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上海地铁监护监测设计

时间:2014-03-02 14:09来源:未知 作者:监测人 点击:
上海地铁监护监测设计,监护监测目前主要进行定位监测、沉降位移监测、水平位移监测、隧道收敛监测。监护监测是地铁监护工作的一个重要部分,与长期监测相比,监护监测监测范围有限;数据实时和精度要求高;变形及过程不可复现;作业环境困难;隧道内无稳定的基准点;工



  

3.1 监测目的

地铁建成之后,在保护区范围内(隧道段保护区范围为50,高架段保护区范围为30)进行各种工程施工以及地铁的治理工程施工时,需对地铁进行监护监测,以及时了解施工对地铁的影响程度,以确保地铁安全。

3.2 监测内容和方法

监护监测是地铁监护工作的一个重要部分,与长期监测相比,监护监测监测范围有限;数据实时和精度要求高;变形及过程不可复现;作业环境困难;隧道内无稳定的基准点;工程多样性及对地铁影响程度的不同等等特点。

监护监测目前主要进行定位监测、沉降位移监测、水平位移监测、隧道收敛监测。

各监测项目依工程对地铁的影响分别采用人工监测和自动化监测进行。

人工监测是采用人工的方式低频度进行数据采集。其中沉降位移监测采用水准测量方法,水平位移监测采用经纬仪测量或投影方法,隧道收敛监测采用固定直径测量法

自动化监测是将自动化监测的仪器设备安装在监测区域范围内进行无人值守的高频度自动数据采集。通过有线或者无线的方式传输到控制中心,从而达到实时监测的目的。其中沉降位移监测采用静力水准电子水平尺,水平位移监测采用全站仪极坐标自动化监测

3.3监测精度要求

一般工程按1.4条规定进行,穿越工程按《城市轨道交通工程测量规范18.1.8条规定,变形监测精度按Ⅰ等要求进行,其各项指标为

变形点的高程中误差为±0.3 mm

相邻变形点的高差中误差为±0.1 mm

变形点的点位中误差为±1.5 mm, (横向中误差为±1.0 mm)

3.4监测范围

地铁周边施工的基坑与地铁的垂直投影位置外延伸三倍施工深度的区域为地铁监护监测的范围。

3.5 监测点埋设

1) 沉降位移监测点:在投影范围内按间距5、投影范围外按间距10布设。原则上应可利用原有隧道长期沉降测点。当不足或无法利用时按照1.3节的要求另行布设。

2)水平位移监测点:位置与密度按工程特点布设,道床上监测点可利用沉降监测点刻画清晰的标记,以此作为水平位移监测的位置。

3)隧道收敛监测点埋设

监护监测时隧道收敛监测采三固定对径测量法。

对径点位置:

大直径:按设计通缝拼装的隧道其横向水平直径位于标准块与邻接块接缝(腰缝)下弧长0.803m

小直径:腰缝上弧长约0.02m无障碍物处

竖向直径(净空):隧竖向中心线

三固定对径两端均设置固定标志或粘贴全站仪反射棱镜片。

两端位置可借助有机玻璃材质加工的专用辅助工具标定。

3.6 监测工作的实施

3.6.1定位监测

定位监测分二阶段进行

施工方案技审阶段依据轨道交通竣工资料(或现状资料)和施工总平面资料进行,取得施工工程最外侧结构与轨道交通线结构间相对关系数据,作为监护技审工作的依据之一。

现状资料需进行实测,实测时应使用同一平面坐标和高程系,应用二级导线和图根水准进行实测

施工实施阶段

依据现状资料和施工资料计算施工区域在轨道交通线的投影位置及相应的坐标、里程、环号,由此确定监护监测的范围和确定相对稳定区域,仅有坐标时应在轨道交通线内实地放样投影位置

施工位置实地确定后应对施工区域的轨道交通线侧桩位进行监护复核确认,对于穿越、骑跨轨道交通线的工程还需进行施工高程基点的复核

监护复核平面以二级导线、垂直以图根水准要求进行

 

