城市地下工程监测与信息反馈技术.ppt

城市地下工程监测与反馈技术,*隧道集团有限公司 建筑之家 整理2011年3月,一.城市地下工程主要特点与施工方法简介二.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.信息反馈八.过大变形的工程措施九.现代化自动监测内容十.监测工程实例,内容简介,一 城市地下工程主要特点与施工方法,1.地下工程的主要特点地质条件差周边环境复杂 结构埋深浅、与临近结构相互影响 围岩稳定性难于判断,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。具体分类见下图。,二 监测的意义与目的,1.监测的意义 在岩土中修建地下工程，由于对地下工程设计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。同时考虑城市地下工程的特点，地质条件差、周围环境一般比较复杂，因此有必要通过信息化施工，及时了解施工过程中围岩与支护结构的状态，并及时反馈到设计与施工中去，以确保地下工程施工和周围建（构）筑物安全。作为信息化施工的最基础工作，监测显得非常重要。,2.城市地下工程监测的主要目的通过监测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。通过监测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。通过监测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；通过监测，收集数据，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。,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，地下工程主要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，第二类是支护结构与周围地层（围岩与结构）相互作用监测，第三类是与结构相邻的周边环境的安全监测。（2）根据监测项目对工程的重要程度可分为“必测项目”和“选测项目”两类。城市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,其监测内容见下面表格。,浅埋暗挖法工程主要监测项目,盾构法工程主要监测项目,明挖法工程主要监测项目（表1）（上海市工程建设规范地基基础设计规范（DGJ07111999）,建筑基坑支护技术规程（JGJ1209）规定的基坑侧壁安全等级及重要性系数，以及据此等级确定的基坑监测项目。（表2）,注：1破坏后果系指支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境和地下结构施工影响程度，2有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定；3应测；宜测；可测,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、市政、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，当某一监测值超过控制基准值时，除了及时报警外，还应与有关部门共同研究分析，必要时可对控制基准值进行调整。,2.地表沉降控制基准确定方法 通常地表沉降控制基准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）按环境保护要求确定最大允许地表沉降值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，则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。,从建筑物安全角度分两种情况介绍最大允许地表沉降值的确定方法。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等于建筑物不均匀沉降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），于是，按下式计算最大允许地表沉降值。根据建筑物的容许不均匀沉降差计算出的最大允许地表沉降值。如下式：根据建筑物的容许倾斜率计算出的最大允许地表沉降值。