤波（圆滑观测曲线）；（2）低通滤波（去掉高频躁声）；

地铁隧道结构变形监测控制网及其数据处理

地铁隧道结构变形监测控制网及其数据处理发表时间：2017-10-30T09:25:06.667Z 来源：《基层建设》2017年第20期作者：汪英宏王守横 [导读] 摘要：地铁隧道结构复杂，在长期使用过程中会受到各种因素的影响，因此，做好变形监测非常重要。上海市机械施工集团有限公司大连地铁216标段项目经理部辽宁大连 116037 摘要：地铁隧道结构复杂，在长期使用过程中会受到各种因素的影响，因此，做好变形监测非常重要。本文将进行分析，以供参考。关键词：地铁隧道；变形监测；原因；措施 1.前言对于地铁隧道结构变形的监测，不能采用传统的变形监测控制网布设方法，在施工过程中根据施工要求对工艺参数进行控制，为保证结果的准确度，必须进行基准点的稳定性检验。 2.地铁隧道变形原因 2.1轨道结构变形地铁隧道变形包括轨道结构变形和隧道结构变形两种形式。其中轨道结构变形的主要原因是列车荷载长期对轨道产生反复作用，使轨道发生几何偏差进而影响轨道的平整性和顺畅性。除列车荷载作用外，隧道周边建设施工的卸载、负荷、加载也会引起道床的不均匀沉降。这种沉降同样会影响轨道的平整度及顺畅。对于铁路来说，地铁运行车辆重量较轻、速度低，轨道和车辆行走部分的变形一般不会引起地铁事故，但轨道变形造成的不平顺可能会导致列车发生不正常振动。这会降低列车运行的稳定性，减少用户的舒适度，更重要的是会加快轨道结构部件的损坏速度，从而间接影响列车的行车安全。 2.2隧道结构变形地铁隧道结构变形发生在施工阶段和运营阶段，在施工阶段，地铁暗挖隧道工程是在岩土体内部进行的。在开挖过程中对地下岩土的扰动是不可避免的，这就破坏了地下岩土体原有的平衡条件。隧道开挖时地层初期受到的影响较小，发生的也是微型形变，随着开挖的不断深入，变形会极剧增大然后又趋于缓慢。因此，在隧道开挖过程中应对隧道的拱顶下沉量和地表的下沉量进行监测，以便于对隧道结构的稳定性和开挖工程的安全性提供分析依据。地铁隧道开挖引起的地层变形是一个漫长而缓慢的过程，无论是浅埋暗挖法还是盾构法在工程完工投入使用后都会不同程度的发生整体下沉的现象，尤其是工程处于软土层中时下沉现象更加明显。 3.地铁隧道变形监测技术 3.1传统监测技术传统监测技术是利用水准测量仪的检测功能对隧道结构的变形情况进行监测，主要对隧道变形区域的断面进行监测。该法在实际使用过程中存在一系列不足：首先，该法无法使用先进的远程测量技术。在监测过程中不得不打断监测区内的列车运行。其次，地铁隧道内可视性差，空间受到限制，运行环境复杂，给监测的安全性和监测质量造成了不利影响。最后，监测点数量受限，若设置监测点过多，不仅会增大工作量还会延长监测周期的长度，无法准确的反映出变形的真实情况；若设置监测点过少，无法根据有限的数据得到较为精准的变形趋势，这对后期的隧道结构的变形负荷分析是极为不利的。传统的监测技术已经无法适应现代社会的需求新型的监测技术急需被研发使用。 3.2高程监测控制网在地铁进行跨河水准测量、测量机器人三角高程法测量、GPS 测高三种方法进行施测。 3.2.1跨河水准测量跨河水准观测采用威特 N3 及配套的铟瓦水准尺，施测前仪器 i 角检校为+1.2s。跨河水准测量严格按《国家一、二等水准测量规范》要求选定与布设场地，使仪器及标尺点构成平行四边形。作业方法、视线距水面的高度、时间段数、测回数、组数及仪器检查等按规范要求执行。按二等跨河水准观测精度施测 8个测回，高差中数中误差为±1.48mm。 3.2.2 测量机器人三角高程法测量采用徕卡 TCA2003 机器人完成，在 b1、b2 设置仪器，对向观测 12 个测回，测回间隔 5min。每测回量取 2 次仪高和棱镜高，量取至毫米。高差中数中误差为±1.00mm。 3.2.3 GPS 高程测量b1、b2大地四边形进行 GPS 联测，GPS 网解算的 b1、b2大地高的高差为-0.3403。 3.2.4 三种方法的成果比较高程监测控制网采用跨河水准测量、测量机器人三角高程法测量、GPS 测高三种方法进行施测结果进行对比。 4.基于组合后验方差检验法的灵敏度 4.1灵敏度的概念及其目的通常情况下对基准点的稳定性进行判断是在测量结束后的内业处理过程中，删除一些不稳定的点带来人力物力和时间的浪费，在当今世界寻求的应是高效节能的方法，若是在观测现场测量人员或者测量机器人根据观测数据能感知到基准点的不稳定性，就可以给外业监测提供指导，提前对基准点进行筛选，甚至给基准网的布设提供意见，使得地铁隧道结构变形监测网和后期数据处理得到优化。然而对同一个点的多次观测结果存在差异可能是误差影响也可能是基准点不稳定引起，要是知道到底出现多大的变动时可以认为是基准点发生了移动，那进行现场监测时就能对基准点的稳定性进行判断，不需要等到进行完内业处理才能得到答案。当观测值出现一定程度变化的时候，这种方法就能够有效的检测出结果。 4.2组合后验方差检验法灵敏度的探测为模拟基准点的变动，对观测数据进行人为的改动。从众多基准点中任意选取3个，分别对方位角、天顶距和距离三个观测量进行测试，当角度偏差大于3秒小于6秒时对该点的稳定性应持怀疑态度，而大于6秒时该点稳定性就一定不可靠，当距离的测量偏差大于5ｍｍ时该点的稳定性同样不可靠。计算所得的组合后验方差检验法的灵敏度在实际工程实例中可以作为重要的比较参考值，通过比较监测数值间的差值，实现监测现场简单、快速判定基准点的稳定性。 5.隧道变形监控的系统建立 5.1系统数据库结构变形监测数据库用于存储监测点属性、监测成果等数据信息，是数据管理系统的基础。因此，合理的数据库结构不仅是数据库设计的

