1、地铁车站监测数据分析2005年3月10 日监测数据的重要性n基坑工程发生重大事故前都有预兆，这些预兆首先反映在监测数据中，因此要紧跟施工进展情况进行跟踪测量。对关键部位的测点在施工过程中应适当增加监测频率，并及时分析监测数据，了解监测数据所表示的车站基坑工程的当前程度、变化规律和发展趋势，若发现变形量、变形速率大于报警值等异常现象，应及时在设计和施工上采取相应的防止措施来控制险情。监测的关键点n什么是关键点n如何确定关键点n关键点是随施工的进展而动态变化的n随时关注关键点的量值变化警戒值的确定n在工程监测中，每一个测试项目都应根据实际情况的客观环境和设计计算，事先确定好相应的警戒值，以判断位移
2、或受力状况是否会超过允许的范围，判断工程施工是否安全可靠，是否需调整施工步序或优化原设计方案。因此，测试项目的警戒值的正确确定至关重要。在保证安全的前提下，综合考虑工程的质量和经济等因素，减少不必要的资金投入。一般情况下，每个警戒值应由两部分控制，即总允许变化量和单位时间内允许变化量。警戒值的确定n设计院确定警戒值n分阶段控制n变形量和变形速率控制n预警值与警戒值n监测数据的配套n监测的管理，要求监测提供什么资料n监理如何发挥作用测 斜变形警戒值的确定n第一步：设计单位根据房屋管理部门、管线单位的规定，并针对周围建构（筑）物和管线的结构特点、地质条件、新旧情况等，通过分析计算提出整个开挖期间的
3、最大变形允许值 。n第二步：结合支护结构设计计算，制定各施工阶段的最大变形警戒值 和变形速率警戒值 ：n (mm/d,或每班次)n式中 本道工序下的最大变形警戒值；上一道工序下的最大变形警戒值；本道工序下的变形速率警戒值；本道工序所需的天数或班次数。正常的变形曲线n向下逐步增大n已加支撑处的变形小n墙顶可能会向基坑内位移n开挖时变形速率增加n有支撑时，变形小值稳定增加或不变n应根据工况条件综合判断，以及和其它测值相互印证墙体变形示意图正常的测斜曲线墙顶位移的问题n严禁拖延第一道支撑的安装，这是一个很重要但又容易被忽视的问题。第一层开挖尚未支撑前，地下墙上部处于悬臂受力状态，此时最大水平位移发生
4、于墙顶处，并随无支撑暴露时间的延长而增大。若不及时支撑将导致墙顶位移过大，坑外地表数十米范围将会开裂，从而影响周围环境的安全。若裂缝进水后，还将进一步降低基坑的安全度。异常情况及说明的问题n已有支撑处的变形继续增加，支撑轴力会增加、拱起、失稳，支撑与墙体接触点压损n墙顶位移持续增加，悬臂、折断、整体失稳，如徐家汇n踢脚，踢脚位移大于最大位移的三分之一以上，基坑易整体失稳n墙体局部大变形，墙体折断、破坏，如徐家汇n墙体的变形速率加速增长n墙体变形大于0.5%Hn车站基坑的不对称变形有支撑处墙体位移持续增加有支撑处墙体位移持续增加地下墙水平位移最大值变化速率地下墙水平位移最大值变化速率墙顶位移持续
5、增加n墙体变形、墙后地面沉降和抗隆起稳定系数的关系n基坑保护等级表地铁车站基坑的等级标准 基坑等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求环境保护要求一级1.地面最大沉降量0.1%H2.围护墙最大水平位移0.14%H3.Ks2.2基坑周边以外0.7H范围内有地铁、共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑或设施，必须确保安全二级1.地面最大沉降量0.2%H2.围护墙最大水平位移0.3%H3.Ks2.0离基坑周边H2H范围内有重要管线或大型的在使用的建（构）筑物三级1.地面最大沉降量0.5%H2.围护墙最大水平位移0.7%H3.Ks1.5离基坑周围2H范围内没有重要或较重要的管线、建（构）筑物注：H
6、为基坑开挖深度，Ks为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式计算。建筑物的沉降多层建筑物的沉降n建筑物的允许沉降值，0.1%建筑裂缝，0.2%结构裂缝n建筑物的差异沉降（倾斜）n裂缝的发展n建筑物的易开裂部位、敏感的部位：围墙、门、窗角部、地面，应力集中处，砖石房屋n总沉降量与差异沉降量的关系n总沉降量过大，建筑物与公共管线的连接处破坏建筑物的容许变形值建筑物的倾斜高层建筑物桩基沉降n较小的沉降值也可能很危险，如大于5mmn以整体下沉为主，倾斜沉降相当危险n桩基怕水平位移，特别是有接头的预制桩工程实例工程实例n地铁二号线某车站。挖至最下一层（-15.5m）时，从当天的监测资料中发现一侧地下墙一天中位移
