(整理)地面监测方案.

广州市轨道交通三号线【大~沥】区间盾构工程施工监测方案

编制：

审核：

审定：

中铁二局广州地铁项目经理部

2003年5月

目录

1、概述-----------------------------------------

1.1 工程概况

1.2 监测概况

1.3 施工监测的目的和任务

1.4 施工监测方案制定的原则

1.5 编制主要依据

2. 施工监测实施方案及内容

2.1 监测方案及内容

2.1.1 监测总方案

2.1.2 监测内容

2.2 监测时间

2.3 地表沉降、隆起监测

2.3.1 地面沉降、隆陷变形机理

2.3.2 沉降、隆陷监测方法

2.3.3 沉降监测点布置

2.3.4 基准工作基点及沉降监测点的埋设

2.3.5 沉降监测的精度设计

2.3.6 沉降观测所使用的仪器

2.3.7 外业观测中的限差要求

2.4 洞内三维监测

2.4.2 监测点布置

2.5 地表建（构）筑物监测

2.5.1 监测网的布置

2.5.2 监测点的布设

2.5.3 监测方法

2.5.4 水平位移及倾斜变形施测2.6 土体内部位移监测

2.6.1 监测方法

2.6.2 监测点布置及技术要求2.7 衬砌内力和变形监测

2.7.1 监测目的

2.7.2 监测方法及测点布置

2.8 土层压应力监测

2.8.1 监测目的

2.8.2 监测点布置

2.8.3 监测方法

2.9 地下水位监测

2.9.1 监测点布置

2.9.2 监测方法

2.10 管线监测

2.10.1 监测点的埋设

3.监测技术要求及监测频度

3.1 测量精度

3.2 量测频率

3.3 监测控制值和预警值

4. 监测数据的处理分析及报送

4.1 监测数据的处理与分析

4.2 监测报表的内容及报送时限

5. 监测组织机构及质量管理体系

5.1 监测组织机构

5.2 质量管理及资料反馈体系

5.3 监测工作制度

5.4 确保施工监测质量的措施

6. 监测工作设备

7、附图：监测平面布置图

1. 概述

1.1 工程概况

广州轨道交通三号线大塘站～沥滘站区间隧道盾构工程位于广州市海珠区，线路起

自大塘站，穿过大片农田，在建筑物密集的后滘村下穿过，横穿南环高速公路及建筑物密集的新基村到达沥滘站。线路大部分位于城市远期规划道路上，沿线建筑物密集，以3～5层的民宅建筑居多。地形起伏较小，地面高程4.4～8.5m，地貌属平缓坡地。起止里程为YDK8+824.2 ～YDK11+286.0。其中，YDK8+824.2～YDK9+821.0、YDK9+851～YDK11+286.0为盾构法施工段；YDK9+821～YDK9+851.0为矿山法隧道施工段，线路长约2.4618 km。

本段线路左右线间距11.4～27m，隧道上覆土9～27m，平均约18m。区间隧道大部分埋深较大，对地面的干扰相对较小。

沿线地面环境及建筑物概况：根据调查，隧道穿过建筑物约有107栋，主要集中在后滘村（YDK9+950～YDK10+300）、大塘村、新基新村（YDK11+000～YDK11+286.0）、广州耐火材料厂厂房及宿舍（YDK10+680～YDK11+000）和欣晟皮具制品厂厂房。房屋大多为市郊农民房，以4～7层的民宅建筑居多，布局密集，通视条件极差，基础以桩基础为主，仅有极少数的天然基础；线路从南环高速公路桥下穿过，但避开了桥基。根据建筑物调查资料显示，在后滘村共有约17栋房屋桩基需进行托换。

线路经过的区域水系较为发达，主要水系有：淋沙涌（YDK8+900）、后滘涌(YDK9+700、YDK10+050)。大塘站～沥滘站盾构区间地面道路系统比较多，其中有南环高速公路（YDK10+400～YDK10+500）及城市交通道路。线路经过的区域还有电力输送线路等。