如下式：,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，在拐点i处，曲线斜率最大，当建筑物位于如图所示时，差异沉降（不均匀沉降）达到最大故以此极限条件下的坡度值一一极限坡度小于相应建筑物允许倾斜值作为限制条件。即：式中：L一一建筑物相邻柱基础间距 f一一建筑物的允许倾斜 S差异沉降值 由极限条件得允许最大沉降差：Sfi，同时，由peck曲线可知，当x=i时，可得出地表下沉的最大斜率：假定建筑物最大允许倾斜与Qmax相等，此时，地表最大允许沉降量：,建筑物相邻柱基L大于（等于）沉降槽拐点位置2i 这种情况下，沉降对建筑物的影响引起倾斜，同时基础受弯。当建筑物处于受弯最不利位置，沉降量过大时，可能导至建筑物基础结构的断裂及上部结构压性裂缝的产生。影响基础变形的因素，如受力条件、荷载分布、建筑物等级不尽相同，难以进行分析，这里仅根据建筑物基础的极限应变采用下式计算最大允许沉降值。,（2）从考虑地下管线的安全角度确定最大允许地表沉降值 管线与隧道的位置关系比较复杂，仅以管线与隧道轴线垂直为例进行说明。沉降槽上方的管线变形类似于建筑物地基梁L2i的情况，随着地层的沉降，其受力条件发生转化，这时可视为受垂直均布荷载的梁来考虑。根据结构在正常使用时受到的应力应小于其允许的设计应力这一标准：由：=/E 式中：允许拉应变；允许拉应力；E材料弹性模量；可知，管线在地层沉降时产生的变形应小于（或等于）其允许应力的相应变形范围。即可按下式计算沉降允许值。式中：m计算长度。当管线走向垂直于地下工程纵向时，m=i，S值最小，此时，上式可简化为如下式。,（3）从考虑地层及支护结构稳定角度确定最大允许地表沉降值 从考虑地层及支护结构稳定性确定最大允许地表沉降值就是从保证施工安全的角度，以地下工程侧壁正上方土体不发生坍塌时允许产生的最大地表沉降值作为控制基准，这时采用“地层梁理论”，诱导出剪应变的方法来确定最大允许地表沉降值。城市地下工程浅埋暗挖法施工经验及国内外的经验均表明，软弱地层浅埋地下工程典型的地表沉降曲线可用Peck公式描述：对Peck公式求导可得沉降曲线的最大斜率计算公式如下（发生在x=i处）：如设定地层的极限剪应变Yp与相等，则：于是得到最大允许地表沉降计算公式如下。即从地下工程施工本身的安全稳定性推求的最大允许地表沉降值为：式中：地层抗剪强度，G地层剪切摸量。Smax一一最大允许地表沉降值；i一一曲线拐点到中心的距离，可通过回归求得；从上面的分析可知，地表沉降控制基准值随工程条件，尤其是周边环境条件而变，目前多数招标文件中笼统的要求地表沉值小于某一数值是不适宜的，应针对具体工程，通过类比和计算相结合的办法找出相应的控制基准值。,2.地下工程支护结构（围岩）稳定控制基准确定方法（1）根据支护结构的稳定性确定 对初期支护结构稳定性起决定作用的是结构的抗弯刚度。为研究方便，对隧道参数Em、D等进行处理，使其变成无量纲的新参数，如下式。式中：ur地层某点位移；D隧道跨度；EI支护结构抗弯刚度；Em围岩（地层）的变形系数；R隧道的等效半径。根据设计，绘制围岩位移支护刚度曲线，为了便于现场监测进行验证，仅取隧道拱顶位移A、起拱线位移B两条曲线，并在图上绘制u=u（直线C），如图所示。从图中可看：围岩位移支护刚度曲线存在一个明显的拐点，如果围岩控制位移较小，C与A、B相交在拐点左侧，要达到控制围岩位移的目的，必然支护刚度要求很大，而C与A、B相交在拐点右侧，随着支护刚度的减小，围岩位移迅速增大，交点在拐点附近，则既让围岩产生一定的位移，又使支护结构在较小的刚度条件下安全工作，从而达到经济、安全的目的。因此而C与A、B相交在拐点附近最合理，交点对应的支护结构（围岩）位移作为变形的控制值u。,（2）根据地表沉降控制要求确定 城市地下工程多为软弱地层，且埋置深度浅，因此确定支护结构（围岩）允许位移基准值时必须考虑周边环境安全，即要考虑地表沉降要求的影响。1.城市地下工程通过城市建筑群要求地表沉降控制严格时，位移基准值应当控制得尽量小些。2.山岭隧道对地表沉降没有严格要求，位移基准值可以适当定大些。世界各国根据在实践经验基础上，给出了相应的控制基准。但作为城市地下工程变形控制基准时，应考虑周边环境的承受能力，通常要考虑地表沉降控制要求确定。（3）利用现场监测结果和工程经验对预先确定的位移值进行修正 在预先确定位移允许值的条件下，应根据具体工程的现场监测结果和工程经验，分析围岩及支护结构的稳定状态及周边环境的安全状况。对预先确定位移允许值进行修正，以确保最终确定的位移基准值是安全、经济、合理的。,3.