CN218293664U - 一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，涉及隧道施工领域，包括第一、第二水位孔和第一、第二土体分层竖向位移监测仪，第一水位孔和第一土体分层竖向位移监测仪之间埋设有管线；隧道中线上设有地表沉降监测点，隧道中线下方设有导洞，且导洞的拱顶位置设有拱顶下沉监测点，地表沉降监测点和拱顶下沉监测点设在同一断面上；在导洞的中隔墙上设有中隔墙竖向位移监测点，导洞下端还设有管片结构。本实用新型通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计及施工方法的依据，并积累量测数据，为后续的地下建筑设计与施工提供工程类比的依据。

Description

一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其是涉及一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构。

背景技术

施工阶段的监控量测是地下工程信息化施工的重要组成环节，通过监测掌握围岩、支护结构、地表及临近管线的动态，及时预测和反馈，用其成果调整设计，指导施工，并为今后工程做技术储备。必须严格按设计要求进行监测工作，如有异常，及时反馈。而在大跨段施工过程中监测项目会涉及地表沉降、地下管线沉降、建筑物沉降、倾斜、裂缝监测、地下水位、拱顶沉降、净空收敛等，综合考虑该工程施工特殊性及风险性，增加土体深层水平位移、初期支护钢筋及混凝土应力、初期支护背部土压力等等。

中国专利CN112362025A公开了一种大跨径桥梁施工监测装置，该装置包括：两个固定杆，分别设于两个固定杆上的两个测量杆；螺杆和驱动结构，驱动结构用于带动第一固定杆升降以调节第一固定杆和第二固定杆之间的距离；弹簧组和拉力传感器，拉力传感器设于弹簧组上，拉力传感器用于监测弹簧组的拉力值。本实用新型通过错位监测法，可以直接获得桥梁的相对沉降变形量，不依赖于将地面作为基准，因此获得沉降变形量的准确度较高；其中，本实用新型可以快速确定桥梁是否有沉降、桥梁的沉降范围、沉降最严重位置，还可以准确测量桥梁的沉降为下坡区还是上坡区，以及可以准确测量桥梁顶面相对沉降量和桥梁底面相对沉降量，且测量全面，可靠性高。但是该专利不能有效解决拱顶下沉或周边位移等问题。

中国专利CN113530216A提供的大跨度超高支模实时动态监测施工方法，包括：施工准备，确定模板的施工参数；三维可视化模拟搭设，利用BIM进行模板可视化模型设计，定位弹线及架体搭设，通过BIM模型对立杆间距进行放样和弹线标记，并对立杆位置进行标记，完成后搭设架体；模板安装，浇筑墙柱混凝土，绑扎梁板筋，绑扎板板筋，加固梁边模板；布置监测系统，浇筑梁板混凝土，监测系统实时判定梁板混凝土的浇筑状态，若状态异常则停止浇筑，若状态正常则继续浇筑直至完工，养护及拆模；本实用新型提供的大跨度超高支模实时动态监测施工方法，能够对高支模系统进行实时监控，实时动态了解高支模系统的变形情况，实时反馈监测数据。但是该专利不能有效开监测土体分层竖向位移、初期支护背部土压力的情况。

实用新型内容

为了解决在初支支护与二次衬砌形成过程中出现的结构变形、失稳和破坏以及地面和拱部的过量沉降和坍塌等技术问题，本实用新型提供了一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，包括水位孔模块和土体分层竖向位移监测模块，水位孔模块包括第一水位孔和第二水位孔，土体分层竖向位移监测模块包括第一土体分层竖向位移监测仪和第二土体分层竖向位移监测仪，所述第一水位孔开设于第一土体分层竖向位移监测仪的一侧，所述第二水位孔开设于第二土体分层竖向位移监测仪的一侧，且第一水位孔和第二水位孔之间设有第一土体分层竖向位移监测仪和第二土体分层竖向位移监测仪，且水位孔模块的端部和土体分层竖向位移监测模块的端部同设于隧道中线上；