隧道变形监测方案-新

隧道变形监测方案 1、目的为明确隧道内变形观测的作业内容，规范技术细节及作业程序，总结隧道结构变形规律，为隧道结构维修养护提供依据，指导津滨轻轨隧道变形观测工作进行，从而保证行车安全，特制订本预案。 2、适用范围 2.1适用于津滨轻轨隧道变形观测的相关工作； 2.2线桥室从事变形观测的相关工作人员须依据本方案开展各项变形观测工作。 3、职责分工隧道变形工作由线桥室主任及安技主管进行监督指导，桥梁维修主管负责变形观测工作的全面管理与协调，桥梁检测工程师协同隧道工程师、桥梁维修工程师负责隧道变形观测的相关技术工作，并由桥隧检测工区负责具体实施。 4、参考依据《建筑变形测量规程》《地下铁道、轨道交通工程测量规范》《地下铁道工程施工及验收规范》 5、变形观测工作内容 5.1隧道沉降观测监测隧道结构的沉降，主要是监测隧道结构的底板沉降，实质上是对道床的监测，主要包括区间隧道的沉降监测以及隧道与地下车站交接处的沉降差异监测。运营测量采用的坐标系统、高程系统、图式等与原施工测量相同。 5.1.1监测基准网监测基准网是隧道沉降监测的参考系，由水准基点和工作基点构成，网形布设成附合水准路线或沿上、下行线隧道布设成结点水准路线形式，采用国家二等水准测量的观测标准进行。水准基点采用隧道线路两端远离测区的国家II等水准点，在沿线车站内和联络通道处布设工作基点，每个车站布设4个工作基点，联络通道处布设2个工作基点，水准基点与车站内、联络通道处工作基点共同构成监测基准网，如图1所示。基准网的高程值由国家水准点引入，每季度校核一

次，分析工作基点的稳定性；然后，再通过车站内两侧的工作基点，采用附合水准路线对每段隧道结构进行沉降观测。图1 监测基准网示意图 5.1.2沉降监测点津滨轻轨地下结构由明挖段和盾构组成，明挖段沉降监测点按施工浇筑段每段设4个点，分别布设在左右两侧墙上。具体布置见图2。图2 明挖段沉降监测点布置示意图为方便以后长期的位移监测工作，隧道内沉降监测点布设在隧道中线的道床上，隧道直线段每隔30m设一个测点，曲线处根据曲线半径大小设置测点间距，半径为400m曲线处每隔12m设一个测点，半径为800m曲线处每隔18m设一个测点，半径为2000m曲线处每隔30m设一个测点。具体布置见图3。

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