国内外主要监测项目控制基准值（1）暗挖隧道主要监测项目控制基准值 我国铁路隧道采用允许相对位移值的方法。隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的最终位移值均应小于锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）规定值，即下表所列的数值。,法国工业部制定的隧道位移基准值如下表（隧道断面50100 m2），可作为初选位移基准的参考值。,日本“NATM设计施工指南”提出按测得的总位移量值，或根据已测值预计的最终位移值，给出围岩的类别，然后确定与围岩相应的支护系统。下表给出了隧道施工中各类围岩容许收敛值。,日本新宇佐美隧道对软弱膨胀性岩体位移基准值的规定如下表所列。,我国北京、广州根据地区经验，提出地铁工程施工相应的监测控制基准。,北京地铁浅埋暗挖法施工监测控制基准值,北京地铁盾构法施工监测控制基准值,广州地铁施工监测控制基准,（2）明挖基坑工程变形控制基准确定 上海市和深圳市基坑设计规程规定将基坑工程按破坏后果和工程复杂程度区分为三个等级，各级基坑变形的设计和控制值见下表,基坑工程等级划分及变形制控基准值,深圳市建设局还对深圳地区建筑深基坑的地下连续墙作了稳定判别标准，见下表。,深圳地区深基坑地下连续墙安全性判别标准,注：1.F2上行适用于基坑旁无建筑物或地下管线，下行适用于基坑近旁有建筑物和地下管线。2.F6、F7上、中行与F2同，下行道用于对变形有特别严格的情况。,工程建设行业标准建筑基坑工程技术规范（JGJ12-99）规定重力式挡墙最大水平位移的控制值见下表。,重力式挡墙最大水平位移控制值,（3）相邻建筑物的安全与正常使用判别标准 上海地区相邻建筑物的基础倾斜允许值（见下表），可以在工程中参考采用。,建筑物地基变形控制基准值和实测变形值,日本浅埋隧道地面建筑物沉降变形控制基准,日本规定地面既有建（构）筑物沉降变形控制基准见下表。,五.监测组织与实施,1.监测方案编制 监测方案是指导监测实施的主要技术文件。主要包括监测目的和监测项目、监测仪器及安装、数据采集方法、数据分析及施工信息反馈。监测方案的编制应按一下要求进行。监测方案的设计原则 监测项目的确定监测方案的编制监测方案的主要内容编制监测方案的基础资料2.监测的组织与实施监测的前期准备人员组织准备设备及物资准备 现场准备,3.监测的实施 监测实施一般可分三阶段进行，即测点布设阶段、监测阶段及资料分析与整理阶段。测点布设传感器的检验和率定监测系统的选择、调试和管理传感器和仪器的选用 监测控制值的确定,4.监测资料的整理与分析（1）监测资料的种类 监测方案 监测方案是贯彻监测工作始终的指导性文件，因而是重要的监测资料之一。工程竣工后，根据监测方案实际施作情况，对原监测方案进行补充和修改。监测日记 监测日记记载监测实施阶段每日的气象情况、完成的测试项目、现场异常情况、文件收发纪录等。监测数据 监测数据是监测资料中最基础、最原始的资料，它是日后进行制表、制图、计算分析、编制报表、撰写报告的重要依据。,监测报表 每次测试完成后向委托单位提供的图表，按日期和项目内容编排、装订成册，包括监测日报表，周表报及月报表。监测报告 监测报告系指对某段时间内或某一监测项目的实施情况的总结，找出某些变化规律，提出建议和措施。每一监测工程都有一个监测总报告，根据工程规模和时间，也可以出中期报告、分报告。监测工程联系单 联系单是监测部门就监测过程中遇到的技术问题、特殊情况或测试内容、时间变更等，与委托方进行联系或达成协议的书面记载。监测会议记要 包括监测方案评审会、现场监测工作例会、定期或不定期的专家顾问会议、施工协调会等涉及监测内容的会议记录。,（2）误差产生的原因和检验方法1）系统误差 系统误差是因监测方法不正确或限于现场测试环境条件无法消除的因素而造成的。常见的系统误差有固定的和变化的两类。固定的系统误差是在整个监测数据中始终存在着一个符号不变的固定的数字偏差，或对一个数据多次测量中算出平均值之差的偏差，如零点漂移、仪器调试偏差等。如果监测数据的偏差是变化的，就是变化的系统误差，它们可能是有规律的累进变化、周期变化或按其它复杂的规律变化，如温度、湿度等环境条件的变化引起的系统误差。2）过失误差 主要由于测试人员的工作过失所引起的误差，如读错仪表刻度（位数、正负号）、测点与测读数据混淆、记录错误等，造成监测数据不可允许的错误。此类误差数值很大，使测试结果与事实显然不符，必需从测量数据中剔除。