CN102434209A - 隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法 - Google Patents

Abstract

一种隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其步骤如下：(1)根据地质报告、近接既有构筑物情况及隧道施工方案制定监测方案；(2)施工方按施工进度组织施工；(3)根据监测方案进行现场监测；(4)对监测数据进行整理和模拟分析，判断是否在预警值范围内；(5)向施工方预警；(6)评估施工工艺的合理性和科学性，调整施工方案。本发明建立了一套系统完善的监测方法，使用必要的监测仪器，设定监测指标值，选取并布设监测点，监测近接既有构筑物的底板竖向变形、受扰动区围岩应力变化、隧道爆破的冲击振动、既有构筑物衬砌及墙体裂缝、底板水准测量等，对既有构筑物进行安全评估分析，并建立施工与监测信息沟通，形成工程施工质量控制的良性循环。

Description

隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测方法，具体涉及一种用于隧道开挖时对近接既有构筑物影响的监测方法，以确保近接既有构筑物的安全使用，属于土木工程施工监测技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的发展，对基础设施，尤其是对交通设施的需求在不断增加，而铁路、公路等陆路交通更是首当其冲；同时，高等级的交通干线也得到了前所未有的发展，比如：高速、重载铁路和高速公路分别是铁路、公路等陆路交通发展的主要方向，而城市地铁、公路隧道的修建又是缓和城市交通的重要手段。交通设施的完善和扩能改造，车辆提速及高速路网的发展不可避免地造成邻近既有构筑物的新建隧道等近接施工工程大量涌现，这势必对邻近既有结构物的安全产生影响。当前城市道路隧道施工穿越中遇到的既有邻近结构物有地上建筑、地下管线和一些特殊结构物如人防工程、地铁车站等，且这些结构物对开挖比较敏感，穿越施工影响大，易受扰动。如果不采取专门对策，则新建隧道的施工将会对既有结构物产生不利影响，如结构物承载能力下降、甚至破坏；变形过大以至于侵入净空；不均匀沉降造成周边建(构)筑物破损或不能正常使用等。

对于周边邻近既有构筑物且穿越山岭的岩石隧道，其近接施工除要考虑开挖影响外，还要兼顾爆破施工时的振动影响，国内外此类近接工程已大量出现。由于对施工复杂性缺乏了解和重视不够，这类问题引起的工程事故也时有发生，如某单线铁路增建二线时，新建隧道毗邻既有隧道施工，由于爆破用药量太大，造成原本有所劣化的既有隧道结构加剧劣化；某公路隧道通过采空区，由于事前调查不够，设计时没有采取对策，造成施工后衬砌开裂等等。为此，对周边邻近既有构筑物进行施工监测成为安全施工必不可少的重要工作。

现有文献提及和常用的对近接既有构筑物的监测方法一般具有以下几个方面的特点：①监测对象以施工隧道本身为主，将对既有近接构筑物的监测与对施工隧道的监测割裂开来，没有考虑二者的相关性和统一性；②监测方法单一，对单一结构变形(内力)、围岩(变形)压力或爆破冲击波进行监测，测量的参数互不相干，只能单一地反应出既有构筑物安全可靠性的某个方面，难以全方位地反映既有构筑物的安全可靠性；③监测流程无序，没有形成一套系统、完整的监测流程，使得施工与监测相脱节，当施工过程中既有结构存在安全隐患时，不能及时地予以分析、预警和解决，不能充分发挥监测的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种较为科学、系统、完善的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，实现隧道开挖时监测扰动对近接既有构筑物的影响，以便对既有构筑物进行安全评估分析，将监测数据及时反馈给施工单位，以便施工单位根据情况及时调整施工进度和施工方案，当超过预警指标值时采取有效措施保证既有构筑物的安全。

本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：

一种隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其步骤如下：

(1)根据地质报告、近接既有构筑物情况及隧道施工方案制定监测方案；

(2)施工方按施工进度组织施工；

(3)根据监测方案进行现场监测；

(4)对监测数据进行整理和模拟分析，判断是否在预警值范围内；

(5)向施工方预警；

(6)评估施工工艺的合理性和科学性，调整施工方案。

本发明所述的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其监测方案包括：

(1)监测点布设——根据现场实际情况，布设静态监测点：位移监测点、围岩压力监测点和高程测量点，以及布设动态监测点：爆破振动监测点；

(2)选用监测仪器——精密水准仪、位移计、压力盒、收敛计、拾振器、信号采集系统、计算机和激光测距仪；

(3)监测内容——底板竖向变形监测、受扰动区围岩应力变化监测、隧道爆破对近接既有构筑物的冲击振动监测、近接既有构筑物衬砌和墙体裂缝监测、近接既有构筑物底板水准测量监测；