所述第一水位孔和第一土体分层竖向位移监测仪之间埋设有管线，管线一侧设有管线监测点；

隧道中线上还设有地表沉降监测点，隧道中线下方设有导洞，且导洞的拱顶位置设有拱顶下沉监测点，地表沉降监测点和拱顶下沉监测点设在同一断面上；

在导洞的拱顶和导洞内部均预埋有用于监测初支结构应力的土压力盒，在拱顶的内侧和外侧均设有围岩压力监测点，在导洞的中隔墙上设有中隔墙竖向位移监测点，导洞下端还设有管片结构。

进一步地，所述第一水位孔和第二水位孔的的截面直径都为90mm，且第一水位孔和第二水位孔的深度都为进入强风化地层50cm位置处。

进一步地，土体分层竖向位移监测模块的监测累计控制值为30mm，该控制值时自采集初始值后累计沉降变化量，土体分层竖向位移监测模块的预警值取控制值的80％，且当达到预警值时，需要采取应急措施。

进一步地，所述第一水位孔与第一土体分层竖向位移监测仪之间的距离范围为8-11m。

进一步地，所述第一水位孔、第二水位孔、第一土体分层竖向位移监测仪和第二土体分层竖向位移监测仪之间两两相互平行。

进一步地，所述管线监测点包括管线的节点、转角点、位移变化敏感部位和预测变形部位，且相邻监测点之间的间距设为10m。

进一步地，同时在与隧道中线垂直的断面上布置有拱顶下沉监测点，断面上设置的拱顶下沉监测点不少于3个，拱顶范围内的拱顶下沉监测点之间距离为3m，拱顶范围以外的相邻拱顶下沉监测点的间距设为5m，与开挖轮廓外边线相应一侧45°夹角范围地面布设最外侧沉降监测点，与拱顶以外沉降监测点距离10m。

进一步地，所述导洞内的还设有净空收敛监测点，且净空收敛监测点采用收敛计进行量测，每一断面至少设两条水平测线。

进一步地，所述拱顶下沉监测点和导洞内净空收敛监测点设于同一断面。

进一步地，通过采用精密水准仪对地表沉降监测点和拱顶下沉监测点进行监测。

进一步地，通过采用水准仪对中隔墙竖向位移监测点进行监测。

进一步地，通过采用土压力计对围岩压力监测点进行监测。

进一步地，通过采用分层沉降仪对分层土体竖向位移进行测量。

进一步地，四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构的监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：地质及支护观察：对开挖后的工程地质与水文地质进行观察；

步骤S2：沉降监测：采用精密水准仪和铟钢尺按照二级水准进行测量，测量项目包括地表沉降、地下管线和周边建筑物沉降；

步骤S3：通过全站仪配合固定反光片进行测量，且拱顶和侧墙收敛监测；

步骤S4：土体分层竖向位移监测：采用土体分层竖向位移监测隧道围岩产生的变形、空洞和坍塌的情况；

步骤S5：通过初期支护背后预埋土压力盒，对初支背后土体压力监测，结合导洞侧壁预埋应力计监测数据，分析结构沉降及受力状态；

步骤S6：现场巡护，监测结束。

进一步地，所述步骤S1中的观察包括对支护裂隙和拱架支护状态的观察，以及对建筑物裂缝的观察，并对支护裂隙、拱架支护状态和建筑物的裂缝的观察情况进行描述，且进行观察这一动作是在开挖及支护后立即进行。

进一步地，所述步骤S1中的建筑物竖向位移监测点布设在外墙或承重柱上，监测点沿外墙间距设为10m-15m。

进一步地，地表沉降监测点设在隧道中线上，并与拱顶下沉监测点设在同一断面上，且同时在与隧道中线垂直的横断面上布置监测点，间距设为5m。

进一步地，所述地下管线均需布设监测点，地下管线的监测点包括地下管线的节点、转角点、位移变化敏感部位和预测变形部位均应布置，相邻监测点之间的间距设为10m。

进一步地，在开挖施工前，应在地面变形影响范围之外，便于长期保护的稳定位置，埋设水准点，进行水准网布设，首次观测时，增加测回数，取3-5次的数据作为监测点的初始读数。

