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1、 畢業(yè)論文（設(shè)計）說明書 新建地鐵隧道下穿既有建筑、地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測工作研究 變形監(jiān)測工作研究 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 土木工程（建筑工程管理方向） 指導(dǎo)教師 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 2012年11月8日 學(xué) 號：201014682313001 華南理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 新建地鐵隧道下穿既有建筑、地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測工作研究 王伶俐 指導(dǎo)教師： 魏 琴

2、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 專業(yè)名稱：土木工程（建筑工程管理方向） 論文提交日期：2012.11.8 論文答辯日期： 論文評閱人： 目 錄 第一章 研究地鐵隧道下穿施

3、工監(jiān)測的意義 4 第二章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的風(fēng)險分析 4 第三章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測方法 11 第四章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測方法優(yōu)缺點分析 12 第五章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測結(jié)果的應(yīng)用 13 第一章 研究地鐵隧道下穿施工監(jiān)測的意義 隨道我國經(jīng)濟發(fā)展，各地城市修建地鐵已成為一項普遍性工程，多數(shù)城市地鐵修建設(shè)計中受周圍工程環(huán)境限制，地鐵隧道結(jié)構(gòu)需要穿越既有建筑物，既有鐵路、地鐵隧道，這種穿越性施工對于施工本身安全和被穿越的建

4、筑、隧道結(jié)構(gòu)均有較大的安全風(fēng)險，如何及時有效的監(jiān)控施工過程中既有建筑物、鐵路及地鐵隧道的安全，不影響各既有建筑物的安全，達到信息化施工與管理，保證施工安全順利進行是一項重要的工作；目前國內(nèi)在此方面的監(jiān)測手段、監(jiān)測方法及監(jiān)測結(jié)果的判斷分析上，各地之間、各項目之間水平不一，存在較大的差異，如果開展此項工作的調(diào)查研究、總結(jié)有效的、經(jīng)濟、安全的監(jiān)測方法及手段，對于后續(xù)類似的工程項目具有重要的指導(dǎo)意義。 第二章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的風(fēng)險分析 新建隧道在施工過程中，由于土方開挖、降水、土體壓縮等原因，可能造成既有建筑物傾斜、沉降、開裂等病害，輕微的影響美觀，較重的影響使用功能，更嚴(yán)重者影響建筑

5、物安全。如果新建隧道下穿既有地鐵隧道施工，受上述施工過程中的影響，可能造成既有地鐵隧道沉降、扭曲、滲漏水、進而影響地鐵軌道幾何尺寸，嚴(yán)重時直接危及行車安全。 一、新建隧道對既有建筑物的損壞風(fēng)險分析 地表的均勻沉降使建筑物產(chǎn)生整體下沉。一般說來，這種均勻沉降對于建筑物的穩(wěn)定性和使用條件并不會產(chǎn)生太大的影響，但是過量的地表下沉，即使是均勻的，也有可能從另一個方面帶來嚴(yán)重問題，如下沉量較大，地下水位又較淺時，會造成地面積水，不但影響建造物的使用，而且使地基土長期浸水，強度減低。 1、地表傾斜損害 雖然地層沉降本身對結(jié)構(gòu)物不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，但是地層不均勻的沉降所導(dǎo)致的地表傾斜改變了地面的原

6、始坡度，將可能對建筑物產(chǎn)生危害。地表傾斜對于高度大而底面積小的高聳建筑物的均勻荷重將改變成非均勻荷重，導(dǎo)致建造物結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化而引起破壞。對于普通樓房，即使不喪失穩(wěn)定性，過量傾斜會使建造物的使用條件惡化。某些大型精密設(shè)備在基礎(chǔ)傾斜后，必須另行調(diào)平，以保證設(shè)備正常使用。同時地表傾斜會改變排水系統(tǒng)和鐵路的坡度，造成污水倒灌和影響鐵路的運營。 2、地表曲率損害 由于曲率使得地表形成曲面，地表曲率對建筑物有較大的影響。在負(fù)曲率（地表相對下凹）的作用下，建筑物的中央部分懸空，使墻體產(chǎn)生正八字裂縫和水平裂縫。如果建筑物長度過大，則在中立作用下，建筑物的將會從底部斷裂，使建筑物破壞；在正曲率（地表相

