半盖挖顺作法城市隧道施工监测方法及监测系统与流程

本发明属于工程监测的技术领域，特别是涉及一种城市公路隧道开挖施工过程中实时进行监测的系统和方法。

背景技术：

随着交通工程的快速发展和城市地下空间的开发利用，加速了地铁和城市公路隧道的建设进程，由于城市地下隧道的地质环境复杂、地下管道错综复杂，有些地下线路的信息缺乏，城市地下隧道工程的设计和施工很难一次顺利完成，要经历不断的方案修改，增加了设计和施工的成本和投入。城市隧道施工方法主要包括明挖法、盖挖法、暗挖法、盾构法等。盖挖顺作法系于现有道路上按所需宽度，由地表面完成挡土结构后，以定型的制标准覆盖结构(包括纵、横梁和路面板)置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖并加设围檩与横撑，直至设计标高。依序由下而上建造隧道主体结构（一些新项目包括城市管廊），回填土并恢复管线路，最后视需要拆除挡土结构的外露部分及恢复道路。施工过程较长，期间，为确保城市区域内隧道施工过程的安全，必须采用监测仪器对隧道支护结构等各项控制指标进行监测，其中变形监测是监测工作中的关键，施工监测的方式主要包括传统人工监测和自动化监测两种方式：传统的人工监测方式受环境因素干扰大，同时还存在着各测点不同步、大变形不可测、实时性较差、资料整理与分析周期较长、不能及时发现工程隐在的缺陷，但监测成本相对较低；自动化监测是通过数据自动采集技术、网络无线通讯技术及数据库应用技术,实现了对隧道支护体系变形和受力的施工监测，可实行全天候、实时监测，数据及时、准确可靠，但造价很高。

技术实现要素：

发明目的：

针对上述背景技术存在的缺陷或不足，本发明提供一种半盖挖顺作法隧道施工监测方法及其监测系统，其目的在于解决地下管线错综复杂的城市地下公路隧道的施工数据实时监测，随时动态反馈监测数据指导动态施工方案。

技术方案：

一种半盖挖顺作法隧道施工的监测方法，其特征在于：该监测方法包括半盖挖顺作法的隧道施工方法、人工监测方法和自动化监测方法；所述的半盖挖顺作法的隧道施工方法是在深基坑施工的时候先对一半路面进行施工，对浇筑完隧道基坑护壁桩以后在地表把包括纵、横梁和栈桥板组成的覆盖结构施工完，用以暂时代替路面维持交通，向下反复进行开挖和加设横撑至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工；另一半敞开部分进行露天明挖施工，一直挖到基底设计标高，之后从最下面一层结构开始依序由下而上施工主体结构和防水，直至回填土并恢复管线路或埋设新的管线路直到基础表面止；所述的人工监测方法为在固定位置埋设测试元件和观测点，利用全站仪、水准仪、应力仪、钢筋计、测倾仪、压力计或水位计进行人工测量获取相关数据，获取其隧道支护体系变形和受力情况；所述的自动化监测方法是在重要部位、关键节点、人工不便于监测的部位通过数据自动采集技术、网络无线通讯技术及数据库应用技术,实现对隧道支护体系变形和受力的施工监测；通过人工监测方法和自动化监测方法获得的数据进行相互补充和相互验证，数据是否达到预警值；如果没有达到，则继续监测和施工；如果达到预警值，则进行重点监测、数据分析、现场查看或停工。

所述的人工监测方法是在冠梁水平位移监测处采用全站仪进行监测，在冠梁竖直沉降监测处采用水准仪监测，在钢支撑横向轴力监测处采用轴力计监测，在围护桩钢筋力监测处采用钢筋计监测，在桩体水平位移监测处采用测倾仪监测，在周围建筑变形监测处采用水准仪监测，在基坑边地表沉降监测处采用水准仪监测，在坑壁土体压力监测处采用压力计监测，在基坑降水井水位监测处采用水位计监测。

所述的自动化监测方法是在冠梁水平位移监测处采用位移计并配有自动化采集模块，在冠梁竖直沉降监测处采用静力水准仪并配有自动化采集模块，在钢支撑横向轴力监测处采用轴力计并配有自动化采集模块，在围护桩钢筋力监测处采用钢筋计并配有自动化采集模块，在桩体水平位移监测处采用固定测倾仪并配有自动化采集模块，在周围建筑变形监测处采用倾角仪并配有自动化采集模块，在基坑边地表沉降监测处采用静力水准仪并配有自动化采集模块，在坑壁土体压力监测处采用压力计并配有自动化采集模块，在基坑降水井水位监测处采用水位计并配有自动化采集模块。

