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上海地鐵監(jiān)護監(jiān)測設(shè)計

時間:2014-03-02 14:09來源:未知 作者:監(jiān)測人 點擊:
上海地鐵監(jiān)護監(jiān)測設(shè)計,監(jiān)護監(jiān)測目前主要進行定位監(jiān)測、沉降位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、隧道收斂監(jiān)測。監(jiān)護監(jiān)測是地鐵監(jiān)護工作的一個重要部分,與長期監(jiān)測相比,監(jiān)護監(jiān)測監(jiān)測范圍有限;數(shù)據(jù)實時和精度要求高;變形及過程不可復現(xiàn);作業(yè)環(huán)境困難;隧道內(nèi)無穩(wěn)定的基準點;工
  

3.1 監(jiān)測目的

地鐵建成之后,在保護區(qū)范圍內(nèi)(隧道段保護區(qū)范圍為50,高架段保護區(qū)范圍為30)進行各種工程施工以及地鐵的治理工程施工時,需對地鐵進行監(jiān)護監(jiān)測,以及時了解施工對地鐵的影響程度,以確保地鐵安全。

3.2 監(jiān)測內(nèi)容和方法

監(jiān)護監(jiān)測是地鐵監(jiān)護工作的一個重要部分,與長期監(jiān)測相比,監(jiān)護監(jiān)測監(jiān)測范圍有限;數(shù)據(jù)實時和精度要求高;變形及過程不可復現(xiàn);作業(yè)環(huán)境困難;隧道內(nèi)無穩(wěn)定的基準點;工程多樣性及對地鐵影響程度的不同等等特點。

監(jiān)護監(jiān)測目前主要進行定位監(jiān)測、沉降位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、隧道收斂監(jiān)測。

各監(jiān)測項目依工程對地鐵的影響分別采用人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測進行。

人工監(jiān)測是采用人工的方式低頻度進行數(shù)據(jù)采集。其中沉降位移監(jiān)測采用水準測量方法,水平位移監(jiān)測采用經(jīng)緯儀測量或投影方法,隧道收斂監(jiān)測采用固定直徑測量法

自動化監(jiān)測是將自動化監(jiān)測的儀器設(shè)備安裝在監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)進行無人值守的高頻度自動數(shù)據(jù)采集。通過有線或者無線的方式傳輸?shù)娇刂浦行,從而達到實時監(jiān)測的目的。其中沉降位移監(jiān)測采用靜力水準電子水平尺,水平位移監(jiān)測采用全站儀極坐標自動化監(jiān)測

3.3監(jiān)測精度要求

一般工程按1.4條規(guī)定進行,穿越工程按《城市軌道交通工程測量規(guī)范18.1.8條規(guī)定,變形監(jiān)測精度按Ⅰ等要求進行,其各項指標為

變形點的高程中誤差為±0.3 mm

相鄰變形點的高差中誤差為±0.1 mm

變形點的點位中誤差為±1.5 mm, (橫向中誤差為±1.0 mm)

3.4監(jiān)測范圍

地鐵周邊施工的基坑與地鐵的垂直投影位置外延伸三倍施工深度的區(qū)域為地鐵監(jiān)護監(jiān)測的范圍。

3.5 監(jiān)測點埋設(shè)

1) 沉降位移監(jiān)測點:在投影范圍內(nèi)按間距5、投影范圍外按間距10布設(shè)。原則上應(yīng)可利用原有隧道長期沉降測點。當不足或無法利用時按照1.3節(jié)的要求另行布設(shè)。

2)水平位移監(jiān)測點:位置與密度按工程特點布設(shè),道床上監(jiān)測點可利用沉降監(jiān)測點刻畫清晰的標記,以此作為水平位移監(jiān)測的位置。

3)隧道收斂監(jiān)測點埋設(shè)

監(jiān)護監(jiān)測時隧道收斂監(jiān)測采三固定對徑測量法。

對徑點位置:

大直徑:按設(shè)計通縫拼裝的隧道其橫向水平直徑位于標準塊與鄰接塊接縫(腰縫)下弧長0.803m

小直徑:腰縫上弧長約0.02m無障礙物處

豎向直徑(凈空):隧豎向中心線

三固定對徑兩端均設(shè)置固定標志或粘貼全站儀反射棱鏡片。

兩端位置可借助有機玻璃材質(zhì)加工的專用輔助工具標定。

3.6 監(jiān)測工作的實施

3.6.1定位監(jiān)測

定位監(jiān)測分二階段進行

施工方案技審階段依據(jù)軌道交通竣工資料(或現(xiàn)狀資料)和施工總平面資料進行,取得施工工程最外側(cè)結(jié)構(gòu)與軌道交通線結(jié)構(gòu)間相對關(guān)系數(shù)據(jù),作為監(jiān)護技審工作的依據(jù)之一。

