地鐵培訓——盾構隧道監(jiān)控量測技術-共19頁PPT課件

1、隧道監(jiān)控量測技術2015.07.20第一部分 監(jiān)控量測的目的及意義第二部分 監(jiān)控量測相關規(guī)范及要求第三部分 監(jiān)控量測具體措施及頻率 （1）地面監(jiān)測 （2）地表建/構筑物與地下管線沉降觀測 （3）隧道隆陷及隧道收斂 （4）特殊管線監(jiān)測點的設置第四部分 盾構通過既有線的自動監(jiān)測技術第五部分 目前國內導向系統(tǒng)的分類第六部分 簡析盾構施工測量系統(tǒng)誤差因素第七部分 如何避免盾構施工測量系統(tǒng)誤差的措施第八部分 盾構隧道施工監(jiān)控測量技術的前景隧道施工監(jiān)控量測技術第一部分 監(jiān)控量測的目的及意義 監(jiān)控量測的目的：是預測在施工過程中對地層的不同擾動程度，地層中的應力擾動區(qū)延伸及擴散，有可能引起地表、附近重要或高大

2、建筑物產(chǎn)生沉降、隆起或傾斜，根據(jù)地表監(jiān)測成果及時反饋信息指導和控制施工。同時為隧道在掘進過程中正確調整技術參數(shù)提供信息，優(yōu)化設計及施工參數(shù)，使隧道施工時達到優(yōu)質、安全、經(jīng)濟合理、施工快捷的目的。 監(jiān)控量測的意義是：使工程施工在可靠狀態(tài)，滿足設計及施工要求，使工施工過程中的地表允許隆陷值（10/-30mm），建筑物的不均勻沉降應小于有關規(guī)范的規(guī)定值。 第二部分 相關規(guī)范及要求 施工過程中所有使用的儀器均應該滿足設計及施工要求進行配置。 按照地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范（GB50308-2019）對變形監(jiān)測的要求，采用變形測量二等水準測量，高程中誤差1.0mm，相鄰點高差中誤差0.5mm，環(huán)線閉

3、合差0.6N1/2mm（注：變形點的高程中誤差和點位中誤差是對最近變形控制點而言，N為測站數(shù)）。 監(jiān)測儀器要求：必須使用精密水準儀和銦鋼尺，儀器精度不得大于0.1mm。在測量過程中，視距60m，前后視距差1.0m，前后視距累計差3.0m，當視線長度為20m以上時，視線高度0.5m，當視線長度為20m以下時，視線高度0.3m。 a.基點埋設 首先要進行基點的埋設，基點應埋設在隧道地表沉降影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內，埋設在視野開闊的地方以利于觀測，同時應埋設多個基點（不得少于3個），以便基點互相校核?；c的埋設要牢固可靠，不易損壞，基點應和附近水準點聯(lián)測取得原始高程。b.測點埋設 根據(jù)施工段的圍巖條

4、件和周圍建筑物情況來布置測點。一般地段，沿施工影響范圍的中線方向每隔5米布設一個測點，每隔一定距離布設一個監(jiān)測橫斷面。橫斷面方向測點間隔，一般為58米。 地面沉降測量應在施工影響開挖面附近，每天進行及每周進行后期的沉降觀測，直到沉降穩(wěn)定。當觀測值變化較大時或應監(jiān)理工程師要求應增加觀測頻率。具體如下表所示。(1).地表監(jiān)測第三部分 監(jiān)測具體措施及頻率監(jiān)測項目及頻率表a.建筑物監(jiān)測 對在施工影響范圍內的建/構筑物布置測點，測點一般布置在建筑物的四角或其它結構物周圍基礎上，對于大型建/構筑物的監(jiān)測點加密布置。 根據(jù)建筑物情況及重要程度，在每棟建筑物上面至少每一個角設置一個觀測點，以測量其位移、傾斜等

5、。對于重要建筑物應采用自動記錄儀和警報裝置進行監(jiān)測控制。b.地下管線監(jiān)測 在施工影響范圍內的地下管線沿長度方向每5m布施一個監(jiān)測點。其余各項參照“地面建筑物監(jiān)測”條款執(zhí)行。監(jiān)測方法與地面監(jiān)測相同。c.施測方法及控制 建筑物變形測量應在施工開挖面附近每天進行及每周進行后期觀測直到沉降穩(wěn)定，當觀測值變化較大時或應監(jiān)理工程師要求應增加觀測頻率。(2).地表建/構筑物與地下管線沉降觀測 隧道掘進過程中，由于推力、注漿、隧道線形等影響，隧道管片產(chǎn)生不同程度的位移，因此必須對隧道管片隆陷、隧道收斂等情況進行嚴格的監(jiān)測和控制。1)隧道隆陷量測 方法與地表沉降量測方法相同。在始發(fā)掘進、正常掘進過程中定期進行數(shù)