地质概况：该区域属珠江三角洲海陆交互沉积平原，地形平缓，涌、河发育，民用建筑密布。隧道洞身主要为海陆交互沉积的淤泥制土、砂，软--硬塑状粉质粘土和硬塑状基岩残积层，部分洞身为强风化砂。岩层破碎，节理、裂隙发育。地表水丰富，地下水发育。

1.2 监测概况

⑴结合全线的隧道埋深、地质及地面建筑物、管线情况和施工顺序，确定从大塘站盾构开始始发时的100m 为试验段，此段布设了较密集的监测点并设置监测主断面进行全面的监测项目监测，以取得经验性数据，为后续监测、预测提供分析依据。特别是始发段（YDK8+824.2～YDK8+950）和到达段（YDK11+250～YDK11+286.0）穿越砂层和淤泥质土层，且在YDK8+870～+950段地表有淋砂涌通过，隧道在该段埋深最浅（约为6.4m），与涌河内地表水存在较强的水力联系，是施工监测的重点地段。

⑵根据全线建筑物及管线调查资料，确定需桩基托换和需预加固处理的共17栋建

筑物为重点监测对象。

⑶根据对本区段的管线进行认真、详细的调查，管线主要集中在YDK10+300～YDK11+000段，本区段的管线埋深均在2m以内，管径最大为φ600，管材主要为铸铁管和砼管。根据调查成果，拟对铸铁管和砼管等刚性管线进行监测，共计需对16条管线进行施工监测。实际根据试验段取得的数据调整监测计划。

1.3施工监测的目的和任务

⑴通过对测量数据的分析、处理掌握隧道和围岩稳定性的变化规律、修改或确认设计及施工参数，并为今后类似工程的建设提供经验。

⑵以信息化施工、动态管理为目的，通过监控量测了解施工方法和施工手段的科学性和合理性，以便及时调整施工方法，保证施工安全及地面建（构）筑物和地下管线的安全。

1.4施工监测方案制定的原则

⑴监测方案以安全监测为目的，根据工程特点确定监测对象和主要监测指标。

⑵根据监测对象的重要性确定监测规模和内容、监测项目和测点布置，较全面地反映实际工作状态。

⑶采用先进、可靠的监测仪器和设备，设计先进的监测系统。

⑷为确保提供可靠、连续的监测资料，各监测项目间相互校验，以利数值计算、故障分析和状态研究。

⑸在满足确保工程安全施工的前提下，尽量减少对工程施工的交叉干扰影响。

⑹按照国家现行的有关规定、规范编制监测方案。

1.5 编制主要依据

1)《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308-1999；

2)《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999；

3)《建筑变形测量规程》JGJ／T8-97；

4)《工程测量规范》GB50026-93；

5)《城市测量规范》CJJl3-87；

6)《城市地下水动态观测规程》CJJ／T76-98；

7)广州地铁三号线大塘站~沥滘站区间盾构工程施工图及招标文件中工程施工技

术规程；

8)相关规范、标准、资料。

2. 施工监测实施方案及内容

2.1 监测方案及内容

2.1.1监测总方案

根据本区间盾构工程设计文件要求及其施工特点，并考虑施工过程会对地层产生扰动，有可能引起地表或附近的建筑物、管线变形或沉陷，且有隧道直接穿越淤泥层和砂层段，故确定以下监测方案：

以盾构法施工的始发端、到达端、隧道直接穿越淤泥层砂层段和通过地面建筑物密集段为特殊重点监测区段，共设6个监测主断面：分别在大塘、中间风井始发端各设1个，在中间风井和沥滘站到达端各设1个，在试验段的淋砂涌位置（该处浅埋且穿越淤泥层、砂层）设1个主断面，在建筑物密集的后滘村设1个；沿线路方向每隔30ｍ设1个监测从断面，在始发试验段进行加密；为使获得的监测数据具有连续性，沿隧道方向在左右线的隧道中线上每隔7m布设一沉降观测点；对需进行桩基托换的17栋建（构）筑物设沉降和倾斜观测点；对管材为铸铁管和砼管的管线进行监测。