,3）偶然误差 在测量数据中剔除了过失误差并尽可能地消除和修正了系统误差之后，剩下的主要是偶然误差。引起偶然误差的主要原因有偶然因素，如电源电压波动，对仪表末位读数估读不准确以及环境因素的干扰等。偶然误差带有随机性质，无法从试验方法上加以防止，它们服从正态分布的统计规律，因此又称随机误差。4）检验误差的方法 查找错误数据和分析误差，主要是根据系统误差、过失误差和偶然误差在不同类型监测数据中的分布规律来判断。通常采用人工判断和计算机分析相结合的方法，通过下述两种方法相结合进行检验：,对比检验方法 对比检验方法是以仪器监测值的相互关系为基础的传统逻辑分析方法。包括以下两种分析方法。一致性分析 一致性分析是从时间角度检验分析同一测点本次实测值与前次观测值的关系。相关性分析 相关性分析是从空间的角度检验分析，同一测次中该点与前、后、左、右、上、下邻近测点观测值进行对比，然后使用数理统计方法对数据的误差类型作检验，并进行误差分析处理,统计检验方法和步骤数据整理：把原始数据通过一定的方法，如按大小的排序，用频率分布的形式把一组数据的分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算，离群数据的取舍。数据的方差分析：被测物理量按随机规律受到一种或几种不同因素的影响，通过方差分析的方法处理数据，确定哪些因素或哪种因素对被测物理量的影响最显著。数据的曲线拟合：数据拟合是根据实测的一系列数据，寻找一种能够较好反映数据变化规律和趋势的函数关系式，通常使用最小二乘法进行拟合。,3）避免人为误差 由于测试人员的工作过失所引起的误差，如读错仪表刻度（位数、正负号）、测点与测读数据混淆、记录错误等，造成监测数据不可允许的错误。避免人为误差措施主要有加强监测管理，规范监测工作，加强人员培训提高人员素质。在数据处理时，此类误差数值一般很大，必需从测量数据中剔除。4）不完整（或缺损）数据的处理 在监测实施过程中，由于监测仪器被破坏、测点埋设不及时、受施工干扰部分时间段数据没有采集等原因，导致监测数据不完整，以及如拱顶下沉、结构收敛等监测项目在监测点埋设之前部分位移已经发生。避免出现这类情况产生的主要措施：及时埋设测点，加强测点保护，加强监测组织管理，协调好监测与施工之间关系。对不完整数据的处理分析方法，一般有回归分析法和类比法。,（3）减小误差的方法及不完整（或缺损）数据的处理1）减小系统误差的方法 根据监测精度要求选择仪器，并考虑仪器的经济性、耐久性及稳定性。如果监测仪器产生的系统误差不能满足监测精度要求，通常采用精度高、稳定性好、耐久性好的仪器来减小系统误差；根据系统误差产生的原因进行修正。2）控制偶然误差的方法 引起偶然误差的主要原因有偶然因素，如电源电压波动，对仪表末位读数估读不准确，以及环境因素的干扰等。因此，对不同的监测项目，具体分析产生偶然误差的原因，在监测实施过程中加强管理，提高监测操作人员的技术水平来控制偶然误差。偶然误差一般服从正态分布，在数据处理过程中，进行数据统计检验。,（2）监测数据的整理要求1）数据采集 资料采集应严格按照监测传感器和仪表的原理及监测方案规定的测试方法，坚持长期、连续、定人、定时、定仪器地进行采集，采用专用表格做好数据记录和整理，保留原始资料。每次资料汇总前，测量人、记录人、审核人、整理人签名应齐全，以便各司其职，提高监测人员的责任心。特别是在发现监测数据异常时，应及时进行复测，并加密观测的次数，防止对可能出现的危险情况先兆的误报和漏报。当测量数据用人工录入计算机时，更应进行数据的二次校核，以确保打印出的曲线图表准确无误。,2）数据采集质量控制 根据不同原理的仪器和不同的采集方法，采用相应的检查和鉴定手段，包括严格遵守操作规程、定期检查维修监测系统、加强对上岗人员的培训工作等方面的内容。对仪器质量和数据采集质量的控制可从以下方面着手：确定监测基准点的稳定性；定期检验仪器设备；保护好现场测点；严守操作规程；做好误差分析工作。,5.监测数据的反馈分析 根据对监测数据分析的时间安排可分为以下三类：实时分析：每天根据监测数据，分析施工对结构和周边环境的影响，发现安全隐患，及时采取措施；实时分析一般采用日报表型式。阶段分析：经过一段时间后，根据大量的监测数据及相关资料等进行综合分析，总结施工对周围地层影响的一般规律，指导下一阶段施工。阶段分析一般采用周报、月报形式，或根据工程施工需要不定期进行，提出指导施工和优化设计的建议。工程竣工后，提交施工总结，对监测数据进行系统分析，分析工程实际变形或应变规律，总结工程施工的经验与教训，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。