7、對上凸）的作用下，建筑物的兩端將會部分懸空，使建筑物墻體產(chǎn)生倒八字裂縫，嚴(yán)重時會出現(xiàn)屋架或梁的端部從墻體或柱內(nèi)抽出，造成建筑物倒塌。 建筑物因地表彎曲而導(dǎo)致的損害時一種常見的開挖損害形式，這種損害與地基本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，更主要的與開挖引起的地表變形有關(guān)。因地表彎曲又不同，不同之處在于開挖引起的地基地彎曲時在開挖影響下自行彎曲，它是獨立于上部結(jié)構(gòu)所施加荷載的彎曲，在這種前提下，由于疊加建筑物自重的影響，便構(gòu)成了彎曲損害。 3、地表水平變形損害 地表水平變形有拉伸和壓縮兩種，它對建筑物的破壞作用很大，尤其是拉伸變形的影響，建筑物抵抗拉伸變形的能力遠(yuǎn)小于抵抗壓縮變形的能力，壓縮變形使墻體產(chǎn)生

8、水平裂縫，并使縱墻褶曲，屋頂鼓起。 由于建筑物對于地表拉伸變形非常敏感，位于地表拉伸區(qū)的建筑物，其基礎(chǔ)底面受有來自地基的外向摩擦力，基礎(chǔ)側(cè)面受有來自地基的外向水平推力的作用，而一般的建筑物抵抗拉伸作用的能力很小，不大的拉伸變形足以使建筑物開裂 地表壓縮變形對于其上部建筑物作用的方式也是通過地基對基礎(chǔ)側(cè)面的推力與底面摩擦力施加的，但力的方向與拉伸時相反。一般的建筑物對壓縮具有較大的抗力，即建筑物對壓縮作用不如拉伸作用敏感。但是如果壓縮變形過大，同樣可以對建筑物造成損害，而且，過量的壓縮作用將使建筑物發(fā)生擠碎性的破壞，其破壞程度可以比拉伸破壞更為嚴(yán)重，這種破壞往往集中在結(jié)構(gòu)薄弱處爆發(fā)。

9、例如夾在兩堅固建筑物之間的附加建筑物便有可能因地基的壓縮變形而導(dǎo)致嚴(yán)重破壞 地下水管及煤氣管對其軸向的地表水平變形也非常敏感。在拉伸變形作用下，可以造成管接頭漏氣，甚至街頭脫開；壓縮變形可以使接頭壓入而漏損，嚴(yán)重的可以壓壞接頭，甚至使管道產(chǎn)生裂縫。 地表水平拉伸與壓縮變形對道路也可以產(chǎn)生損害，如使路面開裂等。同時鐵路軌道可因拉伸而使接頭破壞，因壓縮而使軌線彎折。對于橋梁，橋梁的活動支座可能需要更多的補償位置，如果兩端固定，則可能使支座與橋墩連接處發(fā)生破壞。 二、新建隧道對既有隧道的影響分析 新建隧道從既有線隧道下方穿越施工，可能造成地鐵隧道滲漏水、開裂、隧道沉降、扭曲變形，、進而影

10、響地鐵軌道幾何尺寸，嚴(yán)重時直接危及行車安全。 1、下穿過程中造成既有隧道滲漏水 2、下穿過程中造成既有隧道裂損 3、下穿過程中造成既有線隧道沉降變形曲線 以深圳地鐵2號線下穿既有線4號線為例，該項目屬于深圳地鐵二號線東延線工程【福田站～市民中心站】盾構(gòu)區(qū)間隧道在YCK26+264.747～ YCK26+276.307段下穿運營中的地鐵四號線【市民中心站～會展中心站】區(qū)間礦山法隧道。該段隧道下穿地鐵四號線時線間距15.197m，位于曲線半徑R=700m平曲線上，并且左線27.435‰的坡，右線27.428‰的坡。區(qū)間地段線路左右線坡度基本一致，過四號線所處的地形起伏不大，地面高程8.5

11、m，隧道頂面埋深約19.58m，兩隧道結(jié)構(gòu)最小凈距為1.567 m。 深圳地鐵四號線是深圳市目前正在運營的地鐵線路，是深圳市主要交通線路。列車運行頻率高，人流量大，地鐵二號線東延線工程【福田站～市民中心站】區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，管片外徑6.0m，內(nèi)徑5.4m。 地鐵二號線東延線工程【福田站～市民中心站】區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)端距離四號線僅6.542m，四號線礦山法隧道設(shè)計有鎖腳錨管，長3.5m，受條件限制，市民中心站始發(fā)端頭僅能加固2.7m。為防止四號線隧道失水沉降，造成隧道受力增加，繼而影響運營， 2號線盾構(gòu)隧道與地鐵四號線縱向位置關(guān)系圖 根據(jù)監(jiān)測方案與現(xiàn)場實際情況，四號線會市區(qū)間隧道內(nèi)共布