监测点平面布置详见附图：监测点平面布置图。

2.1.2监测内容

根据本工程的特点，确定以下监测内容：

①地表沉降、隆起监测；②隧道三维监测（包括拱顶沉降、内空收敛）；③建筑物监测；④土体位移监测（包括土体的水平和垂直位移）；⑤衬砌内力和变形监测；⑥土压力监测；⑦水位监测；⑧管线监测。

对监测主断面，包含所有监测项目，监测主断面布置见图1。

对监测从断面，监测以地面隆陷监测点和拱顶下沉、周边净空收敛点及建筑物沉降为主。监测次断面布置见图2。

据以上各类监测结果及时反馈到设计、施工方，以确保施工顺利安全进行。

2.3 地表沉降、隆起监测

2.3.1 地面沉降、隆陷变形机理

①、开挖时的土、水压力不均衡：由于盾构机推进量与排土量不等，使开挖面土压力、水压力与压力仓的压力产生不均衡，导致开挖面失去平衡状态，从而发生地基变形。当土压力+水压力<压力仓的压力时，地基下沉；反之隆起。

②、盾构推进时对围岩的扰动：盾构的壳体与围岩摩檫和围岩的扰动，特别是蛇行修正和曲线推进对进行的超挖，是会产生围岩松动引起地基下沉或隆起的。

③、盾尾（建筑空间）的发生和壁后注浆不充分，使受盾壳支承的围岩朝着盾尾空隙变形（应力释放引起的弹性变形）而产生地基下沉。粘性土地基中的壁后注浆压力过大将引起地基隆起。

④、管片螺栓紧固不足，衬砌变形、变位。

⑤、地下水位下降，地基的有效应力增加引起的固结沉降。

由上述可知，盾构施工引起地表变形主要可分为五种类型，各种类型沉降、隆陷产生的原因与机理见下表1。

表1 盾构施工引起变形的原因与机理

地层受扰动而引起应力变化是产生位移的主要原因。对于大～沥盾构区间，由于区间隧道穿越的主要为岩石底层，并其隧道埋深相对较大，因此大部分地层变形以盾构通过时的沉降和盾尾空隙沉降为主；靠近大塘站，由于隧道埋深浅，地层以较软弱的土层为主，地层变形相对会较大，上表五种沉降都会产生。

2.3.2 沉降、隆陷监测方法

按变形测量规程中测站高差中误差≤0.5mm的精度要求，采用精密水准仪、铟钢尺由高程监测网的控制水准点按国家二等水准测量的技术要求对监测点进行逐点量测。地面布设高程监测控制网，按至少三个固定点作为基准点且基点保证不在施工影响范围之内。同时，基准网每隔3个月检测一次。根据基准点，测定埋设在被监测的建筑物、构筑物处的工作点和观测点。据监测点的高程变化值，通过数据处理分析，计算实际沉降值，并分析产生的原因，预报建筑物的安全状况。

2.3.3 沉降监测点布置

结合本工程特点，共设监测主断面6个。主断面中布设沉降点11个，次断面布设沉降点7个，同时在隧道中线上沿线路方向每7m设一个沉降监测点。其详细布置见“监测点平面布置图”。

2.3.4 基准工作基点及沉降监测点的埋设

在不受地铁施工影响相对稳定的位置，埋设至少3个地面基点。基点采用钢筋深埋桩水准点，埋设深度应大于1米，以粗螺纹钢埋设，并用混凝土浇灌。监测点采用在地表挖20cm~30cm桩坑浇入混凝土，混凝土内插入专用不锈钢沉降测头，其测头为半球形，测头露出混凝土约2cm至3cm。