进一步地，所述步骤S3中的监测是在支护结构施工时埋设，且在支护结构完成后不迟于12小时后取得初始值，之后按照3-5次的监测频率进行日常监测，并记录监测的数据。

进一步地，所述步骤S4中土体分层竖向位移的监测累计值为30mm，变化速率为3mm/d，土体分层竖向位移的预警值取控制值的80％。

进一步地，所述步骤S4中隧道洞内收敛采用收敛计进行量测，每一断面至少设两条水平测线。

进一步地，所述拱顶下沉监测点量测和隧道洞周的收敛量测设于同一断面，每个断面上设置的拱顶下沉监测点不小于3个。

进一步地，大跨开挖时，隧道内沉降点和一组收敛点为一个断面，洞门设置一组，进洞2m为第二组，第三组及以后相邻断面之间设为5m，土压力盒及轴力计为一个断面，洞门口设置一组，间隔5m设置一组。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果具体体现在：

本实用新型在施工过程中按照分级管控进行监控量测，监视围岩应力和变形情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全，且通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计及施工方法的依据，提供土层和支护衬砌最终稳定的信息，并积累量测数据，为今后的地下建筑设计与施工提供工程类比的依据。

附图说明

图1为本实用新型的施工断面监测布点图；

图2为图1的部分放大图。

附图标记如下：1.第一水位孔；2.第二水位孔；3.第一土体分层竖向位移监测仪；4.第二土体分层竖向位移监测仪；5.隧道中线；6.管线；7.管线监测点；8.地表沉降监测点；9.导洞；10.拱顶；11.拱顶下沉监测点；12.土压力盒；13.围岩压力监测点；14.中隔墙竖向位移监测点；15.管片；16.净空收敛监测点。

具体实施方式

为使本实用新型的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1和图2所示一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，包括水位孔模块和土体分层竖向位移监测模块，水位孔模块包括第一水位孔1和第二水位孔2，土体分层竖向位移监测模块包括第一土体分层竖向位移监测仪3和第二土体分层竖向位移监测仪4，所述第一水位孔1开设于第一土体分层竖向位移监测仪3的一侧，所述第二水位孔2开设于第二土体分层竖向位移监测仪4的一侧，且第一水位孔1和第二水位孔2之间设有第一土体分层竖向位移监测仪3和第二土体分层竖向位移监测仪4，且水位孔模块的端部和土体分层竖向位移监测模块的端部同设于隧道中线5上；所述第一水位孔1和第一土体分层竖向位移监测仪3之间埋设有管线6，管线6一侧设有通过采用水准仪进行监测的管线监测点7；且所述第一水位孔1、第二水位孔2、第一土体分层竖向位移监测仪3和第二土体分层竖向位移监测仪4之间两两相互平行；所述第一水位孔1开设与第一土体分层竖向位移监测仪3之间的距离范围为8-11m。土体分层竖向位移监测模块的监测累计值为30mm，土体分层竖向位移监测模块的预警值取控制值的80％。第一水位孔1和第二水位孔2的截面直径都为90mm，第一水位孔1的地底端位于进入强风化地层50cm位置处。

隧道中线5上还设有地表沉降监测点8，隧道中线5下方设有导洞9，且导洞9的拱顶10位置设有拱顶下沉监测点11，地表沉降监测点8和拱顶下沉监测点11设在同一断面上，且均是通过采用精密水准仪对地表沉降和拱顶下沉进行监测；同时在与隧道中线5垂直的断面上布置有拱顶下沉监测点11，断面上设置的拱顶下沉监测点11不少于3个，且相邻拱顶下沉监测点11之间的间距设为5m。所述导洞9内的还设有净空收敛监测点16，且净空收敛监测点16采用收敛计进行量测，每一断面至少设两条水平测线。所述拱顶下沉监测点11和导洞9内净空收敛监测点16设于同一断面。

在导洞9的拱顶10和导洞9内部均预埋有用于监测初支结构应力的土压力盒12，在拱顶10的内侧和外侧均设有通过土压力计进行监测的围岩压力监测点13，在导洞9的中隔墙上设有通过水准仪进行监测的中隔墙竖向位移监测点14，导洞9下端还设有管片15结构。所述管线监测点7包括管线6的节点、转角点、位移变化敏感部位和预测变形部位，且相邻管线监测点7之间的间距设为10m。且沿中心线设置的左右两侧结构呈镜像对称，其中设置在隧道中线5上的地表沉降监测点8向下延伸直至到导洞9下方，存在一夹角A，该夹角A为45°。

