CN101575861A - 使用测斜管监测沉降的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种使用测斜管监测沉降的方法，在已有建(构)筑物地表下方位置埋置测斜管，穿越构筑物下方地表，采用非开挖技术埋置测斜管，并设置监测点以监测沉降。在监测过程中，待测斜管安装埋设完成，测斜管周围介质系统达到了稳定状态后，按监测方案在监测点动态观测，获得沉降信息。本发明方法有效监测了施工时建(构)筑物下方深层土体在垂直方向上的沉降，为施工的设计、进度安排与规避措施等打下坚实基础。

Description

使用测斜管监测沉降的方法

技术领域

本发明涉及地下施工时监测类，具体的是指一种适用于在已有建(构)筑物地表下方埋置测斜管以有效监测沉降变化的方法。

背景技术

地下施工穿越构筑物时不可避免对土体产生扰动，采用天然地基的多层住宅或公用建筑，其结构整体性较差，当地基变形尤其是差异变形较大时，易发生墙体开裂、倾斜等风险事件。因此研究施工比如盾构施工穿越建(构)筑物的微扰动技术时进行相应的地下土体变化情况的监测很重要，是目前地下空间开发、轨道交通建设的热点问题。

对于沉降监测常采用的各种方法，比如单桩沉降分析、群桩沉降分析等，这种方法容易导致误差较大。也采用埋置测斜管测算沉降，比如在高速路施工时，在地基底部预先设计并埋置一直线型的测斜管监测沉降，但这种方法都是采用先埋置测斜管，再在测斜管上方施工建(构)筑物。而在地表已有高大建(构)筑物甚至建(构)筑物长度跨度较大难以穿越时，桩柱的定位或测斜管的埋置就显得极为困难，一般施工中就常以经验法则逃避该处沉降监测问题。

在有些施工中，比如在隧道盾构施工中，对某些建(构)筑物的沉降监测显得十分重要且必须。由于处在大城市高密度楼宇地基下，施工环境复杂，监测设备难以安置就位，且工程施工安全极其重要，地表沉降监测问题更加得以凸显。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种使用测斜管监测沉降的方法，在已有建(构)筑物地表下方位置埋置测斜管，穿越构筑物下方地表，采用非开挖技术埋置测斜管，并设置监测点以监测沉降。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种使用测斜管监测沉降的方法，其特征在于在已有建(构)筑物地表下方位置埋置测斜管，在所述测斜管上设置监测点，完成监测过程，获得沉降监测数据。

所述的监测过程为：

a)测斜管安装埋设完成后，测斜管周围填充的浆液硬化、测斜管埋置施工时扰动的土体趋于稳定，按时测读测量数据并计算各监测点的高程，比较本次与上次数据的高差，当所述高差保持在规定的数值范围内时，即认为测斜管周围介质系统达到了稳定状态；

b)在测斜管达到稳定后，开始动态观测之前，在监测点上多次测量并读取数据，取其数据平均值作为监测点动态观测的初始值；

c)取得初始值后，按照监测方案，以一定监测频率进行量测，获得各监测点的高程数据，进行数据处理，获得沉降信息。

上述测斜管的埋置施工方法是按照以下步骤进行：

a)在建(构)筑物地表下方的设计轨迹上埋置测斜管前，选择确定入钻点、出土点位置；

b)钻机从入土点沿设计轨迹钻进直到出土点，期间配合泥浆的注入，完成导向孔的施工；

c)安装回扩器及分动器，所述分动器后接套管，测斜管设置在所述套管内，通过回扩器将套管及测斜管拉出至出土点；

d)在套管与测斜管之间间隙内灌满填充物；

e)拆除分动器及回扩器，将套管拉出，测斜管就位。

本发明的优点是，有效监测了施工时建(构)筑物下方深层土体在垂直方向上的沉降，为施工的设计、进度安排与规避措施等打下坚实基础。

附图说明

图1为实施例一中隧道施工环境与测斜管埋置位置示意图；

图2为实施例一中施工现场监测点纵剖面图；

图3为实施例一中施工现场监测点横剖面图；

图4为实施例一中施工现场测斜管埋置示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

图1-4中标号1-14表示的是：滑行道1、监测点2、北线隧道结构边线3、南线隧道设计中心线4、南线隧道结构边线5、滑动式测斜管6、隧道盾构7、水平定向钻8、钻杆9、入钻点10、套管11、出土点12。

实施例一：本实施例使用测斜管监测隧道盾构时已有建(构)筑物下方地表的沉降。现场以上海虹桥综合交通枢纽仙霞西路隧道工程为例，拟选取滑行道1区间下方区域作为非开挖技术埋设测点微扰动试验区。

根据已有研究成果，上海地区第④层软土在不同区域具有一定的差异，包括含水量、孔隙比、强度、压缩模量、灵敏度等。因此即使盾构同在第④层淤泥质粘土中穿越，不同地区其对软土的扰动程度不同，引发的地基变形量也有一定差异。为使不同区域盾构施工参数、注浆参数更加合理，系统深入研究不同区域软土性质、微扰动条件下的变化特征十分必要。