7、了2mm，最大位移达35mm。而此处挡墙外的建筑物基础下的锚杆静压桩，其接头为承插式接头，可能因基坑挡墙位移引起桩身挠曲，导致接头在偏心受压的集中应力作用下破坏。在这种情况下将坑内支撑下移1m，结果有效地控制了墙体位移，保证了建筑物桩基的安全。地下管线的沉降预制混凝土管道接头形式砼及钢筋砼排水管道的各种接头形式注：水泥砂浆接缝对地基变形很敏感，很易开裂。上水管道的接头形式铸铁管承插式上水管道接头形式煤气管道的接头形式地下管线的允许沉降n曲率半径，刚性管线和柔性管线n相对沉降、倾斜n允许张开值n总沉降的控制n接头的形式，各种接头的差别n测点的布置要求，布置在接头上和土中刚性管道保护步骤n按弹性地
8、基梁的方法计算分析，因基坑施工引起管道地基沉陷而发生弯曲应力。如 管材允许抗拉(压)强度，只要施工正常，管道地基沉陷不超过预计的幅度，则管道处可以不必加固。n如沉降超过预计幅度，管道中 允许值，则需预先按设计埋设注浆管，在量测监控条件下以分层注浆法将钢管下沉陷的地基调整到要求的位置。弹性地基梁的公式n当地层无下沉时:n当地层下沉w时:推导出的作用在管道上的纵向弯矩n管道纵向变形为n管道纵向应力为管道的允许曲率半径刚性管道的允许曲率半径计算n n K 为基床系数n 为管道位移n 为管道的惯性矩n 为管道的弹性模量n q 为作用在管道上的压力 w 管道处地层沉降量 管道变形曲率半径 管道的允许应力
9、 管道允许曲率半径柔性管道的允许曲率半径n(1)按管节接缝张开值确定管线允许曲率半径n(2)按管道纵向受弯应力确定允许曲线半径n(3)按管道横向受压时管壁允许应力确定管线允许曲率半径数据分析n倾斜值n张开值的计算n曲率半径n变形速率地下管线的相对沉降地下管线的相对沉降地下管线的监护n通常应沿管线每6m布置一量测点，地下管线变形测量有间接法和直接法两种：直接法就是将测点直接布置在管线上，而间接法则是将测点设在靠近管线底面的土体中。土体沉降常先于管线沉降而造成管线底面和土体脱空，这时应立即采用速凝的双液注浆来填充空隙，以防止管线沉降。因此，为分析管道纵向弯曲受力状况和及时采用跟踪注浆调整管线差异沉
10、降，通常两种测点都要布设。测点的埋设跟踪注浆n跟踪注浆应保证受沉降影响的管道每相邻的三个节点均满足以下要求,即可保证管线安全:nA、B、C相邻管节节点标高；管接口允许张开值；D管道直径；L管节长度。纵向沉降数值分析纵向沉降数值分析纵向沉降的变化规律纵向沉降纵向放坡对坑外沉降的影响n车站基坑纵向放坡较大处，往往是坑外地表纵向差异沉降较大处，土坡越缓，沉降曲线就越平缓。因此若在土坡附近有需保护的建筑或管线，应减缓该处坡度以减小管线弯曲和建筑物的差异沉降。i为较陡的土坡坡度，R为土坡坡度为i时，邻近建筑或管道地基沉降曲线曲率半径i1为较缓的土坡坡度，R1为土坡坡度为i1时，邻近建筑或管道地基沉降曲线
11、曲率半径工程实例工程实例n上海地铁一号线某车站基坑。长232.2m，宽22m，底板埋深15m，平行于车站纵向两侧有众多管线，紧靠基坑的有：东侧有500、700铸铁煤气管各一根，距离端头井地下墙边线分别为1.7m和1.3m，西侧有30孔国际通信电缆，距离基坑仅1.1m。基坑开挖采用分段明挖。在历时一年多的基坑施工中，为保护地下管线的安全，采用了跟踪监测和跟踪注浆方法，最后测得开挖阶段的最大累计沉降和沉降曲线斜率分别为：n西侧700上水管：52.3mm、0.79；西侧30孔通信电 缆：51.3mm、1.53；东 侧 500煤 气 管：26.4mm、0.141；东侧700煤气管：27.0mm、0.0
12、31。地铁一号线上体馆车站基坑周围管线 可能采取的措施n挖开n吊起n跟踪注浆n其它环境保护技术边坡位移的监测测点的位置位移的判断n位移的大小n位移的速率破坏的迹象n裂缝n冒水、渗水、冒泡n土体软化n蠕变预防措施n卸载与修坡n防水等等支撑轴力n支撑的预加轴力n轴力的松弛与复加n支撑轴力随温度的变化n支撑轴力随工况的变化n测试仪器的区别，表面应变计和柱式轴力计的差异n轴力的分析，多因素影响水位观测n基坑外水位允许变化值n降水水位观测，降水效果基坑坑底的回弹和隆起n回弹的规律n正常的回弹n塑性变形，或底板破坏、踢脚破坏n回弹变形的速率、累计变化的情况孔隙水压力、土压力n孔隙水压力和土压力的测量以科研
13、为主n孔隙水压力的上升、下降与消散n不同部位的孔压变化正常情况，加固时孔压的变化n破坏时的孔压、土压力变化趋势n土压力随时间的变化曲线，规律土压力与时间的关系土压力与墙体位移的关系孔隙水压力随时间变化图地面沉降与水平位移n地面沉降与水平位移的关系n地面最大沉降发生的位置，与保护对象坐落位置的关系，沉降发生的范围n地面纵向沉降的规律，端头井处的突变与管线的破坏n水平位移的影响范围较小，但对建筑物的影响大基坑周围位移场理想的纵向沉降曲线预测其它n数据的综合分析与相互验证n基坑周围地表裂缝、建筑物裂缝和支护结构的裂缝观测n位移基准点的定期检查和测量n量测数据和施工工况的配套各数据之间的内在联系n墙体位移和墙后地面的沉降n墙体位移和抗隆起稳定安全系数n墙体位移和土压力n支撑轴力、墙体位移和墙后地面的沉降
