地铁施工监测培训资料

地铁施工监测

一、地铁监测

1.1地铁监测的概念:

监测（monitoring measurement）就是采用仪器量测、现场巡查或远程视频监控等手段和方法，长期、连续地采集和收集反映工

程施工、运行线路结构以及周边环境对象的安全状态、变化特征及

其发展趋势的信息，并进行分析、反馈的活动。

1.2地铁监测的目的及原则

(1)监测目的：对施工过程中的地层变形、支护结构的受力有清楚

的了解。

(2)监测的原则：必须根据周边环境特点，抓住重点和矛盾的核心

所在，遵循有所为、有所不为。

1.3地铁监测的意义

(1) 掌握隧道和车站周围地层、支护结构、地下管线和周边建筑物的动态，观测开挖过程中隧道和基坑的状态及其对周边环境的影响，预防工程破坏事故和环境事故的发生。

(2) 将现场测量结果及预测值相比较以判别前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步施工参数，从而指导现

场施工，做到信息化施工。

(3) 将量测结果用于信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷。另外还可将现场监测结果及理论预测值相比较，用反分析法导出更为接近实际的理论公式用于指导其它工程。

二、地铁监测的分类

2.1按监测目的分为：施工监测、第三方监测以及运营监测三个方面。

1、施工监测：在围护结构施工和主体基坑的开挖、降水、支护、结构施工的过程中，基坑内外地基应力的重分布会引起围护结构及

周围土体的变形，从而有可能危及基坑、主体结构的稳定和周围建（构）筑物、地下管线的安全。因此在基坑和结构施工过程中，必

须制定详细的监测方案，对围护结构、支撑、主体结构、周围建（构）筑物和地下管线进行跟踪监测，并根据监测成果，及时地分

析资料，反馈信息，进一步掌握基坑工程施工过程中基坑及周围环

境的实际工作状态，以便动态掌握基坑的安全情况，确保结构安全、经济、可靠和施工的顺利进行。这种施工单位全天候监视测量的工作，就是施工监测工作。

2、第三方监测：地铁工程引入第三方监测，是为了判定地铁结

构工程在施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，验证基坑开

挖方案和环境保护方案的正确性，对可能发生的危险及环境安全的

隐患或事故提供及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免

事故的发生；在基坑开挖过程中根据监测数据实现信息化施工，将

监测结果用于优化设计，为设计提供更符合工程实际情况的设计参数，及时对开挖方案进行调整，使支护结构的设计既安全可靠，又

经济合理；作为第三方公正性监测，为业主处理工程合同纠纷提供

数据和资料依据，为业主提供确凿的索赔证据，防止承包商提供虚

假的资料和数据，隐瞒工程安全和质量真相。这种监管抽测以及复

核的工作就是第三方监测工作。

3、运营监测：地铁是现阶段人们出行的主要交通工具之一，所以地铁运营的安全及人们的生活息息相关。地铁的运营监测工作是

轨道交通长期健康检测的重要组成和基础工作。为考察隧道运营的

安全，研究隧道的形变规律提供可靠的参考数据。我们对运营中隧

道进行的监测工作，这就是运营监测。

2.2按监测对象分为：支护结构、周边环境、周边岩土体及水位等。

1、支护结构：基坑支护结构和隧道支护结构的统称。基坑支护

结构是指为保证基坑开挖、地下结构施工和周边环境的安全，对基

坑侧壁进行临时支档、加固使基坑侧壁岩土体基本稳定的结构，包

括支护桩（墙）和支撑（或锚杆）等结构；隧道支护结构是指隧道

开挖过程中及时施作的能够使围岩基本稳定的结构，包括超前支护、临时支护、初期支护和二次衬砌等结构。

2、周边环境：城市轨道交通工程施工影响范围内的既有交通设施、建（构）筑物、地下管线、桥梁、高速公路、道路、河流、湖

泊等环境对象的统称。

3、周边岩土体：城市轨道交通基坑、隧道工程施工影响范围内

的岩体、土体、地下水等工程地质和水文地质条件的统称。