現(xiàn)狀資料需進行實測,實測時應(yīng)使用同一平面坐標和高程系,應(yīng)用二級導線和圖根水準進行實測

施工實施階段

依據(jù)現(xiàn)狀資料和施工資料計算施工區(qū)域在軌道交通線的投影位置及相應(yīng)的坐標、里程、環(huán)號,由此確定監(jiān)護監(jiān)測的范圍和確定相對穩(wěn)定區(qū)域,僅有坐標時應(yīng)在軌道交通線內(nèi)實地放樣投影位置

施工位置實地確定后應(yīng)對施工區(qū)域的軌道交通線側(cè)樁位進行監(jiān)護復核確認,對于穿越、騎跨軌道交通線的工程還需進行施工高程基點的復核

監(jiān)護復核平面以二級導線、垂直以圖根水準要求進行

 

3.6.2 垂直位移監(jiān)測

監(jiān)護監(jiān)測范圍相對有限,因而與長期監(jiān)測相比,監(jiān)護監(jiān)測的垂直位移監(jiān)測有其特點

A.基準點選取困難,盡量選擇相對穩(wěn)定之處,基準點一般布設(shè)在影響范圍外大于50或車站等相對穩(wěn)定位置。

B.水準線路大部不足1 km,觀測精度要求宜以測站為單位衡量,規(guī)范規(guī)定的二等水準測量每公里往返測高差中數(shù)偶然中誤差為 ±1.0mm (S50m) 換算得單程觀測測站高差中誤差m=±0.45mm 

1.水準測量方法

一般情況下基準點應(yīng)在監(jiān)測范圍的二端分別布設(shè),每端不少于2個點,點間距應(yīng)不小于50,確因現(xiàn)場條件不可能時基準點可布設(shè)在監(jiān)測范圍的一端,數(shù)量不得少于3個。

采用二等水準測量的方法進行沉降位移監(jiān)測,水準路線應(yīng)閉合或附合,技術(shù)要求參照本文的第一章第5節(jié)。

2.靜力水準沉降位移監(jiān)測

靜力水準測量的工作原理,是利用液體通過連通管,使多個容器實現(xiàn)液面平衡,測定基準點、觀測點到液面的垂直距離,這兩個垂直距離之差,就是兩點間的高差。

用傳感器測量各觀測點容器內(nèi)液面的高差變化量,計算求得各測點相對于基點的相對沉降量


如圖2.5.1所示,設(shè)共布設(shè)有n個測點,1號點為相對基準點,初始狀態(tài)時各測量安裝高程相對與(基準)參考高程H0間的距離則為:Y01Y02……Y0iY0n(i為測點代號,i=0,1……n)。各測點安裝高程與液面間的距離則為h01、h02……h0ih0n,則有:Y01+h01= Y02+h02= Y0i+h0i= Y0n+h0n 
當發(fā)生不均勻沉降后,設(shè)各測點安裝高程相對于基準參考高程面H0的變化量為:Δhj1、Δhj2……Δhji…Δhjn(j為測次代號,j=1,2,3……)。各測點容器內(nèi)液面相對于安裝高程的距離為hj1hj2、… hji、… 、hjn。由圖可見:
Y01+Δhj1+hj1= Y02+Δhj2+hj2=Y0i+Δhji+hji   
= Y0n+Δhjn+hjn 
j次測量i點相對于基準點1的相對沉降量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 
將(式2.5.2.5)式代入(4)得:
Hil=hji-hj1-h0i-h01 
即只要用傳感器測得得任意時刻各測點容器內(nèi)液面相對與該測點安裝高程的距離hji(含hji及首次的h0i),則可求得該時刻各點相對于基準點1的相對高程差。如把任意點g1,2I,n)做為相對基準點,將f測次做為參考測次,則同樣可求出任意測點相對g測點(以f測次為基準值)的相對高程差Hig
Hig=hij-hig-hfj-hfg 
式靜力水準儀由主體容器、連通管、傳感器等部分組成。當儀器主體安裝墩發(fā)生變化時,主體容體相對于位置產(chǎn)生液面變化,引起裝有中間極的浮子與固定在容器頂?shù)南业南鄬ξ恢冒l(fā)生變化,并通過自動測量裝置采集到產(chǎn)業(yè)化信息,計算得測點的相對沉降。
i測點第j測次相對于首次基準點的相對高程變化:
Hil=hij-hi0-h1j-h10
Hij=(Zij-Zi1)×Kfi-(Z1j-Z10)×Kf1
式中:Zij、Zi1為第i測點儀器的第j次和首次讀數(shù);Kfi為第i測點儀器的靈敏度系數(shù);Z1jZ10為基準點儀器第j次和首次讀數(shù);Kf1為基準點儀器的靈敏度系數(shù)。
計算結(jié)果為正,則測點相對基準點下沉了Hij
 