6、據(jù)回歸分析：未脫出盾尾脫出盾尾后備套內脫出后備套范圍的一整套監(jiān)測變形數(shù)據(jù)分析。2)隧道收斂量測 采用收斂計進行隧道收斂監(jiān)測。及時做出時間收斂值及開挖面距離位移散點圖，對各量測斷面內的測線進行回歸分析，并用收斂量測結果判斷隧道的穩(wěn)定性。如果收斂值過大，應對周圍巖體或土體進行加固處理；改變開挖方法或修改掘進參數(shù)。(3).隧道隆陷及隧道收斂 施工影響范圍內的所有管線監(jiān)測嚴格按“地面建筑物監(jiān)測”有關條款執(zhí)行。 當?shù)叵鹿芫€密集地段時，監(jiān)測測點布置根據(jù)地下管線與隧道的相對位置關系確定。一般情況下按照地下管線長度方向每5米布施一個監(jiān)測點，監(jiān)測點將布置在管線垂直正上方。針對較為特殊的管線根據(jù)設計及業(yè)主的要求進

7、行，條件允許的情況下可將管線挖出實施直接觀測，同時對較為危險的管線實施提前加固處理觀測其變形規(guī)律。(4). 特殊管線監(jiān)測點的設置a.監(jiān)測儀器設備及監(jiān)測精度的要求 以徠卡全站儀TCA2019（精度：0.5”,1mm+1ppm）為采集設備，配合相應的通訊及后處理軟件，以實現(xiàn)自動化監(jiān)測。b.監(jiān)測周期及頻率 對地鐵運營線路的自動化監(jiān)測一般情況下1次/6小時，當施工影響較大或出現(xiàn)變形征兆時進行連續(xù)監(jiān)測（1次/1小時）。c.監(jiān)測項目警戒值 根據(jù)營運線路的變形監(jiān)測情況其項目主要有水平位移和沉降監(jiān)測，沉降的警戒值一般為615mm（根據(jù)運營單位要求以及設計計算定）。第四部分 通過既有線的自動監(jiān)測技術d.監(jiān)測斷面

8、布置及監(jiān)測斷面內監(jiān)測點布置 變形監(jiān)測點按監(jiān)測要求進行斷面布設，每個斷面在軌道附近的道床上布設兩個沉降監(jiān)測點，中腰位置布設兩個水平位移監(jiān)測點，隧道拱頂布設一個拱頂沉降監(jiān)測點，即每個監(jiān)測斷面布設5個監(jiān)測點。各觀測點用連接件配小規(guī)格反射棱鏡，用膨脹螺絲及云石膠錨固于監(jiān)測位置的側壁及道床的混凝土中，棱鏡反射面指向工作基點，各觀測點位的布設見點位布設圖。布設監(jiān)測點應嚴格注意避免設備侵入限界，可以將監(jiān)測點布設在圖中位置。e.監(jiān)測方法 自動監(jiān)測目前采用徠卡Geomos軟件進行自動變形監(jiān)測較多，該系統(tǒng)由瑞士Leica公司開發(fā)用于自動型TCA系列的全站儀的自動監(jiān)測，具有自動控制及變形數(shù)據(jù)分析功能，是目前該方面最

9、先進的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將自動完成測量周期、實時評價測量成果、實時顯示變形趨勢等智能化的功能合為一體，是進行自動變形監(jiān)測的理想系統(tǒng)。自動監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成圖（單線） 1) 在無人值守的情況下，可以實現(xiàn)全天 24小時自動監(jiān)測。列車運行時，系統(tǒng)也可以自動進行監(jiān)測 , 克服了傳統(tǒng)測量方法的不足 ,節(jié)約了大量的人力 , 為地鐵提供了實時的安全運營保障。 2)建立高精度的基準點，采用實時差分式測量方案，可以最大限度地消除或減弱多種誤差因素，從而大幅度地提高測量結果的精度。變形監(jiān)測點位三維精度優(yōu)于1 毫米。 3) 簡化了氣象等附加設備，為系統(tǒng)在計算機控制下實現(xiàn)全自動、高可靠的變形監(jiān)測，創(chuàng)造了有利條件。 4)

10、實時進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出及提供圖形等。 5) 遠程監(jiān)控，自動報警。 6) 在短時間內同時求得被測點位的三維坐標, 可根據(jù)設計方案的要求作全方位的預報。 將TCA自動化全站儀安置在隧道側壁的強制對中托盤架上，現(xiàn)場通過變壓穩(wěn)壓設備對其進行不間斷供電，保證對其本身的長效供電電池充電，全站儀數(shù)據(jù)通過CDMA（或其他網(wǎng)絡商）模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心（辦公室），同時將監(jiān)測指令傳輸?shù)讲杉O備（全站儀），實現(xiàn)遠程自動的變形監(jiān)測。自動監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點 TBM 激光導向系統(tǒng)具有施工數(shù)據(jù)采集功能、 姿態(tài)管理功能、施工數(shù)據(jù)管理功能以及施工數(shù)據(jù)實時遠傳功能, 可實現(xiàn)信息化施工。其中, 激光導向技術的應用, 可以準確