2.3按监测手段分为：仪器监测和现场巡查。

三、监测范围和工程监测等级

3.1工程影响分区及监测范围

工程影响分区应根据基坑、隧道工程施工对周围岩土体扰动和周边环境影响的程度及范围划分，可分为主要、次要和可能三个工程

影响分区（其中监测范围要以设计文件为准）。

表3-1 基坑工程影响分区

②基坑开挖范围内存在基岩时，H可为覆盖土层和基岩强风化

层厚度之和；

③工程影响分区的划分界线取表中0.7H或H·tg（45°-φ/2）

的较大值。

表3-2 土质隧道工程影响分区

（m）。

3.2工程监测等级

1、根据基坑、隧道工程的自身风险等级、周边环境风险等级和

地质条件复杂程度划分工程监测等级如下表：

表3-3基坑、隧道工程的自身风险等级

道是指断面尺寸在50 m2~100 m2的隧道；一般断面隧道是

指断面尺寸在10 m2~50 m2的隧道；

2）近距离隧道是指两隧道间距在一倍开挖宽度（或直径）的

范围内；

3 ）隧道深埋、浅埋和超浅埋的划分根据施工工法、围岩等级、

隧道覆土厚度及开挖宽度（或直径），结合本工程经验综合

确定。

2、根据周边环境发生变形或破坏的可能性和后果的严重程度，

采用工程风险评估的方法确定周边环境风险等级如下表：

表3-4周边环境风险等级

条件复杂程度如下表：

表3-5地质条件复杂程度

向中等、简单推定，以最先满足的为准

4、工程监测等级如下表划分：

表3-6工程监测等级

四、监测点布设

4.1支护结构和周围岩土体监测点布点原则：

1、监测点布设位置和数量应根据施工工法、工程监测等级、地

质条件及监测方法的要求等综合确定，并应满足反应监测对象实际

状态、位移、和内力变化规律，及分析监测对象安全状态的要求。

2、支护结构监测应在支护结构设计计算的位移及内力最大部位、位移及内力变化最大部位及反映工程安全状态的关键部位等布设监

测点。

3、监测点布设时应设置监测断面，且监测断面的布设应反映监

测对象的变化规律，以及不同监测对象之间的内在变化规律。监测

断面的位置和数量宜根据工程条件及规模进行确认。

4.2应布设监测点的施工工法：

1、明挖法：由地面开挖岩土修筑基坑的施工方法；

2、盖挖法：由地面开挖岩土修筑结构顶板及其竖向支撑结构，

然后在顶板下面开挖沿途装修筑结构的施工方法，包括盖挖顺筑法

和盖挖逆筑法。

3、盾构法：在岩土体内采用盾构开挖岩土修筑隧道的施工方法。

4、矿山法：在岩土体内采用人工、机械或钻眼爆破等开挖岩土

修筑隧道的施工方法。

五、监测方法

1、水平位移监测（使用全站仪进行监测），围护墙（桩），立柱结构等的水平位移。

2、竖向位移监测（使用水准仪进行监测），建筑物、地表、管线及围护结构等的沉降。

3、深层水平位移监测（使用测斜仪进行监测），围护墙（桩）的变形。

4、地下水位监测（使用水位计进行监测），包括基坑内外地下水位，承压水等。

5、结构应力监测（使用轴力计进行监测），包括混凝土支撑、钢支撑、临时支撑、地连墙、冠梁以及锚索拉力等。

6、现场巡查。

六、地铁施工监测的案例分析

结合北方某车站作为地铁监测的案例分析

6.1 车站概况

北方车站为地下二层岛式车站，站台宽度11m，车站内包尺寸

为139m（长）×18.3m（宽），底板埋深约为17.6m，顶板覆土厚约3.1m，本站共设置3个出入口和3组风井。

本站围护结构采用800mm厚地下墙作为挡土结构兼作止水帷幕，竖向设置4道支撑（部分为3道钢筋砼支撑），第一道钢筋砼

支撑，第二、三、四道支撑为φ609钢支撑；设置临时竖向支撑。

地下一层出入口、风道等附属结构基坑深约为10m，采用明挖顺作法施工，围护结构采用600mm厚地下墙，1号出入口、2号出入口、3号出入口、2号风亭及3号风亭及竖向设置两道钢支撑，1

号风亭竖向设置一道砼支撑及一道钢支撑。

6.2 车站特点

1）车站所处场地地貌单元为漫滩区，地下水位较高且水量较大，上层土质主要为细沙，自稳性差，基坑围护结构承受的水土荷载较大；故基坑在开挖及拆除支撑的过程中风险较大，可能导致基坑失稳、