3.6.2 垂直位移监测

监护监测范围相对有限,因而与长期监测相比,监护监测的垂直位移监测有其特点

A.基准点选取困难,尽量选择相对稳定之处,基准点一般布设在影响范围外大于50或车站等相对稳定位置。

B.水准线路大部不足1 km,观测精度要求宜以测站为单位衡量,规范规定的二等水准测量每公里往返测高差中数偶然中误差为 ±1.0mm (S50m) 换算得单程观测测站高差中误差m=±0.45mm 

1.水准测量方法

一般情况下基准点应在监测范围的二端分别布设,每端不少于2个点,点间距应不小于50,确因现场条件不可能时基准点可布设在监测范围的一端,数量不得少于3个。

采用二等水准测量的方法进行沉降位移监测,水准路线应闭合或附合,技术要求参照本文的第一章第5节。

2.静力水准沉降位移监测

静力水准测量的工作原理,是利用液体通过连通管,使多个容器实现液面平衡,测定基准点、观测点到液面的垂直距离,这两个垂直距离之差,就是两点间的高差。

用传感器测量各观测点容器内液面的高差变化量,计算求得各测点相对于基点的相对沉降量


如图2.5.1所示,设共布设有n个测点,1号点为相对基准点,初始状态时各测量安装高程相对与(基准)参考高程H0间的距离则为:Y01Y02……Y0iY0n(i为测点代号,i=01……n)。各测点安装高程与液面间的距离则为h01h02……h0ih0n,则有:Y01+h01= Y02+h02= Y0i+h0i= Y0n+h0n 
当发生不均匀沉降后,设各测点安装高程相对于基准参考高程面H0的变化量为:Δhj1、Δhj2……Δhji…Δhjn(j为测次代号,j=123……)。各测点容器内液面相对于安装高程的距离为hj1hj2、… hji、… 、hjn。由图可见:
Y01+Δhj1+hj1= Y02+Δhj2+hj2=Y0i+Δhji+hji   
= Y0n+Δhjn+hjn 
j次测量i点相对于基准点1的相对沉降量Hil
Hil=Δhji-Δhj1 
由(式2.5.2.2)式可得:
    Δhj1-hji=(Y0i+hji)-(H01+hj1)
=(Y0i- Y01)+( hji –hj1)  
由(式2.5.2.1)式可得: (Y0i- Y01)=h01-h0i 
将(式2.5.2.5)式代入(4)得:
Hil=hji-hj1-h0i-h01 
即只要用传感器测得得任意时刻各测点容器内液面相对与该测点安装高程的距离hji(含hji及首次的h0i),则可求得该时刻各点相对于基准点1的相对高程差。如把任意点g12I,n)做为相对基准点,将f测次做为参考测次,则同样可求出任意测点相对g测点(以f测次为基准值)的相对高程差Hig
Hig=hij-hig-hfj-hfg 
式静力水准仪由主体容器、连通管、传感器等部分组成。当仪器主体安装墩发生变化时,主体容体相对于位置产生液面变化,引起装有中间极的浮子与固定在容器顶的弦的相对位置发生变化,并通过自动测量装置采集到产业化信息,计算得测点的相对沉降。
i测点第j测次相对于首次基准点的相对高程变化:
Hil=hij-hi0-h1j-h10
Hij=(Zij-Zi1)×Kfi-(Z1j-Z10)×Kf1
式中:ZijZi1为第i测点仪器的第j次和首次读数;Kfi为第i测点仪器的灵敏度系数;Z1jZ10为基准点仪器第j次和首次读数;Kf1为基准点仪器的灵敏度系数。
计算结果为正,则测点相对基准点下沉了Hij
 