并可以和计算结果比较，完善计算理论。具体的监测数据的反馈分析方法后面详细阐述。,六 主要监测项目实施方法,1.地表沉降 沉降监测是地下工程监测中最主要的监测项目。在地基加固、基坑、浅埋暗挖法隧道、盾构法隧道等工程的施工过程中都要进行地表沉降监测。（1）监测目的 主要是测定隧道施工引起的地表沉降值，确保结构及周边环境的安全，同时分析隧道施工引起的纵横沉降槽曲线及最大沉降坡度、最小曲率半径和沉降速率等，以评估盾构施工过程中围岩变形状态及施工对周围环境的影响程度。（2）监测仪器 实际工作中，推荐一般采用瑞士WILDLeico公司的NA2002和N3或苏州第一光学仪器厂可以附加测微器的DSZ2。如果需要进行跟踪监测，可采用静力水准仪系统。,（3）监测方法 1）水准点的设置 可以利用城市中的永久水准点或工程施工时使用的临时水准点，作为基准点或工作基点。如果附近没有这样的水准点，则应根据现场的具体条件和沉降监测的时间要求埋设专用水准点。水准点的型式和埋设可参照三、四等水准点的要求进行（如图），其数目不少于三个，以便组成水准控制网，对水准点定期进行校核，防止其本身发生变化，以保证沉降监测结果的正确性。水准点应在沉降监测的初次观测之前一个月埋设好。埋设水准点应考虑下列因素：（1）水准点应布设在监测对象的沉降影响范围（包括埋深）以外，保证其坚固稳定；（2）尽量远离道路、铁路、空压机房等，以防受到碾压和振动的影响；（3）力求通视良好，与观测点接近，其距离不宜超过l00m，以保证监测精度；（4）避免将水准点埋设在低洼易积水处。同时为防止土层冻胀的影响，水准点的埋设深度至少要在冰冻线以下0.5m。,2）地表沉降测点埋设 用冲击钻在地表钻孔，然后放入长200300mm，直径2030mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实。3）地表沉降计算 在条件许可的情况下，尽可能布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度。施工前，由基点通过水准测点监测出地表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Hn-H0即为地表沉降值。4）地表沉降分析 包括地表沉降历时规律（如下图所示）、地表沉降历程规律、纵向地表沉降规律、横向地表沉降规律等。分析施工对周边环境的影响程度及影响范围，及与时间及开挖面之间的关系，预测最终地表沉降。,2.建筑物监测 建筑物监测包括建筑物沉降监测、建筑物倾斜、建筑物水平位移监测及建筑裂缝监测等。（1）监测目的 在城市地区修建地下工程，往往周围有建筑物。为了保证建筑物的安全，在施工过程中需进行建筑物监测，目的是掌握工程施工期间建筑物的变化情况，以便当建筑物变形过大，及时采取有效的保护加固措施，确保建筑物安全。（2）监测仪器 用于沉降监测水准仪、全站仪、静力水准仪等；建筑物倾斜可以采用水准仪（差异沉降法）、全站仪，垂线坐标仪等，水平可以采用全站仪、经纬仪等，建筑裂缝监测可采用简易方法进行，如贴石膏法金属片固定法等，如果监测精度要求较高可采用测缝计或手持应变计等。,（3）监测方法 目前，对于建筑物监测项目主要是沉降与倾斜（通常采用差异沉降法）。下面仅就建筑物沉降及采用差异沉降法进行倾斜监测进行简单介绍。1）水准基点埋设 水准基点的构造、形式以及埋设方法地表沉降。水准基点离监测建筑物的最近允许距离见下表。,2）沉降监测点布置 监测点的位置和数量应根据建筑物的体态特征、基础形式、结构种类及地质条件等因素综合考虑。为了反映沉降特征和便于分析，测点应埋设在沉降差异较大的地方，同时考虑施工便利和不易损坏。一般可设置在建筑物的四角（拐角）上，高低悬殊或新旧建筑物连接处，伸缩缝、沉降缝和不同埋深基础的两侧，框架（排架）结构的主要柱基或纵横轴线上。对于烟囱、水塔、油罐等高耸构筑物，应沿周边在其基础轴线上的对称位置布点。沉降监测标志（点）应根据建筑物的构造类型和建筑材料确定，一般可分为墙（柱）标志、基础标志和隐蔽式标志（用于宾馆或商场内）。下图为监测标志的埋设示意图。监测标志埋设完毕后，应待其稳固后方能使用。特殊情况下，也可采用射钉枪、冲击钻将射钉或膨胀螺丝固定在建筑物的表面，涂上红漆作为监测标志。沉降监测标志埋设时应特别注意要保证能在点上垂直置尺和良好的通视条件。,3）地表沉降计算 施工前，由监测基点通过水准测量监测出建筑物沉降监测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HHn-H0即为建筑物沉降值。