围护结构变形过大甚至破坏。

2）车站周边有多栋I级风险源建筑物和文物保护建筑，而且地下管线密集，很多建筑物距离基坑3-4m，筏片基础，埋深不足5米，

土方开挖对建筑物影响甚大。

6.3 监测项目

表6-1仪器监测的对象、项目、及仪器精度表

6.4 监测点布设示意图

图6-2 水平位移监测工作基点实景图

图6-3混凝土、钻混建筑物沉降点埋设形式图(单位：mm)

图6-4预埋套筒安放棱镜后实景

图6-5 地表基准标志埋设形式图（单位：mm）

图6-6 测斜管绑扎及入孔现场图

图6-7北方仪器厂生产的RQBF-3A型测斜仪

图6-8砼支撑钢筋计安装图

图6-9 支撑轴力埋设实景图

图6-10倾斜监测点埋设示意图

6.5 监测控制标准

监测项目的控制标准根据设计给定、规范要求及经验确定，具体数值如下表：

表6-2监测控制标准

6.6 监测预警管理标准

现场监测成果按黄色、橙色和红色三级警戒状态进行管理和控制，根据现场监测项目测点变形量及变形速率情况判断，具体内容见表8.1-1。

表6-3预警管理标准

6.7 预警的确定

1、施工单位、监理单位、第三方监测单位任何一方在开展监测工作时，若发现结构、周边环境不安全，相关指标达到报警值，应及时

上报，并判定报警等级。

2、施工过程中，当判断可能出现或出现报警状态时，施工单位、监理单位、第三方监测单位等相关单位，在信息报送的同时，应对监

测数据进行合理分析预测，增大监测、巡视频率，并及时采取处理

措施，避免风险扩大。

6.8 巡视综合预警

在地铁施工过程中应对明挖基坑、暗挖车站、盾构法隧道及其周边影响范围内的环境进行巡视。周边环境主要有建（构）筑物、桥梁、地下管线、既有线（铁路）、道路、水系等。当出现以下情况时，立即进行巡视综合预警。

（1）建（构）筑物开裂、剥落，地下室渗水。

（2）桥梁梁体开裂、剥落。

（3）既有线（铁路）结构开裂、剥落，道床结构开裂，变形缝开合、错台。

（4）道路地面开裂、沉陷、隆起，地面冒浆/泡沫。

（5）地下管线管体或接口破损、渗漏，检查井等附属设施开裂及进水。

（6）水面出现漩涡、气泡，堤坡开裂。

6.9 预警的处理

（1）黄色监测预警：施工单位应加强组织分析，监理单位主持并组织风险处理会议，总监理工程师、施工单位项目经理、技术负责人、第三方监测负责人、设计单位专业负责人共同参加风险处理方案的

制定，并对处理过程进行监督、管理。

（2）橙色监测预警：建设单位现场负责人（业主代表）应组织五方会议，施工单位，监理单位、第三方监测单位、设计单位项目负责人、建设单位相关人员并邀请地铁集团相关人员参及风险处理方案

的制定，并进行处理过程的监督管理。

（3）红色监测预警：由中电哈轨公司组织专题会议，施工单位、监理单位、第三方监测单位、设计单位项目负责人、电科哈轨及地铁

公司相关部门领导参加，共同研究制定风险处理方案，并在处理过

程进行监督管理，加强监控跟踪，必要时施工单位应组织专家论证。（4）巡视综合预警：施工单位应启动应急预案，立即采取相应措施。同时，监理单位、设计单位、第三方监测单位、地铁公司相关负责