试验的监测项目和内容是关于深层土体，即被监测地表在垂直方向上的沉降。本实施例采用的方法是在盾构上方、已有建(构)筑物地表正下方位置埋置测斜管，即在滑行道区间下方区域埋置测斜管，测斜管埋置轨迹呈下凸曲线形状，绕过滑行道区间，并在所述测斜管埋置轨迹上设置若干监测点。在设计时，根据施工时钻杆的曲率半径以及施工要求精心设计测斜管埋置轨迹，整条下凸曲线设计轨迹要做到平缓圆滑，便于之后测斜管的就位及有利于测斜管与套管的剥离。

隧道施工环境与测斜管的埋置位置如图1所示，在穿越的滑行道下方拟采用非开挖技术形成A、B、C共3组监测剖面(水平向钻孔)，其中A剖面垂直隧道盾构方向埋设，其埋设深度为地表下约7m处，B、C监测剖面分别平行南北线隧道盾构方向埋设，分别与北线隧道结构边线3及南线隧道设计中心线4、南线隧道结构边线5方向平行，其埋设深度为地表下约5m处。3组监测剖面中，水平钻孔内埋入ABS材质的测斜管，A监测剖面内埋置的测斜管长度为110米，B、C监测剖面内埋置的长度均为125米。使用活动式测斜仪人工监测滑行道下方土体在垂直方向上的沉降。

测斜管上监测点布置的平面图如图1所示，在监测点2上沿滑行道1方向及隧道设计中心线方向剖切，即得到如图2、图3所示的施工现场监测点的纵剖面图与横剖面图，图2、图3中滑动式测斜管6埋设深度为滑行道1地表下约5m处，滑动式测斜管6埋设方向与隧道盾构7方向一致，可能测点的平面和深度位置根据现场情况及隧道埋深可作适当微调。

图4为施工现场测斜管埋置示意图，施工时，测斜管的埋置施工步骤简述如下：

(1)在盾构上方、被监测地表下方的设计轨迹上埋置测斜管前，选择确定入钻点10、出土点12位置；

(2)采用水平定向钻8，钻机钻杆9从入钻点10沿下凸抛物线轨迹钻进直到出土点12，期间配合泥浆的注入，完成导向孔的施工；

(3)安装回扩器及分动器，所述分动器后接套管，测斜管设置在所述套管内，通过回扩器将套管1 1及测斜管拉出至出土点；

(4)在孔壁与套管、套管与测斜管之间间隙内灌满填充物，比如泥浆；

(5)拆除分动器及回扩器，将套管拉出，测斜管就位。

埋置测斜管后，在所述测斜管上设置监测点，完成监测过程，获得沉降监测数据。其中，所采用的监测方法、过程详细如下：

本实施例中采用活动式水平测斜仪观测沉降，活动式水平测斜探头联接着一根特制的测斜电缆，电缆的另一端联接着测斜读数仪，在探头的顶端联有钢丝绳用于向前拉动探头。

实际使用时，水平测斜管可以通过钻孔的方式安装，也可以在填筑阶段预先埋设。本实施例的仙霞西路微扰动监测项目采用非开挖方式埋设水平测斜管，当监测剖面处于隧道盾构的影响范围以外时，以水平定向钻在监测剖面处形成钻孔埋设水平测斜管，待测斜管稳定后，监测采集数据研究隧道盾构引起的监测剖面垂直沉降量。

水平测斜管安装埋设完成后，测斜管周围填充的浆液硬化、钻孔时扰动的土体趋于稳定，经过一定时间后测斜管-周围介质系统达到稳定状态，方可进行测试以获取有效剖面沉降数据。埋设后测斜管-周围介质系统由不稳定到稳定状态，需经历一定时间，有特定发展规律。为判断测斜管-周围介质系统是否到达稳定状态，并研究测斜管-周围介质系统由不稳定到稳定状态的发展规律，本项目中测斜管埋设完成后即每天测读一次数据并计算得出剖面上各测点的高程，比较本次与上次数据的高差，若该高差保持在1mm左右，即可认为测斜管-周围介质系统达到了稳定状态。

测斜管稳定后，待隧道盾构距离监测剖面50m时，连续不间断测试两到三次，取其平均值作为隧道盾构微扰动动态观测的初始值。取得初始值后，按照监测方案中监测频率进行量测，当次所得高程数据与初始值比较的变化量即为累积变化量，当次高程数据与上次高程数据比较的变化量即为本次变化量。

