浅谈古运河枢纽工程浅埋暗挖法环境监测和原型

　　摘要：浅埋暗挖法施工时环境监测和原型监测方案布置直接影响着工程安全，通过对暗挖结构和周围环境的监控，掌握围岩和支护的动态，确保了施工安全。
　　关键词：监测 测点 控制
　　1 工程概述
　　南水北调中线京石段应急供水工程古运河枢纽古运河枢纽穿石太高速公路暗挖段，起点桩号为(237+442.6)″,终点桩号为(237+522.6)″，本工程为三孔一联钢筋混凝土拱涵，长80m，结构净空为6.6×8.2m(宽×高),主要工作内容是土方洞挖25813.2m3,初期支护混凝土3300m3,衬砌模注混凝土C30W6F150(二级配)9202.4 m3 ,钢筋制安1031.9t(不包括初期支护钢筋用量)。
　　2监测目的
　　通过对暗挖结构和周围环境的监控，掌握围岩和支护的动态，在对量测数据的分析处理和必要的计算和判断后，于设计和施工，确保施工安全以及石太高速公路的正常使用。
　　3监测方案设计
　　3.1监测方案设计原则
　　3.1.1本工程监测方案以安全检测为目的，根据施工步序、地段和参数等确定监测项目、监测仪器及精度、测点布置等项目，监测频率及变形速率为主要的报警值，针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。
　　3.1.2本工程项目监测点的布置应能够全面地反映监测对象的工作状态。
　　3.1.3采用先进的仪器、设备和监测技术，如计算机技术等。
　　3.1.4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。
　　3.2测点布设原则
　　3.2.1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。
　　3.2.2为验证设计数据而设的测点布置在设计中特征位置和特征断面上，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。
　　3.2.3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。
　　3.2.4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。
　　3.2.5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。
　　3.2.6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。
　　3.2.7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。
　　3.3监测内容
　　根据设计要求对洞身初期支护、二衬结构及其受施工影响的周围环境。监测的项目以位移监测为主，同时辅以应力、应变监测，各种监测数据应相互印证，确保监测结果的可靠。
　　3.3.1建筑物的原型监测
　　对于本工程明挖施做的引水建筑物要根据施工图纸的要求进行监测，指导施工，确保结构和施工的安全。原型监测工作内容包括观测仪器设备的采购、运输、验收和保管，仪器安装前的率定、安装埋设和维护，施工期间观测资料的整编、观测仪器设备和观测资料的移交。
　　(1)测仪器设备的安装和埋设
　　①严格按照施工图纸和制造厂使用说明书的要求，进行仪器设备的安装和埋设。
　　②仪器埋设中使用经过批准的编码系统，对各种仪器设备、电缆、观测剖面、控制坐标等进行统一编号，每支仪器均建立档案卡。
　　③施工中不慎造成观测仪器设备的损坏，作好详细记录。
　　(2)施工期观测及观测资料的整编
　　①施工期观测
　　a.仪器设备安装完成后及时记录初始数据，并按监理批准的观察规程进行施工期观测。
　　b.在施工观测期间，按期向监理提交观测资料。
　　c.施工期间，除了按照施工图纸和监理的要求进行观测外，同时派专人对工程建筑进行巡视检查，并作好记录。若发现工程建筑物出现异常情况时，增加观测仪器的测读次数，并及时报监理。
　　②观测资料的整编
　　a.按照发包人和监理机构批准的格式将各项仪器的有关参数、仪器安装埋设后的初始读数和全部仪器设备档案卡等整编成册。
　　b.在施工期间及时整理分析全部观测资料，绘制测值变化过程线，并将观测成果分析报告报送监理。
　　c.根据监理要求和工程安全检查的需要，按SDJ336-89的规定，及时向监理报送工程建筑物监测报告。
　　3.4监测项目的实施
　　3.4.1地表及高速公路路面沉降
　　⑴监测仪器
　　NA2002全自动电子水准仪，玻璃钢瓦尺等。
　　⑵监测实施方法
　　①基点埋设：基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方;基点数量根据需要埋设，基点要牢固可靠。为了保证测量数据的可靠性，对基点要定期复测。
　　②沉降值计算：施工前，由基点通过水准测量测出沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn，则高差△H=Hn-H0即为沉降值。
　　⑶数据分析与处理
　　地表及路面沉降量测随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度、加速度曲线图。
　　3.4.2拱顶沉降监测
　　⑴仪器设备
　　NA2002全自动电子水准仪及钢尺等。
　　⑵监测实施方法
　　①基点埋设：基点埋设在受施工扰动范围以外的结构物上。
　　②测量方法：观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。首次观测应在初支混凝土喷射完成后及时进行，观测时，对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值。
　　③沉降值计算：由基点通过水准测量测出拱顶沉降点的初始高程H0，施工过程中测出的高程为H0，则高差△H=Hn-H0，即为沉降值。
　　⑶监测频率：开挖面距离量测面L〈10米时，1次/天;开挖面距离量测面10〈L〈20米时，1次/2天;开挖面距离量测面L〉20米时，1次/周。
　　⑷数据分析与处理
　　拱顶沉降监测随施工进度进行。根据开挖部位、步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度曲线图。
　　3.4.3净空水平收敛监测
　　⑴监测仪器
　　收敛仪等。
　　⑵监测实施方法
　　①监测频率：开挖面距离量测面L〈10米时，1次/天;开挖面距离量测面10〈L〈20米时，1次/2天;开挖面距离量测面L〉20米时，1次/周。
　　②监测要求：净空水平收敛在初支混凝土喷射完成后及时进行，4小时内取得初始值，最晚不得超过12小时。
　　⑶数据分析与处理
　　根据变形值绘制变形-时间曲线图和变形-随开挖距离的曲线变化图。
　　3.4.4底板隆起监测
　　⑴监测仪器
　　NA2002全自动电子水准仪，铟钢尺。
　　⑵监测实施方法
　　①基点埋设：基点埋设在受施工扰动范围以外的结构物上。
　　②测量方法：观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。首次观测应在初支混凝土喷射完成后及时进行，观测时，对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值。
　　⑶监测频率：开挖面距离量测面L〈10米时，1次/天;开挖面距离量测面10〈L〈20米时，1次/2天;开挖面距离量测面L〉20米时，1次/周。
　　⑷数据分析与处理
　　根据变形值绘制变形-时间曲线图和变形-随开挖距离的曲线变化图。
　　3.4.5钢筋应力监测
　　(1)仪器设备
　　钢筋计及钢弦式频率仪。
　　(2)监测实施方法
　　①测点布设：
　　②测试频率：在埋设初期1次/天;10天后1次/2天;1个月后1次/周。
　　⑶数据分析与处理
　　量测所得结构钢筋轴力的数值绘成轴力、应力变化曲线。
　　注意事项：安装时应注意尽可能使钢筋计处于不受力状态，特别不应处于受弯状态，将钢筋计的导线逐段捆在临近钢筋上，引到外露的测试匣中，喷砼或二衬混凝土施作后，检查钢筋计的电阻值和绝缘情况，做好引出线和测试匣的保护措施。
　　3.5施工监测控制标准
　　在信息化施工中，建立Ⅲ级管理标准，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。
　　Ⅲ级管理标准表