(4)设定报警指标值——垂直位移、位移计变形量、围岩压力变化值、收敛变形、爆破冲击波峰值加速度、爆破冲击波峰值速度；

(5)确定监测周期频率——在施工前各项监测内容测得初始值，然后依据施工工况，按阶段设立监测频率。

所述现场监测的具体步骤：

(1)根据工程实际情况选取底板位移和围岩压力监测点；

(2)埋设多点位移计和压力盒监测仪器；

(3)通过数据采集装置采集底板位移和压力数据；

(4)通过拾振器和信号采集系统采集爆破震动波数据；

(5)使用收敛仪定期测量构筑物裂缝的扩展情况；

(6)使用精密水准仪和激光测距仪定期测量位移监测点的高程，并通过数据处理得出位移监测点的绝对沉降。

所述监测数据整理的具体内容包括：

(1)观测点平面布置；

(2)位移时程曲线；

(3)位移速率时程曲线；

(4)位移-距开挖面距离曲线；

(5)震动-距离曲线。

所述监测数据模拟分析采用计算机通过有限元软件进行数值模拟仿真分析。

所述向施工方预警的内容包括：

(1)地质预报分析；

(2)周边位移的分析与反馈；

(3)围岩位移及松动区段分析与反馈；

(4)浅埋地表下沉分析与反馈；

(5)爆破震动分析及反馈。

本发明主要应用于隧道开挖工程存在近接既有构筑物，而必须要考虑隧道开挖对既有构筑物的扰动影响的情形中。其主要特征是使用必要的监测仪器，设定监测指标值，选取并布设监测点，应用监测流程图建立施工与监测信息沟通，从而形成工程施工质量控制的良性循环。

本发明具有如下显著优势：(1)根据监测工程的实际情况，建立监测方案，监测方案内容全面，从变形、沉降、压力变化、爆破冲击波监测和计算机仿真等多个角度，全方位地了解、分析既有构筑物的安全可靠性；(2)各种监测内容相互对比分析，从而不仅建立了纵向的影响监测分析，也建立了横向的对比监测分析，使得仿真分析的结果更具有说服力；(3)建立了一套完整的监测流程，及时将监测成果进行反馈，从而建立施工与监测的良性沟通和循环，充分地发挥了监测的作用。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的位移计监测点断面示意图。

图3为本发明的压力盒监测点断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

首先请参阅图1本发明的方法流程图，本发明所述隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法的实施方案为：选取监测点，埋设监测仪器，采集相关监测数据，处理监测数据，反馈监测成果给施工单位，根据监测成果制作即有构筑物安全评估报告，结合建立的三维实体模型进行数值仿真分析，预测未来即有构筑物变形趋势及工程安全度，由此与施工单位研究制定新的施工方案。本发明所述监测方法的具体步骤如下：

(1)根据地质报告、近接既有构筑物情况及隧道施工方案制定监测方案；

(2)施工方按施工进度组织施工；

(3)根据监测方案进行现场监测；

(4)对监测数据进行整理和模拟分析，判断监测数据是否在预警值范围内；

(5)向施工方预警；

(6)评估施工工艺(包括爆破参数)的合理性和科学性，与施工方商讨和调整施工方案。

本发明所述监测方法的监测方案包括：

(1)监测点布设——根据现场实际情况，布设静态监测点：位移监测点、围岩压力监测点和高程测量点，以及布设动态监测点：爆破振动监测点。

监测点主要分为静态监测点和动态监测点：

静态监测点：根据现场实际情况，以便于监测、均匀布设、监测范围尽可能覆盖整个影响半径为原则，布设位移监测点、围岩压力监测点和高程测量点。

动态监测点：根据隧道爆破开挖掌子面所在位置以及既有构筑物自身结构特点动态选取爆破振动监测点。

(2)选用监测仪器——精密水准仪、位移计、压力盒、收敛计、拾振器、信号采集系统、计算机和激光测距仪。

所述监测方法使用的监测仪器如下表1所列，具体仪器精度和数量应当根据工程的实际情况做相应调整：

表1主要监测仪器

(3)监测内容——底板竖向变形监测、受扰动区围岩应力变化监测、隧道爆破对近接既有构筑物的冲击振动监测、近接既有构筑物衬砌和墙体裂缝监测、近接既有构筑物底板水准测量监测。