2.3.5 沉降监测的精度设计

为使测量满足设计的监测精度，在建筑物沉降观测时，采用国家二等水准测量的精度要求和观测方法进行施测。

国家二等水准测量规范规定，基辅分划所测高差的差应小于Δ=+0.7mm，则基辅分划高差的中误差应为：Mh′=（1/2）Δ=+0.35mm。

基辅分划所测高差的中误差应为：Mh=（1/2）Mh′=+0.25mm。

上式中Mh可视为一个测站所测高差的中误差。在建筑物沉降监测中最远观测点到工作基点，水准观测站数不多于10个，所以最弱水准点的高程中误差为：

MH=10Ma=+0.78mm

则最弱水准点两周期观测高程值之差（即相对沉降量）的中误差：

MΔH=2Mh=±1.1mm

由此说明，按国家二等水准测量的观测精度进行沉降观测，相对沉降量的测量中误差为+1.1mm，该监测精度达到了建筑物沉降监测的精度要求。

2.3.6 沉降观测所使用的仪器

采用精度应不低于DS05级（DSZ2，或Ni004，Ni007水准仪）水准仪和铟钢水准尺。对所采用的水准仪和铟钢水准尺，应按国家水准测量规范要求的检验项目定期进行检验和校正。

2.3.7 外业观测中的限差要求

要求各测点的视线应≤30m，视距差≤0.5m，前后视距累积≤1.0m，基辅分划读数≤0.5m，测段往返测高差不符值小于+4L mm；附合线路闭合差小于+4L mm；闭合水准路线闭合差小于+4L mm。（L为测段或附合路闭合路线的长度，以公里为单位，不足1公里取L为1公里）。

每次沉降观测后要进行外业精度评定，计算水准测量每公里高差中数的偶然中误差和每公里高差中数的中误差。这两个精度指标应分别小于+1.0mm、+2.0mm。

达到以上限差要求的成果才可视为合格的外业观测成果，并进行内业计算。在沉降观测每周期的观测中，尽可能保持同样的水准路线，使用同一台仪器和保持同一人观测，以确保观测的精度，提高观测速度和成果的可靠性。

2.4 洞内三维监测

洞内三维监测主要是指对隧道拱顶沉降、隧

道内空收敛的观测。

2.4.1 监测方法

在隧道内布设反光片作为沉降观测点和基准点。通过全站仪观测各测点三维坐标（见图2所示），对观测结果进行分析，从而把握隧道内空的空间变化状态、时程变化状态。

2.4.2 监测点布置

全站仪

反光片

洞内三维监测断面与次断面布设相一致，沿隧道方向每30m~50m布置一监测断面，一般断面设1拱顶沉降观测点，2个收敛观测点；监测主断面处增设2个收敛观测点（见图1、图3）。主断面平面布置见“监测平面布置图”。

2.5 地表建（构）筑物监测

地表建（构）筑物的监测主要包括在对地铁施工影响范围内地面道路、房屋、堤坝、高压线塔基等各类建（构）筑物的沉降进行观测的同时，并对其水平位移、倾斜状态以及建筑物裂缝进行必要的观测。通过对观测结果的分析，把握隧道施工对地表建（构）筑物的影响程度，以利对其安全性进行有效的评定，同时指导施工。

2.5.1监测网的布置

地表建筑物沉降观测与地表沉降、隆起监测为同一水准控制网，其部分观测点可采用与地表沉降、隆起观测相同的观测点。

地表建构筑物的水平位移及倾斜监测，根据具体情况分别采用三角网、边角网、三边网和轴线等形式布设平面位移监测控制网。平面位移及倾斜监测网，由控制网点及加密的控制点（工作基点）构成。每一测区布设3至4个控制点，根据测区具体情况布设若干个工作基点。建筑物的水平位移及建筑物的倾斜观测，分别采用前方交会或极坐标法测定顶部及其相应底部观测点的偏移值。对于受监测条件限制无法观测建筑物顶部观测点的建筑，采用基础差异沉降推算主体倾斜值。

2.5.2监测点的布设

根据设计单位提供的资料及实地踏勘，大塘~沥滘区间线路经过的地面建（构）筑物为城市居民住宅、工厂厂房、水系堤坝、市政道路等。其监测内容主要为沉降观测、水平位移观测和倾斜观测，根据其不同形式，各类观测点布设方式如下：