一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：地质及支护观察：对开挖后的工程地质与水文地质进行观察；

具体的，所述步骤S1中的观察包括对支护裂隙和拱架支护状态的观察，以及对建筑物的裂缝的观察，并对支护裂隙、拱架支护状态和建筑物的裂缝的观察情况进行描述，且进行观察这一动作是在开挖及支护后立即进行。建筑物竖向位移监测点布设在外墙或承重柱上，监测点沿外墙间距设为10-15m。地表下沉的监测，监测点设在隧道中线上，并与拱顶下沉监测点设在同一断面上。地表下沉，在与隧道中线垂直的横断面上布置监测点，间距设为2-5m。

所述地下管线均需布设监测点，地下管线的监测点包括地下管线的节点、转角点、位移变化敏感部位和预测变形部位均应布置，相邻监测点之间的间距设为10m，必要时加密。沿大跨范围布设观测点，每10-50m布置一条横测线，在特殊地段加密测点，在该线上设5个监测点进行观测，用水准仪对各监测点进行定期观测，并与初始数据进行对比分析，并绘制变形沉降曲线图。比较测得的沉降值与设计提供的地面沉降允许值，若较为接近，立即对地层进行加固，同时主体施工时做好防水，以免周围地层因地下水流失而下沉。通过对施工影响范围内高层建筑物进行沉降监测，及时对数据进行分析，设计单位可根据分析结果更改原设计、施工方式，以监测信息指导施工单位的施工顺序和进度，进行信息化施工。

步骤S2：沉降监测：采用精密水准仪和铟钢尺按照二级水准进行测量，测量项目包括地表沉降、地下管线、周边建筑物沉降；

具体的，所述步骤S2中在开挖施工前，应在地面变形影响范围之外，便于长期保护的稳定位置，埋设水准点，进行水准网布设，首次观测时，增加测回数，取3-5次的数据作为监测点的初始读数。

步骤S3：通过全站仪配合固定反光片进行测量，拱顶、侧墙收敛监测，拱顶下沉和周边位移的监测点须在支护结构施工时埋设；

具体的，所述步骤S3中的监测点在支护结构施工时埋设，且在支护结构完成后不迟于12小时后取得初始值，之后按照3-5次的监测频率进行日常监测，并记录监测的数据。拱顶下沉位移的大小，直接反应拱顶地层及拱脚支护是否稳定，是防止拱脚塌方的重要监测方法。拱顶下沉量测是紧随开挖面在结构拱顶部位布设一个或多个分布开挖的监测点，在施工期间量测其下沉的情况。仪器设备主要有水准仪和钢挂尺。

步骤S4：土体分层竖向位移监测：采用土体分层竖向位移监测隧道围岩产生的变形、空洞和坍塌的情况。

具体的，所述步骤S4中土体分层竖向位移的监测累计值为30mm，变化速率为3mm/d，预警值取控制值的80％。隧道洞内的收敛采用收敛计进行量测，每一断面至少设两条水平测线。所述拱顶下沉监测点量测和隧道洞周的收敛量测设于同一断面，每个断面上设置的拱顶下沉监测点不小于3个。大跨开挖时，所述隧道内的各个洞门相邻之间间距2m，相邻断面之间设为5m，每个断面包括一个沉降点和一组收敛点。

步骤S5：通过初期支护背后预埋土压力盒，对初支背后土体压力监测，结合导洞侧壁预埋应力计监测数据，分析结构沉降及受力状态。

具体的，所述步骤S5中初期支护背后预埋土压力盒，位于各导洞初支纵向每5m布设一个测点，同时位于拱脚梁纵向每5m布设一个测点，土压力计测量精度为0.5％FS。所述步骤S5中通过对初期支护背后土压力计压力监测，对各导洞分别开挖阶段及肩部导洞联立形成扣拱阶段，不同受力转换情况，围岩及结构受力情况掌握，以确保及时采取应急措施，保证开挖安全；通过对拱脚梁预埋土压力计监测，对导洞联立成拱阶段及大拱盖下部导洞侧壁拆除阶段，拱脚受力变化情况掌握，在拱脚发生位移变形前，能够及时掌握变化趋势，及时采取应急支顶措施，保证工程结构及施工安全。