 
3)電子水平尺沉降位移監(jiān)測
電子水平尺,核心是一種電解液式傳感器,在經(jīng)過適當?shù)脑O(shè)計及校正后,用來監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的變形情況。
傳感器的電解液裝入圓筒形容器內(nèi),不論容器或載體位置如何,電解液液面始終位于水平位置,可以將容器的某一需要選取的方向與水平方向(即液面)的夾角轉(zhuǎn)換為電信號輸出。

利用電子水平尺電解液界面的變化可測量結(jié)構(gòu)的角位移量的原理來進行沉降位移監(jiān)測。具體操作是將傾斜傳感器固定在一長度為L的支架上形成一個電水平,電水平尺安置后可由傾斜傳感器測出角位移量θ,則該電水平尾端相對前端的沉降量為:Δh=θ* L

當若干根電子水平尺依次首尾相連組成尺鏈時,第n根電水平尾端相對尺鏈首端的沉降量為

Hn=Δh1+Δh2+…………+Δhn

 Δhn為第n根電水平尾端相對于前端的沉降量。

尺鏈首、尾兩端應(yīng)設(shè)置在相對穩(wěn)定區(qū)域,視作基準點,日常尺鏈測值需依兩端為基準進行平差計算以提高沉降位移測量精度。

應(yīng)定期使用水準測量方法檢測首、尾兩端相對相對沉降情況,相對沉降量大小更新基準數(shù)據(jù)

 

3.6.3水平位移監(jiān)測

雖有多種水平位移的測量方法可供選用.但在地鐵隧道的現(xiàn)場環(huán)境和運營條件下唯有投影法和坐標法比較適宜和常用

1)視準線投影法

   視準線投影法基本工作原理是用經(jīng)緯儀建立基準線,測定各觀測點到基準線的距離。

在監(jiān)測區(qū)域兩端架設(shè)經(jīng)緯儀或全站儀,在監(jiān)測區(qū)域反方向的延長線上照準一定向點,旋轉(zhuǎn)一固定角度β(盡可能多的與監(jiān)測點通視),建立起一條基準線。在軌道上劃上清晰且細的“+”字,以此作為該點平面位移監(jiān)測的初始位置。在日常監(jiān)測中,采用同樣方法觀測,旋轉(zhuǎn)一固定角度β后,照準位置與“+”字之間的距離為該點水平位移的累計值D。D可以通過游標卡尺量測。

2)小角度法

架站和定向方法同投影法,對每個監(jiān)測點進行角度觀測,通過角度的變化計算監(jiān)測點水平位移變化。

D=(α/206265*L

其中:

D——監(jiān)測點水平位移累計值

α——偏角('')

L——架站點到監(jiān)測點的距離(mm

3)方向線偏移法

如果監(jiān)測線路過長,或線路彎道過大,通過兩端架站無法測量所有監(jiān)測點時,可采用方向線偏移法進行監(jiān)測。

采用方向線偏移法對水平位移監(jiān)測點進行變形觀測。如圖所示, A點和B點為水平位移監(jiān)測控制點。


每次監(jiān)測時,先要測量∠APB角的變化量,求得P點的橫向位移量,再測量∠APi角的變化量,從而求得諸觀測點i的橫向位移量。其各點的橫向水平位移計算按公式。


對于每一個施工區(qū),在測站和位移點設(shè)定后,就可求得各點之間的距離,從而可事先算得各點系數(shù),以后只要測得角度變化 ,即可算得位移量(下式為某工程直接計算出的系數(shù)公式);水平位移的符號相對周邊基坑而言:向內(nèi)為正,向外為負。

4)單臺全站儀位移監(jiān)測系統(tǒng) 

單臺全站儀位移實質(zhì)上是自動進行觀測的極坐標測量系統(tǒng)。

以單臺TCA型全站儀和配套硬軟件組成的位移監(jiān)測系統(tǒng)包括測點、儀器、通訊、數(shù)據(jù)處理四大部分。下圖即為該系統(tǒng)的基本組成:



工作基點上架設(shè)全站儀,以定向點定向后測量變形區(qū)域內(nèi)的變形點,得到各點的三維坐標值(或為方向值、距離),通過有線或者無線的方式將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)中心,進行數(shù)據(jù)的處理,得各變形點的坐標值,與前一觀測周期坐標值相比較,得到各變形點的位移量,并生成報表。

3.6.4固定直徑測量法

監(jiān)護監(jiān)測時隧道收斂監(jiān)測采三固定對徑測量法

3.3中已述“變形點的點位中誤差為±1.5 mm (橫向中誤差為±1.0 mm)”,

 

固定對徑測量時,置全站儀于環(huán)中部、測定每一對徑兩端反射貼片在同一坐標系中的坐標Xa、YaZaXb、Yb、Zb,

反算得到兩直徑端點的平距D和高差h


將各次平距測量值與原始值進行比較,可以得到隧道的該對徑變化情況。

將各次高差測量值與原始值進行比較,可以得到隧道的偏轉(zhuǎn)變化情況






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