①民用建筑观测点的布设

本工程通过段地面建筑主要为民用住宅，其结构多为框架及砖混结构，建筑高一般为4~7层。楼与楼之间间距很小，通视条件极差。一般建筑沉降及倾斜观测点布设，根据建筑的布局不同而不同，对于点状建筑，在建筑的底部布设3个点进行沉降观测，在建筑的顶部布设2个倾斜观测点；对于矩形建筑，根据建筑的大小，每间隔5~10米布1个沉降观测点，在建筑的顶部布设相应的点进行倾斜观测；对于不规则建筑根据不同情况布设观测点。建筑沉降及倾斜监测的观测点布设如图4示。

a点状建筑 b 矩形建筑 c 不规则建筑

图4 居民住宅建筑沉降及倾斜监测的观测点布设示意图距线路中心线30m以内的A3及四层以上的房屋均需要布设倾斜测点，倾斜监测点分别布设在建筑物的顶部和相应位置的底部。在没有条件观测顶部监测点时可利用沉降监测点，测定沉降值推算建筑物主体的倾斜值。具体测点的位置及数量由现场确定。

②工厂厂房观测点的布设

本盾构施工段经过一个耐火材料厂，和欣晟皮具制品厂厂房，其沉降和倾斜观测点布置方式同于民用建筑物的布置方式，但同时要根据各厂厂房特点，对特殊的大跨结构观测点要进行加密。

③水系的监测及观测点的布设

水系的监测，主要是对河堤的监测。监测点的布设，在地铁线路经过的地段，在河堤地段布设相应的沉降观测点。

④主要道路的监测及观测点的布设

市政道路的监测，主要是对道路表面的沉降、隆起进行监测。在地铁线路经过的地段，在道路表面布设相应的沉降观测点。

对于隧道通过处的高速公路高架桥墩需同时布设沉降和倾斜观测点进行沉降和倾斜监测。

⑤高压输电线路铁塔监测

对于在隧道施工影响范围内的高压线输电线路铁塔须在塔基设沉降观测点和塔身设倾斜观测点，对铁塔同时进行沉降和倾斜监测。

⑥建筑物沉降观测标志

建筑物沉降观测标志埋设，详见图5 建筑物沉降观测标志埋设：（a）混凝土楼面标志埋设（b）砖墙墙面的标志埋设（c）立柱上的标志埋设

①建筑物沉降监测按二级变形测量精度等级用精密水准仪，铟钢尺进行量测。与地面沉降共用高程监测控制网。

②建筑物倾斜监测，是用投影方法将墙面选定的点投影到墙面地线，并测量该投影点到墙底角的距离，然后结合墙体高度计算倾斜角。二次测量的稳定值平均，作为房屋倾斜的原始值。以后测量计算的数值与原始值比较，即是墙体的倾斜变化值。 其中A 为房屋顶角一点，B 为房屋顶角一点，AB 为房屋的高度H ，B ′为房屋发生倾斜后B 点位移后的位置。房屋倾斜的观测详见图6 房屋倾斜观测示意图，步骤如下：

a 、距A 点水平距离1.5～近90度；

b 、分别在M ，N 后，竖向转动观测镜，将MB ’

和NB 影于地面，其交点B ”即为B ’c 、用钢尺丈量A B” d 、房屋的倾斜度为：③地面建筑物裂缝监测

本工程施工影响范围内已出现裂缝的建筑物共6栋。盾构施工时除对这些建筑物的裂缝进行量测外还要随时观察，发现裂缝后立即量测并记录并纳入监测计划中。量测时根据裂缝长度、宽度在每条裂缝上分别设置2~5道测线，每次测量时用读书测微器直接贴在测线上读取裂缝的实际宽度。并在测线边、墙壁上记录裂缝的初始值、变化值及时间。以便随时了解裂缝的变化趋势。

2.5.4水平位移及倾斜变形施测

水平位移及倾斜变形施测采用高精度全站仪施测。

监测网采用独立坐标系统，控制点采用有强制对中装置的观测墩。对监测精度要求较高的建筑物，亦可采用强制对中的方法。

水平位移监测按二等监测网实测。测角中误差+1″，最弱边相对中误差≤1/70000，平均边长≤150m。

2.6 土体内部位移监测

倾斜仪的钻孔距离隧道开挖轮廓宜大于1m，并且钻孔超过隧道底板2～3m，钻孔完毕后即可进行测斜管的安装，回填时注意不能使用标号高的混凝土。正式测读前3～5天内重复测读3次以上，当测读值稳定后，才能开始正式测量工作。