本实施例中，水平测斜具体量测方法和具体步骤为：

1.测斜管孔口高程测量

在水平测斜管的一端设置有水准观测点，采用精密水准仪测量该点高程，以修正孔口高程。

2.水平测斜量测准备

a.安装测斜探头；

b.读数仪器检查。

3.水平测斜量测，准备测量

为确保每次测量过程中，水平测斜仪探头均位于测斜管同一深度位置，保证测试精度。

a.进程测量：进程测量时，先自近端将测斜探头固定导轮朝下卡置在水平测斜管的导槽内，轻轻地放入水平沉降管中0.5m处出作为初始位置，此时管口电缆刻度为0m，读数仪示数稳定后读数；读数后，操作人员拉动钢丝绳让测斜探头向远端缓缓前进，使得管口电缆线刻度为0.5m，读数仪示数稳定后读数。参照上述方法，依次以一个轮距(0.5m)为间距进行移动并测量，直至达到最大深度位置(水平沉降管的远端)，即完成“进程”测量。

b.回程测量：回程测量时，再由操作人员拉动电缆线，使管口电缆线刻度为测试最大深度(比如109m)，读数仪示数稳定后读数；读数后，再由操作人员拉动电缆线，使管口电缆线刻度为测试最大深度减0.5m(如108.5m)，读数仪示数稳定后读数；按照上述方法，依次以每一个轮距(0.5m)为间距进行移动并测量，直至达到近端管口位置，即完成“回程”测量。

4.数据处理

进程数据与回程数据相减的结果为偏差，理想的偏差应是零，但在使用探头时，由于传感器的偏差、滑轮的磨损、探头定位的偏差，通常都会产生一个零飘，使用中应注意检查零飘以确保仪器测量的可靠性。

数据处理时，将进程数据和回程数据取平均值，利用该平均值可计算得到测斜管中各测点的高程。当次数据计算得到测点高程与初始值的差值，即为监测剖面本次的累计垂直位移量；当次数据计算得到测点高程与上次的差值，即为监测剖面本次的垂直位移量。

本实施例中采用的监测频率为：

a)施工开始到开挖面与所述监测点的距离超过-3D时(D为隧道直径，负号表示在隧道推进面之前)，每天监测1次；

b)开挖面距监测点-3D～-D时，每天监测2次；

c)开挖面距监测点-D～D时，每推进1衬砌环监测1次；

d)开挖面距监测点D～3D时，每天监测2次；

e)开挖面距监测点超过3D时，每天监测1次；

f)开挖面距监测点150m内时，每3天监测1次；

在盾构距所述监测点50m时开始监测，至盾构离开被监测地表150m后停止监测。

为取得基准数据，各观测点在施工前，随施工进度及时设置，并及时测得初始值，观测次数不少于2次，直至稳定后作为动态观测的初始测值。

在水平测斜管的一端设置测量基准点，经观测确定其已稳定时方才投入使用，稳定标准为两次观测值不超过2倍观测点精度。

在现场设立微机数据处理系统，进行实时处理。每次观察数据经检查无误后送入微机，经过专用软件处理，自动生成报表。监测成果经分析处理后每个施工阶段结束后提交，试验工程结束后提供试验总结报告。

实施例二：本实施例使用测斜管监测道路承载时道路下方地表的沉降问题。为使高速公路道路平整，运行顺畅，需要进行道路承载的沉降监测。在高速公路的设计阶段一般即会规划在道路某段埋置测斜管，即先埋置测斜管，再在测斜管上方铺设道路地基、修缮道路。但在高速的运行过程中，有时需要对已经建成的路段进行道路承载的沉降监测，此时，可采用本发明方法，可以在不破坏道路的前提下，在道路地基底部设计一测斜管埋置轨迹，通常为横向穿越地基的一直线导孔。导孔的钻进、扩孔、测斜管的埋置方法以及监测点的监测方法类似于实施例一。

Claims (3)

1.一种使用测斜管监测沉降的方法，其特征在于在已有建(构)筑物地表下方位置埋置测斜管，在所述测斜管上设置监测点，完成监测过程，获得沉降监测数据。

2.如权利要求1所述的一种使用测斜管监测沉降的方法，其特征在于所述的监测过程为：

a)测斜管安装埋设完成后，测斜管周围填充的浆液硬化、测斜管埋置施工时扰动的土体趋于稳定，按时测读测量数据并计算各监测点的高程，比较本次与上次数据的高差，当所述高差保持在规定的数值范围内时，即认为测斜管周围介质系统达到了稳定状态；

b)在测斜管达到稳定后，开始动态观测之前，在监测点上多次测量并读取数据，取其数据平均值作为监测点动态观测的初始值；

c)取得初始值后，按照监测方案，以一定监测频率进行量测，获得各监测点的高程数据，进行数据处理，获得沉降信息。

3.如权利要求1所述的一种使用测斜管监测沉降的方法，其特征在于所述测斜管的埋置施工方法是按照以下步骤进行：

a)在建(构)筑物地表下方的设计轨迹上埋置测斜管前，选择确定入钻点、出土点位置；

b)钻机从入钻点沿所述设计轨迹钻进直到出土点，期间配合泥浆的注入，完成导向孔的施工；

c)安装回扩器及分动器，所述分动器后接套管，测斜管设置在所述套管内，通过回扩器将套管及测斜管拉出至出土点；

d)在套管与测斜管之间间隙内灌满填充物；

e)拆除分动器及回扩器，将套管拉出，测斜管就位。

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