城市地下工程监测与信息反馈技术
120页1、地下工程监测与信息反馈技术,中铁隧道集团有限公司 刘招伟,一.地下工程主要特点与施工方法 二.施工监测的意义与的目 三.主要监测项目 四.控制基准的确定 五.施工监测组织与实施 六.主要监测项目实施方法 七. 信息反馈技术 八. 控制过大变形的工程技术措施 九.现代化自动监测内容 十.监测工程实例,主要内容,一、地下工程主要特点与施工方法,1.(城市)地下工程的主要特点 地质条件差(多为软弱围岩、软弱不均、地下水) 周边环境复杂 (建筑物、地下管线等) 结构埋深浅、与临近结构相互影响 荷载的不确定性 围岩和结构的稳定性难于判断,2.地下工程的主要施工方法 随着施工技术的不断进步和发展,地下工程开的施工方法越来越丰富,根据地质条件、周边环境条件、机械设备配备等情况,城市地下工程施工方法一般可分为三大类,即:明挖、暗挖及沉管法。,二、施工监测的意义与目的,1.监测的意义 在岩土中修建地下工程,由于对结构设计的合理性进行理论分析牵涉问题很多,比较困难,其主要原因是: (1)岩土的复杂性, (2)施工方法难以模拟性, (3)围岩与支护(围护)结构相互作用的复杂性。 (4)周边环境的复杂性 因此
2、有必要进行信息化施工(反分析法),通过施工过程中对围岩、支护结构及周边建(构)筑物的位移和应力监测,并及时反馈到设计与施工中去,优化设计参数及施工方法,以确保地下工程施工和周围建(构)筑物的安全。作为信息化施工的最基础工作,监测工作非常重要。,2.地下工程监测的主要目的 了解地层在施工过程中的动态变化,明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节。 了解支护结构及周边建(构)筑物的变形及受力状况,并对其安全稳定性进行评价。 了解施工方法的实际效果,并对其进行适用性评价。及时反馈信息,调整相应的开挖、支护参数; 收集数据,为以后的工程设计、施工及规范修改订提供参考和积累经验。,3、监测工作现状、存在的问题及解决办法,1)现状 (1)各建设、施工单位水平对监测工作的认识不统一,造成对其认识不同; (2)施工单位对监测与信息反馈工作的实施方法不同,效果不同。 2)存在的问题 (1)未把监测与信息反馈作为工序编入施工组织设计,有的虽然作为工序编 入,但实施不规范,不彻底,应用效果较差; (2)实施过程中缺少专业技术人员,特别是信息反馈方面的人员,很少能结合施工情况,对监测信息进行有效分
3、析,未能对工程设计和施工起指导作用; (3)缺乏周边环境的安全评估标准及监测控制基准; 3)解决办法 (1)就地下工程施工对周围环境影响的评估程序、评估方法以及控制基准进行研究; (2)在规范施工方监测的基础上,引入第三方监测(都必须具备监测资质),对促进监测技术健康发展具有积极意义。,4、监测与信息反馈的内容,监测项目的确定 监测方法、仪器 监测的实施 监测结果的应用(数据处理、控制基准、安全评价等) 反馈的内容(优化设计、施工方法,控制措施) 反馈程序,三 、主要监测项目,1.监测项目分类 (1)从考虑地下工程结构稳定及施工对环境影响出发,地下监测项目可以分成三类: 第一类是支护结构的变形和应力、应变监测(判断地下工程本身的稳定性); 第二类是支护结构与周围地层(围岩与结构)相互作用监测(确定作用在支护结构上的荷载); 第三类是与结构相邻的周边环境的位移监测(判断施工对周边环境的安全稳定性)。 (2)根据监测项目对工程的重要程度可分为“必测项目(A)”和“选测项目(B)”两类。 必测项目(A)是确保施工安全必须进行的位移监测项目; 选测项目(B)一般是配合科研项目进行的应力、应变等
4、监测项目。 地下工程施工多数采用浅埋暗挖法、明挖法、盾构法这三类方法,其监测内容见下表。,浅埋暗挖法施工主要监测项目,盾构法工程主要监测项目,明挖法施工主要监测项目 ( -必测 -选测),四、 监测控制基准的确定,1.控制基准确定原则 (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、监测等相关部门共同确定,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; (3)有关环境保护的控制基准值,应考虑被保护对象(如建筑物、地下工程、管线等)主管部门所提出的确保其安全和正常使用的要求; (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)对一些目前尚未明确规定控制基准值的监测项目,可参照国内外类似工程的监测资料确定; 在监测实施过程中,当某一监测值未超过控制基准值而出现险情时,除及时报警外,还应与有关部门共同研究分析,及时调整控制基准值。,2.地表沉降控制基准确定方法 通常地表沉降控制基准
5、值应综合考虑地表建筑物、地下管线及地层和结构稳定等因素,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)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,是判断建筑物是否安全的一个重要标准,根据实际经验总结地层差异沉降与建筑物的反应见右表。,地表建筑物基础位于沉降槽一侧 如右图所示,一般来说,浅埋地下工程施工时,在其两侧存在着潜在的破裂面,如果破裂面与地表交点位于建筑内,则应考虑不均匀沉降对建筑物的影响。假设破裂面与地表的交点为地表建筑物沉降的不动点,则有: 式中,H-工程覆土厚度,h1-开挖高度,D为开挖直径,A-受影响的横截面宽度。不均匀沉降由Peck公式求得:,如果令u等于建筑物的最大允许地表沉降值,而i通常位于边墙所在的铅垂线上(iD/2),则最大允许地表沉降值为: 即与L1对应的点为建筑物由于地表沉降而倾斜的最大斜率点,由Peek公式推导的该点的倾斜率计算公式为: 令u为建筑物的容许倾斜则得到的最大允许地表沉降值为:,地表建筑物基础位于沉降槽中间 建筑物相邻柱基L小于(等于)沉降槽拐点位置i 由沉降槽曲线可知,在拐
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