4）倾斜计算 根据建筑物相临两点的沉降值，在计算建筑物沉降差s，按公式tg=s/b进行倾斜计算（一般采用差异沉降法），如图所示，顶部水平位移采用公式SH2=Hgs/b计算。式中：为所求建筑物水位移产生的倾斜角；b建筑物宽度；s建筑物的差异沉降；,5）变形规律分析 绘制变形历时曲线，如图为某工程建筑物沉降历时曲线图，预测最大变形值，判断建筑物的安全。,3.地下管线变形监测（1）监测目的 在管线周围设置测点，监测地下工程施工过程中地下管线沉降情况，据以判定地下管线的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。（2）监测仪器 同地表沉降监测。（3）监测实施方法 1）基准点埋设 同地表沉降监测。2）测点埋设 目前地下管线测点主要有以下三种设置方法：（1）.抱箍式，（2）.直接式，（3）.模拟式 其中模拟式，测点的特点是简便易行，避免了道路开挖对交通的影响，但因测得的是管顶地层的变形，模拟性差，精度较低。上述三种形式的测点均可用于管线沉降监测。抱箍式和直接式亦可用于水平位移的监测，但应注意抱箍式测点的测杆周围不得回填，否则会引起监测误差。,3）沉降值计算沉降值计算同地表沉降监测。4）沉降分析绘制沉降历时曲线，预测最大沉降值，判断管线的安全。4.净空收敛监测（1）监测目的 地下工程开挖后，净空收敛也是围岩与结构和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映参数，通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。（2）监测仪器 通常采用收敛计，收敛计是用于测量和监控隧道周边收敛（变形）的主要仪器，由连接、测力、测距三部分组成，如右图所示。近年来发展的无尺非接触量测系统，可采用全站仪进行收敛变形监测。（3）监测实施1）测点布设原则,与结构拱顶下沉测点布置在同一个断面上。在同一断面内，收敛基线的布设，应根据断面大小选择不同的布置型式，通常情况下可以采用，如下图所示的型式。安装测点时，在被测结构面用凿岩机或人工挖孔径为4080mm深20cm的孔，在孔中填塞水泥沙浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上并使销孔轴线处于垂直位置，上好保护帽，待沙浆凝固后即可进行监测。,ac-单线隧道，bd-双线隧道,2）收敛测量与计算 按下式计算净空变化值。Un=Rn-Rn-1 Un第n次监测的净空变形值 Rn第n次监测时的净空变形值 Rn-1第n-1次监测时净空变形值3）变形分析 绘制收敛历时曲线及历程曲线（如下图所示），预测最大收敛变形值，判断初支结构的稳定情况。,5.拱顶下沉监测（1）监测目的 拱顶下沉监测值是反映地下工程结构安全和稳定的重要数据，是围岩与支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映。通过监测了解初支结构的稳定情况。（2）监测仪器 水准仪、钢挂尺或全站仪。（3）监测实施1）沉降点埋设沉降点埋设原则应以能反映结构安全为原则，并尽量与地表沉降测点相对应，以利于对比分析。拱顶下降的水准基点布设在洞内和洞外均可，要布设牢固，易于监测。拱顶下沉降测点一般用6钢筋弯成三角形，固定在待测面上。测点大小要适中。监测时用1把长度适宜的（长度依据隧道高度而定）钢卷尺，尺端连一个挂勾，可以挂在测点上。要保护测点，使监测数据不中断。监测应在水准仪及挂尺检验合格后方可进行；不得在测点和挂尺处有振动时进行监测；尽量选择在监测环境好时进行监测。2）数据计算与分析 对同一测点而言，拱顶沉降计算如下式。U=Ui-Ui-1 式中：Ui第i次监测高程；Ui-1第i-1次监测高程；U第i次沉降值；数据分析与处理同地表沉降，绘制沉降历时曲线如右图所示。,6.围护结构顶水平位移（1）监测目的 1）及时了解支护结构的最大水平位移，必要时调整基坑开挖顺序和速度，确保基坑和周围环境的安全；2）验算支护结构的变形量，反算地层的水土压力；3）作为测斜管监测计算的起始依据。（2）监测仪器 钢尺/经纬仪、或全站仪等。（3）监测实施方法 1）基准点的埋设方法 基准点的埋设方法地表沉降监测。2）测点埋设 支护结构上的测点可独立埋设，也可利用沉降监测点，在测点端面锯上十字刻痕或凿出中心位置。监测同一条边所用的测点应尽量埋设在一直线上，以便监测。