一种如上所述的半盖挖顺作法隧道施工的监测系统，其特征在于：该系统中的自动化监测系统和人工监测系统通过lan局域网与中心交换机连接，中心交换机和网络云端存储设备通过lan局域网连接，中心交换机和wan广域网通过lan局域网连接，wan广域网连接远程客户端或手机客户端，中心交换机和大屏幕通过服务器、lan局域网连接；对人员难以到达的监测点位采用自动化监测系统，该自动化检测系统是由冠梁水平位移监测系统、冠梁竖直沉降监测系统、钢支撑横向轴力监测系统、围护桩钢筋力监测系统、桩体水平位移监测系统、周围建筑变形监测系统、基坑边地表沉降监测系统、坑壁土体压力监测系统、基坑降水井水位监测系统、数据传输基站、数据接收基站、自动化显示平台、数据处理软件、数据显示软件组成；对情况复杂、现场干扰因素多的点位采用人工监测系统进行监测，该人工监测系统由冠梁水平位移监测系统、冠梁竖直沉降监测系统、钢支撑横向轴力监测系统、围护桩钢筋力监测系统、桩体水平位移监测系统、周围建筑变形监测系统、基坑边地表沉降监测系统、坑壁土体压力监测系统、基坑降水井水位监测系统组成。

所述的半盖挖顺作法隧道施工的监测系统，其特征在于：所述冠梁水平位移监测系统的冠梁设有冠梁水平位移监测点，钢支撑横向轴力监测系统的横向钢结构水平支撑设有钢支撑轴力监测点，围护桩钢筋力监测系统的围护桩设有钢筋计，周围建筑变形监测系统的临近建筑物设有建筑物变形监测点，基坑边地表沉降监测系统的临近地面设有地面沉降观测点。

优点及效果：

(1)对情况复杂、现场干扰因素多的点位的施工监测采用人工监测方法，对人员难以到达的监测点位，施工监测采用自动化监测方法，解决了一些监测点位数据监测难的问题，有效地保证了监测数据完整；

(2)采用自动化监测，通过自动化模块对监测数据进行数据采集，无线传输和处理，降低人为操作等误差的累计，大大提高监测数据的精度；

(3)无线远程采集和传输技术，避免了隧道内监测的安全问题，使监测工作安全性更高；

(4)自动化监测可实时动态采集可将相应实时数据直接上传至监控中心，实现全天候、实时监测，数据及时、准确可靠，有助于施工过程中迅速做出分析、判断，能够及时发现问题并采取相应控制措施，确保实现设计目标并保证施工过程安全；

(5)配以人工监测方法，既降低了施工监测成本，又实现对情况复杂、现场干扰因素多、自动化难以实现的点位进行监测。本发明系统科学、便捷实时，方法安全实用、快捷有效，避免了隧道施工监测中的安全以及监测工作受恶劣环境影响的问题，避免了由于关键点位监测频率不足所引起的突发性事故，也避免了人员安全问题，最大限度的降低了监测成本，避免突发性事故的发生。

附图说明

图1为本发明监测方法的运行模式图；

图2为本发明系统的连接关系示意图；

图3本发明基坑支护结构及监测点布置的平面图；

图4本发明基坑支护结构及监测点布置的立体图；

所述标注为：1、冠梁监测点；2、格构柱顶监测点；3、地面沉降观测点；4、钢支撑轴力监测点；5、钢筋计；6、建筑物变形监测点；7、测斜管；8、基坑降水井；9、围护桩；10、冠梁；11、栈桥板；12、混凝土支撑；13、格构柱；14、钢围檩；15、钢支撑；16、基坑底板；17、格构柱下部桩基础；18、钢支撑支架；19、混凝土系梁。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明涉及数字信号无线发射、无线传输技术和无线接受及转换相关技术，同时还涉及对信息综合判定技术，特别适用于在城市道路地下隧道部分施工过程中，必须面临的地下管道错综复杂的环境下城市区域内隧道土方开挖施工过程的实时监测，适用于对监测精度要求很高的地下工程。

半盖挖顺作法是在深基坑施工的时候先对一半路面进行施工，向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。另一半敞开部分进行露天明挖施工的一种施工方法。其特点是施工进度快、质量容易控制，可以在最大程度上不影响基坑上面的交通或其他功能。