 
3)电子水平尺沉降位移监测
电子水平尺,核心是一种电解液式传感器,在经过适当的设计及校正后,用来监测结构物的变形情况。
传感器的电解液装入圆筒形容器内,不论容器或载体位置如何,电解液液面始终位于水平位置,可以将容器的某一需要选取的方向与水平方向(即液面)的夹角转换为电信号输出。

利用电子水平尺电解液界面的变化可测量结构的角位移量的原理来进行沉降位移监测。具体操作是将倾斜传感器固定在一长度为L的支架上形成一个电水平,电水平尺安置后可由倾斜传感器测出角位移量θ,则该电水平尾端相对前端的沉降量为:Δh=θ* L

当若干根电子水平尺依次首尾相连组成尺链时,第n根电水平尾端相对尺链首端的沉降量为

Hn=Δh1+Δh2+…………+Δhn

 Δhn为第n根电水平尾端相对于前端的沉降量。

尺链首、尾两端应设置在相对稳定区域,视作基准点,日常尺链测值需依两端为基准进行平差计算以提高沉降位移测量精度

应定期使用水准测量方法检测首、尾两端相对相对沉降情况,相对沉降量大小更新基准数据

 

3.6.3水平位移监测

虽有多种水平位移的测量方法可供选用.但在地铁隧道的现场环境和运营条件下唯有投影法和坐标法比较适宜和常用

1)视准线投影法

   视准线投影法基本工作原理是用经纬仪建立基准线,测定各观测点到基准线的距离。

在监测区域两端架设经纬仪或全站仪,在监测区域反方向的延长线上照准一定向点,旋转一固定角度β(尽可能多的与监测点通视),建立起一条基准线。在轨道上划上清晰且细的“+”字,以此作为该点平面位移监测的初始位置。在日常监测中,采用同样方法观测,旋转一固定角度β后,照准位置与“+”字之间的距离为该点水平位移的累计值DD可以通过游标卡尺量测。

2)小角度法

架站和定向方法同投影法,对每个监测点进行角度观测,通过角度的变化计算监测点水平位移变化。

D=(α/206265*L

其中:

D——监测点水平位移累计值

α——偏角('')

L——架站点到监测点的距离(mm

3)方向线偏移法

如果监测线路过长,或线路弯道过大,通过两端架站无法测量所有监测点时,可采用方向线偏移法进行监测。

采用方向线偏移法对水平位移监测点进行变形观测。如图所示, A点和B点为水平位移监测控制点。


每次监测时,先要测量∠APB角的变化量,求得P点的横向位移量,再测量∠APi角的变化量,从而求得诸观测点i的横向位移量。其各点的横向水平位移计算按公式。


对于每一个施工区,在测站和位移点设定后,就可求得各点之间的距离,从而可事先算得各点系数,以后只要测得角度变化 ,即可算得位移量(下式为某工程直接计算出的系数公式);水平位移的符号相对周边基坑而言:向内为正,向外为负。

4)单台全站仪位移监测系统 

单台全站仪位移实质上是自动进行观测的极坐标测量系统。

以单台TCA型全站仪和配套硬软件组成的位移监测系统包括测点、仪器、通讯、数据处理四大部分。下图即为该系统的基本组成:



工作基点上架设全站仪,以定向点定向后测量变形区域内的变形点,得到各点的三维坐标值(或为方向值、距离),通过有线或者无线的方式将数据传到数据中心,进行数据的处理,得各变形点的坐标值,与前一观测周期坐标值相比较,得到各变形点的位移量,并生成报表。

3.6.4固定直径测量法

监护监测时隧道收敛监测采三固定对径测量法

3.3中已述“变形点的点位中误差为±1.5 mm (横向中误差为±1.0 mm)”,

 

固定对径测量时,置全站仪于环中部、测定每一对径两端反射贴片在同一坐标系中的坐标XaYaZaXbYbZb

反算得到两直径端点的平距D和高差h


将各次平距测量值与原始值进行比较,可以得到隧道的该对径变化情况。

将各次高差测量值与原始值进行比较,可以得到隧道的偏转变化情况






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