步骤S6：现场巡护，监测结束。具体的，现场巡视时要保证监测工程的质量，除了需要有先进的监测仪器设备及富有经验的工程技术人员外，更重要的还应通过不间断的现场查看予以保证，派专人对开挖面土质情况、支护结构体系、隧道上方周围环境经常巡视、保证监测点的正常使用并能及时发现监测点的异常损坏并及时恢复被损坏之监测点，并根据变形量及变形速率双控指标进行监测点预警判断，根据两者进行综合预警判断，经判断达到综合预警状态时，及时通过口头、电话或短信方式报驻地监理、第三方监测单位，同时采取应急防护措施。其中土质情况包括土质稳定性状态，开挖面渗水情况；支护结构体系包括渗漏水情况、支护结构变形情况；隧道上方周围环境经常巡视包括隧道暗挖影响区域内地表建筑物的观察，地表积水及荷载。

且在量测过程中须采取有效措施，保证量测数据的及时性、准确性和连续性。施工监测随隧道施工的进程连续进行，在砂层地段、开挖卸载急剧阶段、喇叭口段及多孔隧道段等，应加大量测频率。

具体的，施工过程中按分级管控进行监控量测，横通道开挖：5％、导洞开挖：50％、二衬扣拱：40％、开挖站台层：5％进行管控。

(1)监视围岩应力和变形情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全。

(2)提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据。

(3)通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计及施工方法的依据，提供土层和支护衬砌最终稳定的信息。

(4)积累量测数据，为今后的地下建筑设计与施工提供工程类比的依据。

而监测的内容具体如下表1、表2和表3，其中表1为现场监测项目汇总表，表2为监测频率一览表，表3为建筑物控制指标参考值表；

表1

表2

其中，表2中的B为隧道直径或跨度。

表3

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，包括水位孔模块和土体分层竖向位移监测模块，水位孔模块包括第一水位孔和第二水位孔，土体分层竖向位移监测模块包括第一土体分层竖向位移监测仪和第二土体分层竖向位移监测仪，所述第一水位孔开设于第一土体分层竖向位移监测仪的一侧，所述第二水位孔开设于第二土体分层竖向位移监测仪的一侧，且第一水位孔和第二水位孔之间设有第一土体分层竖向位移监测仪和第二土体分层竖向位移监测仪，且水位孔模块的端部和土体分层竖向位移监测模块的端部同设于隧道中线上；所述第一水位孔和第一土体分层竖向位移监测仪之间埋设有管线，管线一侧设有管线监测点；

隧道中线上还设有地表沉降监测点，隧道中线下方设有导洞，且导洞的拱顶位置设有拱顶下沉监测点，地表沉降监测点和拱顶下沉监测点设在同一断面上；

在导洞的拱顶和导洞内部均预埋有用于监测初支结构应力的土压力盒，在拱顶的内侧和外侧均设有围岩压力监测点，在导洞的中隔墙上设有中隔墙竖向位移监测点，导洞下端还设有管片结构。

2.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，所述第一水位孔和第二水位孔的截面直径都为90mm，且第一水位孔和第二水位孔的深度都为50cm。

3.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，土体分层竖向位移监测模块的监测累计控制值为30mm，土体分层竖向位移监测模块的预警值取控制值的80％。

4.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，所述第一水位孔与第一土体分层竖向位移监测仪之间的距离范围为8-11m。

5.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，所述第一水位孔、第二水位孔、第一土体分层竖向位移监测仪和第二土体分层竖向位移监测仪之间两两相互平行。

6.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，所述管线监测点包括管线的节点、转角点、位移变化敏感部位和预测变形部位。

7.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，在与隧道中线垂直的断面上布置有拱顶下沉监测点，断面上设置的拱顶下沉监测点不少于3个，且相邻拱顶下沉监测点之间距离为3m。

8.根据权利要求1所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，所述导洞内还设有净空收敛监测点，且净空收敛监测点采用收敛计进行量测，每一断面至少设两条水平测线。

9.根据权利要求8所述的一种四线并行大跨地铁隧道开挖施工监测结构，其特征在于，所述拱顶下沉监测点和导洞内净空收敛监测点设于同一断面。

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