在既有构筑物下方近距离进行隧道开挖及支护施工过程中，每个进尺的大小和开挖部分的无支护暴露时间，都与围护结构、岩体位移等存在较强的相关性。这就要求做好监测工作，并及时、合理利用监测信息指导施工和进度控制，从而达到确保隧道工程和上部人防工程安全的目的。本发明主要有以下监测内容：

1)底板竖向变形监测

为掌握上部近接既有构筑物底板围岩的变形情况，底板内布设多点位移计进行底板围岩变形的监测。使用仪器：位移计。

2)受扰动区围岩应力变化监测

主要监测既有构筑物在隧道开挖过程中围岩应力变的化情况。使用仪器：压力盒。

3)隧道爆破作业对近接既有构筑物的冲击振动监测

主要对隧道开挖面爆破产生的冲击波峰值加速度和速度进行监控，作为调控爆破装药量和掘进速度、支护参数的参考。使用仪器：拾振器、信号采集系统和计算机。

4)既有近接构筑物衬砌及墙体裂缝监测

主要监测既有构筑物墙体、通道衬砌裂缝和衬砌的变形。使用仪器：收敛计和裂缝观测仪。

5)既有近接构筑物底板水准测量

为了获得监测位移监测点的真实下沉量，对位移监测点进行了水准测量。使用仪器：精密水准仪。

(4)设定报警指标值——垂直位移、位移计变形量、围岩压力变化值、收敛变形、爆破冲击波峰值加速度、爆破冲击波峰值速度。

根据现有规范和规程结合现场地质资料，建立一个适合于相应工程的报警指标值。

各项监测的报警指标应按照以下原则确定：

1)满足设计计算的要求，不可超出设计值；

2)满足测试对象的安全要求，达到保护目的；

3)满足各保护对象的主管部门提出的要求；

4)满足现行的相关规范、规程的要求。

本发明所述监测方法设置的报警指标值如下表2所示，实际工程中，应结合工程的实际特点选取相应的报警指标值：

表2监测项目报警值

说明：表2所列报警指标值为一个实施例。

(5)确定监测周期频率——在施工前各项监测测得初始值，然后依据施工工况，按阶段设立监测频率。

各项监测内容均在施工前测得初始值。监测周期频率以6个月为例(监测频率可根据监测数据变化情况作相应调整，预警频繁则监测频率提高，反之则相应减少)。依据施工工况，监测频率按以下阶段分项进行：

施工阶段	监测内容	监测频率
			第1～2个月	全测	1～2次/天
第3～4个月	全测	3次/周
			第5～6个月	全测	4次/月

注：爆破冲击波在爆破作业前后半小时内进行监测。

本发明所述现场监测的具体操作步骤如下：

(1)根据工程实际情况选取底板位移和围岩压力监测点；

(2)埋设多点位移计和压力盒监测仪器；

位移计的安装见附图2，具体步骤如下：

1)按要求钻一直径Φ90～130mm的孔(一般取110mm)，深度根据测试要求确定；

2)安装位移计；

3)用细石素混凝土对中间的孔进行回填，压实以固定位移计。

每个监测点位移计布置的数量可根据实际情况做适当增减。

压力盒的安装见附图3，具体步骤如下：

1)按要求在一个监测位置呈品字形钻3个直径Φ90～130mm的孔(一般取110mm)，深度根据测试点确定；

2)安装压力盒；

3)用细石素混凝土对中间的孔进行回填，压实以固定压力盒。

(3)通过数据采集装置采集底板位移和压力数据；

(4)通过拾振器和信号采集系统采集爆破震动波数据；

(5)使用收敛仪定期测量构筑物裂缝的扩展情况；

(6)使用精密水准仪和激光测距仪定期测量位移监测点的高程，并通过数据处理得出位移监测点的绝对沉降。

本发明所述监测方法的每次测量后，将原始数据及时整理成正式记录，并对每一种量测项目均进行资料整理，综合原始记录表及实际测点图，整理位移值、应力值、位移速度、位移加速度随时间及开挖面距离的变化情况。为使监测工作能及时地为工程安全提供信息，应对观测资料进行整理，使之成为便于使用的成果。

所述监测数据整理的具体内容包括：

(1)观测点平面布置；

(2)位移时程曲线；

(3)位移速率时程曲线；

(4)位移-距开挖面距离曲线；

(5)震动-距离曲线。

本发明所述监测数据模拟分析采用计算机通过有限元软件进行数值模拟仿真分析。为更好地掌握上部近接既有构筑物在隧道开挖过程中的变形和应力分布的变化，对整个工程涉及区域进行了有限元分析，并通过模拟逐段开挖，分析在下部隧道开挖过程中既有构筑物的变形和地压变化，找出最不利工况并作为近接既有构筑物安全监控的参考。