2.7 衬砌内力和变形监测

2.7.1 监测目的

隧道衬砌内力和变形监测是为了了解衬砌管片在土压力的作用下、在土体稳定过程中管片内部应力和应变的大小及分布情况，为确定管片结构性能提供可靠的参数，同时，对了解管片连接螺栓的作用力、注浆压力等的大小有很大的帮助，并可作为评价结构安全稳定性的依据。在施工结束后、运营阶段还可对其继续进行观测。

2.7.2 监测方法及测点布置

此项监测采用钢筋计和混凝土应变计进行。混凝土应变计和钢筋计的埋设安排在管片预制时进行，其布设见图8所示。监测断面布置于监测主断面上，其断面布设图见图5。

图8 钢筋计及混凝土应变计布设图

2.8 土层压应力监测

2.8.1 监测目的

土压力的监测目的是了解盾构推进过程中及通过后土压力的大小和分布及其变化情况情况，可为确定盾构推力、土仓压力、同步注浆和评定衬砌结构提供可靠的参数。

2.8.2 监测点布置

土层压应力监测采用土压力盒进行监测，压力盒埋设在混凝土管片与土体之间，监测断面设在主监测断面处，断面设置示意参见图5。

2.8.3 监测方法

压力盒在埋设前观测其初始频率，埋设后即可测试其频率，通过参数计算出压力的大小。根据管片衬砌环的土压力大小变化、分布规律，参照理论土压力的值进行对比，判断隧道结构的强弱，注浆压力的大小等，并可作为评价支护结构安全稳定性的依据。同时，可作为永久性监测项目在施工结束后继续进行观测。

2.9 地下水位监测

2.9.1监测点布置

水位测孔采用地质钻机钻孔，测孔直径108mm，孔深根据要求确定，要保证施工期间水位降低的测读。测管外安装滤布，孔底布设0.5~1.0m的沉降管。水位管安装在测斜孔外侧。其监测点布于监测主断面上，见“监测平面布置图”。

2.9.2监测方法

采用水位观测仪进行水位观测，测量出孔口的高程，通过水位仪测读出孔内水位的高程，多次观测就可以测出水位的变化。根据水位变化值绘制水位——时间变化曲线，以及水位随盾构施工的变化曲线图，为盾构的钻进参数的确定提供可靠的参数。

2.10 管线监测

2.10.1监测点的埋设

在管线上方点位上凿直径10cm的孔，凿至管顶面上，插入Φ12光圆钢筋，底部与管顶接触，钢筋顶部略微隆起。钢筋长度视实际情况截取。埋设时将管顶砼表面清除干净，灌入砂浆插入钢筋使钢筋头低于砼地表面10cm。并在旁用黄色油漆标注点号，点号与平面布置图中点号一一对应。

2.10.2监测方法

按二级变形测量精度等级，用精密水准仪、铟钢尺与地面沉降监测相同的方法观测。

3. 监测技术要求及监测频度

3.1 测量精度

在施工期间，地表的沉降、隆起观测，建筑物的沉降观测、倾斜观测，河流堤坝的

沉降、隆起变形观测，道路的沉降观测等，都要严格按照国家仪二等测量规范(GB12897)的精度进行。其余量测项目参照国家相关规范确定量测精度。各项监测项目精度见表2：

表2 监测精度表

3.2 量测频率

各项监测项目在施工前测得稳定的初始值，并且不少于两次，各项监测工作频率见表3：

表3 监测项目技术及频率要求

注：D—隧道开挖宽度

当各监测项目变化值达到控制值的70%，视为警戒值，立即通知设计、监理，共同研究，查明原因，及时采取有效措施。

3.3 监测控制值和预警值: 见下表4：

表4监测控制值和预警值

4. 监测数据的处理分析及报送

4.1监测数据的处理与分析

本监测工程采用日本先进的地铁施工过程监控量测数据处理软件NATM.VB.3D处理监测数据并进行数据分析，以数值和图形图表等多种形式描述各项监测项目的变化趋