12、監(jiān)測斷面13個，棱鏡監(jiān)測點86個，人工復(fù)測水準(zhǔn)點31個，收斂斷面2個，軌距與差異沉降斷面13個。應(yīng)變監(jiān)測斷面2個，應(yīng)變監(jiān)測點8個。監(jiān)測斷面及監(jiān)測點布置如圖1~圖3所示。 監(jiān)測斷面平面布置圖 隧道水平收斂與拱頂下沉監(jiān)測斷面布置圖（DM1～3，11～13斷面） 下穿過程中監(jiān)測既有線變形曲線圖（摘錄） 第三章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測方法 一、人工監(jiān)測 沉降監(jiān)測：采用水準(zhǔn)儀進行監(jiān)測，并執(zhí)行二等水準(zhǔn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)； 位移監(jiān)測：采用全站儀測量導(dǎo)線的方式進行； 二、測量機器人監(jiān)測 測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)由五部分組成：監(jiān)測站、控制計算機房、基準(zhǔn)點、變形點和測量機器人。監(jiān)測站：

13、根據(jù)現(xiàn)場條件，選擇自動變形監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測站。該站需建觀測墩，安置測量機器人，并保證有較好的通視條件?？刂朴嬎銠C房：控制計算機房一般選設(shè)在辦公區(qū)附近，有較好的供電等條件。機房內(nèi)的計算機通過通訊電纜或數(shù)據(jù)電臺和監(jiān)測站全站儀相聯(lián)。在控制機房能實時了解監(jiān)測站全站儀的運行情況。另外，通過埋設(shè)于機房與監(jiān)測站的專用電纜給全站儀供電并通訊。基準(zhǔn)點：在變形區(qū)以外，需建至少三個穩(wěn)定的基準(zhǔn)點。變形點：根據(jù)實際需要，在變形體上選擇若干變形監(jiān)測點，每個監(jiān)測點上安置有對準(zhǔn)監(jiān)測站的單棱鏡。數(shù)據(jù)采集結(jié)束，軟件即可進行網(wǎng)的平差處理，獲得控制網(wǎng)及監(jiān)測點的最終成果，并以各種直觀的圖形、報表輸出，從而輕松實現(xiàn)了從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)最終

14、成果輸出的內(nèi)外業(yè)一體化，極大地降低了測量人員的勞動強度，顯著地提高了測量的工作效率。該系統(tǒng)能自動評價測量成果、顯示變形趨勢，由數(shù)據(jù)庫完成本期觀測值與基準(zhǔn)值及上一期觀測值的對比分析后，輸出變形點成果表、位移量成果表、位移量圖和變化趨勢圖等。 三、靜力水準(zhǔn)、引張線儀監(jiān)測 靜力水準(zhǔn)儀由一系列含有液位傳感器的容器組成，容器之間由充液管相互連通?；鶞?zhǔn)容器位于一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)點，其它容器位于與基準(zhǔn)容器大約相同標(biāo)高的不同位置上。當(dāng)測點容器相對于基準(zhǔn)容器或任意測點容器之間產(chǎn)生沉降或隆起變化時，都將引起測點容器內(nèi)液位的相應(yīng)升高或下降，這樣懸掛于液位傳感器下面的浮子所受浮力便隨之增大或減小，從而改變傳感器的中心

15、波長大小。該系統(tǒng)特別適合那些要求高精度監(jiān)測豎向位移的場合，可以監(jiān)測到最小0.1mm的高程變化。 四、光纖光柵位移監(jiān)測管 光纖光柵位移監(jiān)測管為針對地鐵隧道位移監(jiān)測的新型儀器，該管由外徑70mm、內(nèi)徑60mm、長4m的PVC測斜管連接而成，管體上的兩個正交方向 （即豎向沉降和水平位移方向），預(yù)制2個小槽，沿軸向布置2條光纖，每條光纖上串聯(lián)多個光纖光柵傳感器，制成光纖光柵位移監(jiān)測管。 當(dāng)隧道某處發(fā)生豎向沉降、水平向位移時，光纖光柵位移監(jiān)測管受彎產(chǎn)生相應(yīng)的變形。此時，如果記錄下各個光纖光柵傳感器中心波長的前后變化情況，就可擬合出監(jiān)測管表面的拉、壓應(yīng)變分布規(guī)律，再根據(jù)材料力學(xué)中曲梁理論公式，并通過