每次监测时应对其基准点和测点进行检查，保证监测数据的稳定可靠。,3）测量方法与位移计算 围护结构顶水平位移的监测方法很多，可根据现场情况和工程要求灵活应用，下面介绍几种常用的监测方法。直接丈量法 该方法类似隧道收敛变形量测，适用于边长不大于50rn的小型基坑。基坑开挖前，在监测部位埋设测点，其差值即为测点间的相对位移，若基坑是对称的，可取其值的1/2分别作为测点的位移量。用此方法测量直接得到的虽是相对位移值，但使用器具单一，操作简便、直观。只要每次测量时，对每一测线重复测量两次，若两次测量的误差值不大于1/20000，则可取其平均值作为测量结果，精度可满足工程要求。视准线法 该方法适用于基坑直线边及直线支撑杆体的水平位移的监测，如下图所示。场地有条件者，可沿基坑某一测量边向后二倍开挖深度距离外设置测站。当经纬仪架设调平后，在基坑相反方向找一个固定的目标作为后视方向，用带有刻划的读数舰牌或T型尺，以后每次监测结果与初始值比较，求得测点的水平位移量。,A、B基坑两端的工作基点a、b、c、d一位移监测点,小角度法 该方法适用于监测点零乱、不在同一直线上的情况，如下图所示。在离基坑两倍开挖深度距离的地方，选设测站A，若测站至监测点T的距离为S，则在不小于2S的范围之外，选设后方向点A。为方便起见，一般可选用建筑物棱边或避雷针等作为固定目标A用J2级经纬仪测定转角，角度测量的测回数可根据距离S及监测点的精度要求而定，一般用24测回测定，并丈量监测站点A至监测点T的距离。为保证角初始值的正确性，要二次测定。以后每次测定角的变动量，按式下计算T的位移量：角的变动量（）；一一换算常数，=3600180/=206265；S一一测站至观测点的距离（mm）。如果按角测定中误差为2，S为l00m，代入上式，则位移值的中误差约为lmm。,小角度法观测示意图,控制网法 该方法适用于要求测出基坑整体绝对位移量的情况。控制网的建立可根据施工现场的通视条件、工程的精度要求，采用角边交会法、基准线法或附合导线法等。各种布网均应考虑图形强度，长短边不宜悬殊。先采用平面控制网求出基坑各角点的位移值，再叠加用前述方法求得各监测点的相对位移值，即是基坑的整体绝对位移值。采用此方法对仪器的精度要求高，监测工作量大，但可求得前述三种不易求出的角点绝对位移量。工程中可视需要选用。4）数据计算分析 绘制水平位移历时曲线，分析基坑开挖过程中围护结构变形情况。,架设第一道支撑,7.围护结构水平位移监测（1）监测目的 了解施工过程中基坑周围不同深度土体的水平变形情况，确保施工安全。（2）监测仪器 测斜仪，测斜管。（3）监测实施方法1）测点布置布置在基坑平面上挠曲计算值最大的位置，如悬臂式结构的长边中心，设置水平支撑结构的两道支撑之间；基坑周围有重点监护对象（如建筑物、地下管线）时，离其最近的围护段；基坑局部挖深加大或基坑开挖时围护暴露最早、得到监测结果后可指导后继施工的区段；测斜管中有一对槽口应自上而下始终垂直于基坑边线，以保证测得围护结构挠曲的最大值；浅埋暗挖法或盾构法施工的隧道土体测斜孔布置在地质条件比较典型地段；因测斜仪的探头在管内每隔0.5m测一读数，故对测斜管的接口位置应精确计算，避免接口设在探头滑轮停留处。,2）测量监测开始前，测斜仪应按规定进行严格标定，以后根据使用情况，每隔三个月至半年标定一次。测斜管应在工程开挖24星期前埋设完毕，在开挖前的35日内重复监测23次，待判明测斜管己处于稳定状态后，将其作为初始值，开始正式测试工作。每次监测时，将探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底，待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。一般以管口作为起算点，按探头电缆上的刻度分划，均速提升，每隔一定距离（500mm或1000mm）进行仪表读数，并作纪录。待探头提升至管口处，旋转180。后，再按上述方法测量一次，以消除测斜仪自身的误差。,3）数据计算 测试时沿预先埋好的测斜管沿垂直于隧道轴线方向（A向）导槽（自下而上每隔1m测读一次直至孔口，得各测点位置上读数Ai（+）、Ai（-）。其中“+”向与“-”向为探头绕导管轴旋转180位置。水平位移值计算：第i次监测值=Ai（+）-Ai（-）；变量=本次监测值-上次监测值；本次位移S=K（K=0.02）单位以mm计；第i点的绝对位移=各测点相对于孔底测点的位移。4）数据分析 绘制水平位移曲线图（如右图所示），分析施工对围护结构的影响，判断结构的安全。,8.