人应赶赴现场，召开处理措施制定会议，制定风险处理方案，并对

处理过程进行监督管理。

6.10 监测信息报送流程

监测信息反馈包括多个环节，从监测数据采集、监测数据的处理到

监测成果的及时传达，进而迅速采取措施等。本项目监测信息反馈

流程图见9.1-1：

图6-11 信息化监测和成果反馈流程

6.11 监测信息报送形式

监测信息报送形式有预警快报、日报、周报、月报、总结等方式。报送内容如下：

（1）施工概况及施工进度；

（2）监测工作实施情况；

（3）监测项目及监测数据汇总；

（4）监测结果分析；

（5）安全状态评价及建议；

（6）提供以下图表：

①各项监测成果表；

②现场安全巡视情况；

③典型测点的时程曲线图；

④围护结构测斜监测提供测斜孔沿深度方向的水平位移累计值曲线图；

⑤结合工程实际情况提供其它分析图表（如等沉降值线图、测点的变化值随施工进展（或受力变化）变化曲线等；

⑥沉降断面图（典型大断面）；

⑦监测测点布置图。

6.12 监测成果（监测时程曲线图）

图6-12部分监测项目监测成果时程曲线图

七、地铁监测新技术的应用

7.1 自动化监测

从目前已开挖车站周边的建筑物监测主要内容来看，目前我们通过周期性采用的水准仪观测建筑物各测点部位的相对沉降，再通过距离计算测点间的沉降差从而得到建筑物的倾斜量（挠度值），并结合日常巡视检查以得到建筑物的安全状态评价。若实施自动化监测，其有以下几个优点：

1、监测类别全且时效性高

从建筑物已布设的水准测点连续7个月的观测数据来看，近20

个测点已发生了5-7mm的累计沉降。由于该部位建筑人员密度大，且距离基坑较大，若遇到突发状况若未及时测控将造成极大的安全

隐患。

对于监测工作来讲，数据的频次、类别、精度、反馈效率是监测效果的直接考量。本方案通过埋设的各类仪器，可直接获取建筑物

沉降、倾斜、位移、挠曲等数据。因为设备精度均为仪器量程的

0.01%，所以细微的变化都会得到直观的反馈。同时，常规监测依

赖人为因素，工作效率低，难以实时反映建筑物的异常变形情况，

而自动化系统可实现24小时自动观测，自动实时传输，反馈更加

及时迅捷。

2、针对性强

地铁沿线风险建筑多，部分还是古文物建筑。鉴于此类状况，我们选取对结构基本无破坏的仪器设备（例如：SAA系统，GNSS系统）对建筑进行监测。即保证了文物建筑不受其他施工破坏，又可

通过技术手段对其进行有效监控。对于一般民用建筑物（构筑物），我们选择在其外部布设高精度静力水准仪、梁式倾斜仪、倾角计、

测缝计等观测仪器，精准、直观的测定观测物本身荷载变化及受外

力作用下的变形发展情况。

3、可操控性好

系统建成后，各建筑物动态数据可实现远程调阅；主体结构埋入式仪器升级后可并入该系统，从而实现整体监控。另一方面，自动

化监测系统做为一个全面的信息管理平台，在建设期间可以发挥其

高效、及时、全面的特点，及时的发现问题，了解建筑物的安全状况。便于工程技术人员针对性的分析相关数据后，结合工程实际情

况及时采取措施，确保工程安全顺利的推进。

4、系统适用性强

自动化监测系统可全天候作业，在大风、大雨、大雾、低温等极度恶劣气候条件下也能真正实现连续实时观测。特别在监测对象发

生险情、人工监测已不具备安全作业条件的情况下，自动化监测系

统仍然可为应急加固、抢险等提供实时的监控数据，为应急加固、

抢险方案的制定提供数据支持。

5、本工程需要

依照设计文件、图纸、风险建筑类别等资料经现场逐一排查发现：哈尔滨地铁二号线列出的风险建筑大都毗邻围护结构、盾构吊出（入）井等施工主体结构周边，且距离较近，部分建筑位于盾构区

间正下、斜下方位置。在主体结构施工，旋喷桩加固、施工降水、

区间盾构等作业时将对建筑造成必然的扰动。此外，经排查，大部

分风险建筑地基基础、结构缝位置已出现明显裂缝、错动，建筑物

基础地下室窘湿、渗水情况普遍。为保证建设项目安全顺利的实施，对风险建筑实施高精度、全天候、不间断的监测是必要的。

7.2 自动化监测选用的仪器

1、高精度GNSS接收机

系列GNSS连续运行参考站系统，该系统率先实现北斗二代导航定位系统(BD)、GPS双系统的信号接收，配合中心软件可实现数据的分析及处理。

主要特点及优势

进安全可靠的北斗系统

双星系统联合解算

同时支持BD/GPS卫星信号接收，拥有196个卫星通道

配套独有的上位机系统软件，支持WinXP、Win7

配套RINEX 2.1和3.0 标准数据格式转换