管理等级	管 理 位 移	施 工 状 态
Ⅲ	U0〈Un/3	可正常施工
Ⅱ	Un/3≤U0≤U n2/3	应注意，并加强监测
Ⅰ	U0〉Un2/3	应采取加强支护等措施

　　表中：U0—实测位移值，Un—允许位移值，Un的取值，也就是监测控制标准。根据国内暗挖施工经验、有关规范及招标文件和设计要求，提出控制标准见下表。
　　监控量测控制标准表

序号	监 测 项 目	控 制 标 准	依 据
1	地 表 沉 降	30mm	招标文件、设计要求及相应的规范、理论计算
2	拱 顶 下 沉	设计值
3	底 部 隆 起	设计值
4	暗挖结构水平收敛	30mm

　　根据上述的监测管理基准，可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率适当放大一些;在Ⅱ级管理阶段则注意加密监测次数;在Ⅰ级管理阶段则密切关注，加强监测，监测频率可达到1—2次/天或更多。
　　3.6监测资料的收集整理和信息反馈
　　3.6.1监控量测数据的分析与预测
　　(1)量测成果整理
　　每次量测后，将原始数据及时整理成正式记录，对每一个量测断面内每一种量测项目，均应进行以下资料整理：
　　1)原始记录表及实际测点布置图。
　　2)位移(应力)值随时间及随开挖面距离的变化图。
　　3)位移速度、位移(应力)加速度随时间以及随开挖面变化图。
　　(2)数据处理
　　在取得量测数据后，要及时进行整理，绘制位移或应力的时态变化曲线图，即时态散点图。
　　在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况。
　　我们常采用的回归函数有：
　　U=Alg(1+t)+B
　　U=t/(A+Bt)
　　U=Ae—B/t
　　U=A(e—Bt—e—Bt0)
　　U=Alg[(B+t)/(B+t0)]
　　本工程拟采用：U=Alg(1+t)+B
　　式中： U—变形值(或应力值)
　　A、B—回归系数
　　t、t0—测点的观测时间(day)
　　为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，每次监测必须有监测结果，及时上报监测日报表。
　　(3)监测资料的收集整理
　　1)根据提供的量测网点、量测数据资料、报警值要求，编制监控量测计划及测点布置平面图，经批准后实施。
　　2)编制量测意见报告，包括施测方法、操作规程、观测仪器、设备配备、计算方法、量测人员设置等。
　　4结语
　　古运河枢纽浅埋暗挖法施工项目通过以上监测方案的实施，使工程的各个关键部位均处于受控状态。
　　参考文献C[1]GB50299-1999,地下铁道工程施工及验收规范[S].

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文章名称： 浅谈古运河枢纽工程浅埋暗挖法环境监测和原型

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