深层土体位移监测 深层土体水平位移监测同围护结构水平位移监测。这里说明深层土体垂直位移（分层沉降）监测。（1）监测目的 了解施工过程中对周围地层扰动情况，研究不同深度的土体垂直位移变化规律，确保施工及周边环境安全。（2）监测仪器 分层沉降仪，磁环、沉降导管（如右图所示）、水准仪及水准尺（磁环沉降标）/磁锤、水准仪、测杆（磁锤沉降标）。（3）监测实施方法,1）测点埋设 磁锤式（测杆式）标志的埋设方法是用钻机在预定位置钻孔至欲测土层的标高后，将护筒放入孔内，以防孔壁坍塌，再将标头放入孔底，压入土层内，随后放入测杆（仅测杆式用），并使其底面与标志顶部紧密接触，上部的水准气泡居中，最后用三个定位螺丝将测杆在护筒中定位，见图右图所示。,磁环式标志的埋设方法之一是用钻机在预定孔位上钻孔，孔深由沉降管长度而定，孔径以能恰好放入磁环为佳。然后放入沉降管，沉降管联接时要用内接头或套接式螺纹，使外壳光滑，不影响磁环的上、下移动。在沉降管和孔壁间用膨润土球充填并捣实，至底部第一个磁环的标高，再用专用工具将磁环套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定压力，使磁环上的三个铁爪插入土中，然后再用膨润土球充填并捣实至第二个磁环的标高，按上述方法安装第二个磁环，直至完成整个钻孔中的磁环埋设。埋设磁环的方法之二是在沉降管下孔前将磁环按设计距离埋设在导管上，磁环之间可利用沉降管外接头进行隔离，成孔后将带磁环的沉降管插入孔内，磁环在接头处遇阻后被迫随导管送至设计标高，然后将沉降管向上拔起1m，这样可使磁环在上、下各1m范围内移动时不受阻，然后用细砂在导管和孔壁之间进行填充至管口标高。,2）测量 磁锤式分层标是通过钢尺和水准仪进行监测，见下图。孔内重锤靠底部磁块的吸力与标头紧密接触，孔外重锤利用自重通过滑轮将钢尺拉直，用水准仪监测基准点与分层标之间的高差，计算出深层土体的沉降值，所用钢尺在监测前应进行尺长检定，同时要考虑拉力、尺长、温度变化的影响。磁环式分层标监测时应先用水准仪测出沉降管的管口高程，然后将分层沉降仪的探头缓缓放入沉降管中，当接收仪发生蜂鸣或指针偏转最大时，就是磁环的位置，自上而下依次逐点测出孔内各磁环至管口的距离，换算出各点的沉降量，如下图所示。,磁锤式,磁环式,3）沉降计算 监测时将探头沿管内壁由下而上缓慢提升测尺，当通过测点磁环位置时，蜂鸣器发出声响，此时读取孔口标志（基点）处测尺的读数，即为：各测点相对于孔口标志点（基点）处的距离。本次位移值=本次监测平均值-上次监测平均值 累计位移值=各次监测位移值 各测点绝对位移=相对位移值+孔口标志点（基点）位移4）数据处理与分析 每次监测后应绘制孔深沉降对应关系曲线及沉降历时曲线。,不同深度地层的沉降值,9.水位计监测（1）监测目的 1）检验降水方案的实际效果，如降水速率和降水深度；2）控制地下工程施工降水对周围地下水位下降的影响范围和程度；3）防止地下工程施工中的水土流失。（2）监测仪器 水位管、水位计（如右图所示）等。（3）监测实施1）水位管埋设 检验降水效果的水位孔布置在降水区内，采用轻型井点管时可布置在总管的两侧，采用深井降水时应布置在两孔深井之间，水位孔的深度应在最低设计水位之下。保护周围环境的水位孔应围绕围护结构和被保护对象（如建筑物、地下管线等）或在两者之间进行布置，其深度应在允许最低地下水位之下或根据不透水层的位置而定。水位孔一般用小型钻机成孔，孔径应略大于水位管的直径，孔径过小会导致下管困难，孔径过大会使观测产生一定的滞后效应。成孔至设计标高后，放入裹有滤网的水位管，管壁与孔壁之间用净砂回填至离地表0.5m处，再用粘土进行封填，以防地表水流入。,2）水位计算 在施工前由水位计测出初始水位H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差Hn-H0即为水位变化值。3）数据分析 绘制水位历时曲线（如下图所示）。分析水位变化规律。,水位变化曲线图,10.孔隙水压力监测（1）监测目的 孔隙水压力监测在控制各种打入桩引起的地表隆起、隧道开挖导致的地表沉降等方面起着十分重要的作用，其原因在于饱和土受荷后首先产生的是孔隙水压力的变化或迁移，随后才是颗粒的固结变形，孔隙水压力的变化是土体运动的前兆。通过监测孔隙水压力在施工过程中的变化情况，及时为控制沉桩速率和开挖、掘进速度等提供可靠依据，从而达到为施工服务的目的。同时结合土压力监测，可以进行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据。（2）监