11、地控制TBM 沿著設計的隧洞軸線方向掘進。激光導向系統(tǒng)能自動精確測定IBM 的三維空間位置和掘進方向, 它還給出TBM 偏離設計中線的所有必要的導向信息, 計算機屏幕可顯示 。總體可分為四種：PPS導向系統(tǒng) 、TACS隧道導航系統(tǒng) 、SLS-T隧道導向系統(tǒng) 、ZED隧道導向系統(tǒng) 。 無論是 NFM、Robbins公司采用的pps系統(tǒng)，海瑞克采用的VMT SLS-T APD系統(tǒng)，羅威特TACS隧道導航系統(tǒng)，ZED隧道導向系統(tǒng)的精度等級一般為2，地鐵區(qū)間長度一般在1000M左右時，廠家推薦的精度等級完全能夠滿足掘進需要；但大型TBM項目的掘進距離一般在數(shù)公里至十幾公里，因此對導向系統(tǒng)的精度等級要求

12、也相對較高，可根據(jù)項目的要求及規(guī)范要求進行配置即可，但必須建立健全多級復核制度。第五部分 目前國內施工導向控制系統(tǒng)的簡介 根據(jù)實踐經(jīng)驗, 我們將影響系統(tǒng)導向的因素分為人為因素、系統(tǒng)本身的因素和其他因素。a、人為因素 測量人員或者操作人員沒有完全有效地掌握激光導向系統(tǒng)的導向原理、操作規(guī)程等引起導向偏移; 操作人員粗心大意, 沒有密切觀察操作臺上的系統(tǒng)計算機屏幕, 致使隧道掘進的實際中線位置偏移了設計中線位置; 技術人員未經(jīng)常檢測系統(tǒng)各部件的安裝是否牢固, 位置是否正確致使導向錯誤; 由于其他原因沒有及時按照激光導向系統(tǒng)的要求向前移動后視棱鏡或者沒有將后視棱鏡的安裝位置選好等原因造成導向失敗。b、

13、系統(tǒng)本身的因素 沒有任何一款無誤差的儀器, 由于儀器本身精度( 系統(tǒng)各個元器件的測量誤差、設備安裝誤差等) 的限制會導致導向本身產(chǎn)生誤差; 由于電磁干擾或折光影響使得激光導向系統(tǒng)和控制測量測角產(chǎn)生誤差; 由于機器行進過程中產(chǎn)生震動對計算機系統(tǒng)產(chǎn)生影響; 由于傳輸電纜的各端接口設計和制造標準不完全統(tǒng)一造成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)不穩(wěn)定; 由于電力供應系統(tǒng)不完善或設計不合理造成系統(tǒng)不穩(wěn)定等。c、其他因素 原始數(shù)據(jù)的精確測量、隧道內粉塵密度的大小、洞內濕度、溫度的高低、流動人員有意或無意對硬件進行的破壞等都是影響隧洞正確掘進的因素。第六部分 簡析施工測量系統(tǒng)誤差因素 針對施工測量技術相關影響因素，可采取以下的措

14、施來提高施工導向系統(tǒng)的測量精度。 （1）建立完善的施工測量制度, 測量人員與 操作人員要掌握激光導向系統(tǒng)的組成、原理和性能, 嚴格操作規(guī)程。 （2）測量人員與操作人員要定期對儀器各部件進行檢查, 如果發(fā)現(xiàn)突然異常, 要盡快找出發(fā)生異常的原因, 排除故障, 確保掘進方向準確無誤。 （3）要定期對測量儀器的設站點、定向點坐標、后視棱鏡坐標進行人工檢測。 （4）在隧道掘進過程的間隙, 及時進行 控制測量, 以檢核、修正激光導向系統(tǒng)的有關參數(shù)。 （5）最好為系統(tǒng)計算機配備一個獨立的電力系統(tǒng), 當動力電源系統(tǒng)因故障突然停電時, 該獨立電力系統(tǒng)能自動提供電力, 確保工業(yè)用計算機正常運行, 防止造成數(shù)據(jù)丟失

15、并將測得的數(shù)據(jù)處理完畢, 加以妥善保存。第七部分 如何避免施工測量誤差的措施 隨著隧道施工技術逐漸走向成熟化，隧道施工監(jiān)控量測技術也在不斷的提高，高精密的測量儀器及設備不斷誕生，隧道施工自動導向系統(tǒng)在機械化隧道施工中起著指導掘進方向的重要作用。不同制造廠商生產(chǎn)的激光導向系統(tǒng)可能在各單元的元器件上有所不同，不管它們在結構組成中有多么不同，但其基本原理是相同的。 自動導向系統(tǒng)的應用使得隧道采用TBM 法施工極大地提高了準確性、可靠性和自動化程度。全面了解激光導向系統(tǒng)的原理, 有助于工程技術人員在隧道的施工中及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，保證隧道的正確掘進和最后貫通；有助于國產(chǎn)掘進機研制工作的開展。自動導向系統(tǒng)不僅使TBM 掘進機高速推進成為可能