16、數(shù)值積分，即可由應(yīng)變求得各點在兩個正交方向上的撓度，即獲得監(jiān)測管固定支座處各點的豎向沉降和水平向位移值。 必須要指出的是，由光纖光柵位移監(jiān)測管測得的位移量是以監(jiān)測管兩端為基準(zhǔn)點的相對位移量。為了測得絕對沉降量，需要保證監(jiān)測管的長度大于地鐵隧道變形影響范圍，或者采用其他測量手段測出監(jiān)測管兩端的絕對位移量，再進行修正。 第四章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測方法優(yōu)缺點分析 上述各種監(jiān)測方法有各自不同特點和應(yīng)用優(yōu)勢及缺點，根據(jù)調(diào)研、資料分析綜合各方面情況匯總各種監(jiān)測方法的優(yōu)缺點如下： 一、人工監(jiān)測 優(yōu)點：監(jiān)測費用較低，監(jiān)測點布設(shè)靈活。 缺點：監(jiān)測精度較低，數(shù)據(jù)采集周期較長，無法做到實時

17、監(jiān)測。 二、測量機器人監(jiān)測 優(yōu)點：監(jiān)測精度高，數(shù)據(jù)采集周期短，能夠相對實現(xiàn)實時監(jiān)測。 缺點：監(jiān)測費用較高，對監(jiān)測環(huán)境要求高，監(jiān)測系統(tǒng)安裝復(fù)雜。 三、靜力水準(zhǔn)、引張線儀監(jiān)測 優(yōu)點：監(jiān)測精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測 缺點：監(jiān)測費用偏高，監(jiān)測點布點受環(huán)境限制，只適用于高差變化不大，直線區(qū)段的監(jiān)測工作，同時采集點數(shù)量相對較少，如果布設(shè)更多的采集點，費用測較貴。 四、光纖光柵位移監(jiān)測管 優(yōu)點：監(jiān)測準(zhǔn)確度高，完全實現(xiàn)實時監(jiān)測，同時能夠一個測點上準(zhǔn)確的測出三維方向的數(shù)據(jù)變化。 缺點：安裝過程復(fù)雜，目前技術(shù)尚處于發(fā)展階段，光纖數(shù)據(jù)調(diào)解儀費用較高，偶發(fā)數(shù)據(jù)離散現(xiàn)象，受現(xiàn)場環(huán)境限制。 第五章

18、 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測結(jié)果的應(yīng)用 針對以上調(diào)查研究和綜合分析，在隧道下穿既有建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工時，監(jiān)測方法的選擇應(yīng)因地制宜，合理選擇適合的監(jiān)測方法?？偨Y(jié)以下思路進行監(jiān)測方法的選擇： 1、對于地面沉降點，監(jiān)測精度要求不高，監(jiān)測頻率不需要實時且變形監(jiān)測點分布范圍較廣情形，監(jiān)測方法宜選用人工監(jiān)測方法進行。 2、對于地面局部監(jiān)測精度要較高，監(jiān)測點范圍分布較小，監(jiān)測數(shù)據(jù)要求實時，監(jiān)測環(huán)境通視良好、受外界干擾比較小的項目，可考慮采用測量機器人監(jiān)測方法進行，但在安裝過程中，測量機器要采取防護措施，以防被盜被擾動等影響監(jiān)測精度的事件發(fā)生。 3、對于隧道內(nèi)監(jiān)測，如果既有隧道結(jié)

19、構(gòu)處于平、直區(qū)段，且隧道側(cè)壁各種附掛、配設(shè)備較少，可考慮采用光柵光纖監(jiān)測或采用靜力水準(zhǔn)與引張線儀進行監(jiān)測，但僅用于既有隧道內(nèi)有通訊信號覆蓋的情況下實施，同時在監(jiān)測過程中應(yīng)適當(dāng)布設(shè)人工復(fù)核監(jiān)測點，定期進行人工復(fù)核測量，發(fā)現(xiàn)并校正上述監(jiān)測方法可能造成的粗差。 4、對于隧道內(nèi)曲線段、坡度較大的區(qū)段，測適宜采用測量機器人進行監(jiān)測，同時在監(jiān)測過程中應(yīng)適當(dāng)布設(shè)人工復(fù)核監(jiān)測點，定期進行人工復(fù)核測量，發(fā)現(xiàn)并校正上述監(jiān)測方法可能造成的粗差。 5、各種監(jiān)測方法各有益補，在具體監(jiān)測過程中要結(jié)合現(xiàn)場情況和監(jiān)測精度的要求，選擇適合的方法，做到變形數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反饋施工情況，及時指導(dǎo)現(xiàn)場施工為原則。 第 12 頁 共 12 頁