本发明所述监测方法中，每次量测取得各种监测资料后，及时进行处理，排除仪器、读数等操作过程中的失误，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监测数据的可靠性和完整性。然后监测数据全部输入计算机，由计算机计算并描绘出各测量对象的变化曲线，对量测面内的每个量测点(线)分别进行回归分析，求出各自精度最高的回归方程，并进行相关分析和预测，推算出最终位移和掌握位移变化规律，并由此判断结构的稳定性。结合数值模拟分析结果和所得监测数据，整理、分析后总结制作即有构筑物的安全评估报告进行全方位、多角度的评估分析。由此归纳隧道施工过程隧道的变形过程、变形规律、变形幅度以及变形原因，并预报未来变形趋势及工程安全程度。将每日监测成果汇总、分析后制作成日报表反馈给施工单位，同时结合定期监测所得的相关数据制作成月报表反馈给施工单位。向施工方预警的内容包括：

(1)地质预报分析；

(2)周边位移的分析与反馈；

(3)围岩位移及松动区段分析与反馈；

(4)浅埋地表下沉分析与反馈；

(5)爆破震动分析及反馈。

观测成果的分析对隧道施工及安全而言，是极具参考价值的成果。根据监测成果分析，利用已经得到的监测信息进行反分析计算，提供隧道结构的状态，预测未来动态，以便验证设计参数和施工方法，并快速、及时地反馈给有关单位和人员，提前采取技术措施，以达到实时监控施工、指导安全施工的目的。

本发明建立了一套较为科学、系统、完善的监测方法，实现了隧道开挖扰动对近接既有构筑物影响的监测，以便对既有构筑物进行安全评估分析。通过监测数据及时反馈给施工单位，以便施工单位根据情况及时调整施工进度和施工方案，当超过预警指标值时及时采取有效措施以保证既有构筑物的安全。

Claims (6)

1.一种隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其特征在于：所述监测方法的步骤如下：

(1)根据地质报告、近接既有构筑物情况及隧道施工方案制定监测方案；

(2)施工方按施工进度组织施工；

(3)根据监测方案进行现场监测；

(4)对监测数据进行整理和模拟分析，判断是否在预警值范围内；

(5)向施工方预警；

(6)评估施工工艺的合理性和科学性，调整施工方案。

2.根据权利要求1所述的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其特征在于：所述监测方案包括：

(1)监测点布设——根据现场实际情况，布设静态监测点：位移监测点、围岩压力监测点和高程测量点，以及布设动态监测点：爆破振动监测点；

(2)选用监测仪器——精密水准仪、位移计、压力盒、收敛计、拾振器、信号采集系统、计算机和激光测距仪；

(3)监测内容——底板竖向变形监测、受扰动区围岩应力变化监测、隧道爆破对近接既有构筑物的冲击振动监测、近接既有构筑物衬砌和墙体裂缝监测、近接既有构筑物底板水准测量监测；

(4)设定报警指标值——垂直位移、位移计变形量、围岩压力变化值、收敛变形、爆破冲击波峰值加速度、爆破冲击波峰值速度；

(5)确定监测周期频率——在施工前各项监测内容测得初始值，然后依据施工工况，按阶段设立监测频率。

3.根据权利要求2所述的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其特征在于：所述现场监测的具体步骤：

(1)根据工程实际情况选取底板位移和围岩压力监测点；

(2)埋设多点位移计和压力盒监测仪器；

(3)通过数据采集装置采集底板位移和压力数据；

(4)通过拾振器和信号采集系统采集爆破震动波数据；

(5)使用收敛仪定期测量构筑物裂缝的扩展情况；

(6)使用精密水准仪和激光测距仪定期测量位移监测点的高程，并通过数据处理得出位移监测点的绝对沉降。

4.根据权利要求1所述的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其特征在于：所述监测数据整理的具体内容包括：

(1)观测点平面布置；

(2)位移时程曲线；

(3)位移速率时程曲线；

(4)位移-距开挖面距离曲线；

(5)震动-距离曲线。

5.根据权利要求1所述的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其特征在于：所述监测数据模拟分析采用计算机通过有限元软件进行数值模拟仿真分析。

6.根据权利要求1所述的隧道开挖对近接既有构筑物影响的监测方法，其特征在于：所述向施工方预警的内容包括：

(1)地质预报分析；

(2)周边位移的分析与反馈；

(3)围岩位移及松动区段分析与反馈；

(4)浅埋地表下沉分析与反馈；

(5)爆破震动分析及反馈。

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