如图1所示，该隧道施工监测系统包括自动化监测系统，监测数据采集包括对冠梁点水平位移和竖直沉降数据、地面点沉降数据、钢支撑轴力、钢筋计、建筑物沉降、围护桩水平变形、基坑降水井水位和基坑坑壁土压力数据的采集，每项数据采集需要一个采集模块，采集的数据通过基站传输到平台，用于远程控制隧道施工的监测和数据结果的分析，包括：1)冠梁水平位移监测，采用位移计并配有自动化采集模块；2)冠梁竖直沉降监测，采用静力水准仪并配有自动化采集模块；3)钢支撑横向轴力监测，采用轴力计并配有自动化采集模块；4)围护桩钢筋力监测，采用钢筋计并配有自动化采集模块；5)桩体水平位移监测，采用固定测倾仪并配有自动化采集模块；6)周围建筑变形监测，采用倾角仪并配有自动化采集模块；7)基坑边地表沉降监测，采用静力水准仪并配有自动化采集模块；8)坑壁土体压力监测，采用压力计并配有自动化采集模块；9)基坑降水井水位监测，采用水位计并配有自动化采集模块，此外，自动化监测是一个完整的系统，还必须配备数据接收和传输基站，以及自动化显示平台，数据处理和显示软件等。数据接受和传输基站通过无线传输的方式将各分项数据自动化采集元件和模块获得的各项监测数据实时地传输给数据终端，即自动化显示平台，平台通过数据处理和显示软件对监测数据进行分析和处理，并通过图像和曲线的形式在自动化显示平台上显示出来，当监测数据达到预警值时发出提示预警，此时在一定程度上需要人工对自动化监测数据和人工监测数据进行对比、分析，根据具体施工现场情况做出最终准确的判断，并根据实际发生的情况采取必要的措施。通过自动化和人工联合进行施工监测，可以对施工方案并做出动态优化调整。

如图2所示，为本发明自动化监测系统应用于半盖挖顺做法城市隧道施工示意图，通过该示意图可进一步说明本发明系统的工作原理。在施工现场，通过埋设的监测元件和自动化采集模块，采集各项监测数据，经过数据接收和传输基站，以无线传输的方式实时地传输给数据终端，即自动化显示平台，平台通过数据处理和显示软件对监测数据进行分析和处理，并通过图像和曲线的形式在自动化显示平台上显示出来。系统的中心交换机，可以通过lan局域网以lcd大屏幕等设备，或者通过wan广域网远程客户端的方式显示在手机及其他设备上，也可以以网络云端的方式存储起来。根据实际需求可以选择不同的显示方式来呈现各项监测数据结果。同时，通过对监测数据的处理，当监测数据到达设置的预警值，由综合评判预警模块实时报警。为了进一步确定实际情况，可以通过与人工监测数据进行对比分析，必要时专家论证，以确保监测数据和对实际现场情况危险性的准确无误。

如图3、4所示，为本发明最适合的半盖挖顺做法城市隧道施工基坑支护结构和监测项目布置的示意图。该支护结构和施工方法尤其适合地下管道错综复杂的城区地下公路隧道，采用暗挖法、盾构法难以进行，而盖挖顺作法是当隧道需要穿越公路、地铁、建筑基础等障碍物，为了不影响交通或其他城市功能采用的一种施工方法。在浇筑完隧道基坑护壁桩以后在地表把包括纵、横梁和栈桥板组成的覆盖结构施工完，用以暂时代替路面维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，一直挖到基底设计标高，之后从最下面一层结构开始依序由下而上施工主体结构和防水，直至，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路直到基础表面止，本发明采用半盖挖顺做法的施工模式最为合适。该支撑体系包括：基坑开挖前通过钻孔施工浇筑的围护桩9、将围护桩顶部固结一体共同受力的冠梁10、提供施工操作面的栈桥板11、第1道横向水平的混凝土支撑12、提供竖向支撑力的格构柱13、供钢支撑两端支撑受力的钢围檩14、第2~4道横向钢结构水平的钢支撑15、基坑底板16、格构柱下部桩基础17、供钢支撑就位平行于系梁方向的钢支架18、平行于冠梁方向的混凝土系梁19。该支撑体系既保证了基坑施工期间的稳定，同时，半面栈桥板盖挖和半面敞开式可以提供施工操作面和施工材料和设备的垂直运输通道，这为隧道开挖施工提供了巨大的方便。同时半面敞开一侧为各项监测数据传输到地面并与自动化采集模块连接提供便利和可能性。

施工过程中要实时监测的项目（对应图3、4中的点位）包括：1、冠梁水平位移和竖直沉降；2、格构柱顶竖直沉降；3、基坑周边地面沉降；4、钢支撑轴力；5、围护桩内力（钢筋计）；6、建筑物变形；7、围护桩水平变形（测斜管）；8、基坑水位（降水井）。