一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法与流程

本发明属于一种盾构隧道上方地表沉降的监测方法，特别是一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法。

背景技术：

近年来由于我国城市人口不断增长，机动车数量的增加，城市交通量迅猛增长，我国城市交通设施基础设施已不能满足现阶段的交通需求，因此在中大型城市通过修建地铁来解决这一问题。地铁盾构施工法由于其机械化程度高、土层适用广、施工进度快、对周围环境的影响小等优势而被广泛运用于城市地铁建设中。

虽然盾构法有诸多优越性，但是在施工的过程中由于地层物质被挖出，地层深处的应力状态随之发生改变，总会不可避免地产生地面沉降，引起一系列的环境岩土问题。例如：导致地面建筑物的倾斜或开裂，道路路面的沉降或破损等等。无论是不均匀的沉降还是过大的沉降都会对隧道施工的安全、地表建筑物和道路产生影响。因此在施工的过程对地表沉降进行全方位的监测，能够使工程人员及时了解到施工对地面的影响，根据监测结果的反馈在施工过程中对施工方法进行不断优化以保证施工过程中周围环境和设施的安全。

利用无线网络传输技术，将各个数据采集器采集的数据传输到数据库中，工程人员通过信息化平台能实时了解到盾构过程中地表沉降的情况，便于其采取相应的措施减少地面沉降，保障施工过程中的安全。

现有技术有如下几点缺陷：其一，使用高精度的仪器，单价昂贵，安装复杂，不适用于地铁建设这类需要大范围监测的大型工程；其二，缺乏对地面建筑物和道路的监测，尤其是对于历史城区中的古老建筑物，需要对古老建筑物的结构变形进行监测，保证施工中的安全；其三，缺乏对土体自身变形进行监测，因为土体自身的变形才能真正反映施工对地层的直接影响，对于隧道结构等的测量会受到周围环境的影响，不能给工程人员提供最准确直观的沉降情况。因而，急需一种合理、简单、经济、施工方便、效果好的监测方法，能对盾构隧道施工过程中的地表沉降进行有效监测，保证施工过程的安全可靠。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法，包括以下步骤：

步骤1、确定隧道开挖过程中地表沉降范围；

步骤2、在地表沉降范围内确定监测对象与对应的监测断面；

步骤3、在建筑物表面安装棱镜，利用地表沉降范围外的全站仪监测棱镜的位移，从而确定建筑物的位移；

步骤4、在隧道上方路面安装螺钉，利用地表沉降范围外的全站仪监测螺钉的位移，从而确定路面的位移；

步骤5、在隧道上方进行钻孔，安装沉降仪和测斜仪，对土体自身的位移进行监测；

步骤6、将监测到的数据传输至数据库中，对数据库中的监测数据进行处理，确定沉降的数据，发现超过沉降警戒值的数据则发出报警信息。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明利用棱镜和全站仪对地表建筑物进行监测，可以掌握建筑物的沉降，防止在施工过程中过大的沉降和不均匀沉降对建筑物结构造成破坏，尤其是对于保证高层、超高层及古老建筑物在整个施工过程中的安全具有非常重要的作用。2)本发明利用螺钉和全站仪对路面进行监测，可以反映出土体的形变，为工程人员掌握施工过程中盾构开挖对土体扰动的情况给以主观的认识，工程人员可以根据监测结果采取相应的措施减少即将开挖隧道对土体的扰动。3)本发明对建筑物和道路进行监测可已在一定程度上反映盾构施工对土体的扰动，本发明又采用沉降仪和测斜仪对土体自身的位移进行探测，能够为工程人员提供更准确的土体位移数据。对三种对象的监控，可以为工程人员提供全方位的土体扰动数据，极大地保证了施工的安全。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为建筑物位移监测点布置图。

图2为路面位移监测点布置图。

图3为土体自身位移监测装置埋设图。

图4为监测系统原理框图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法，包括以下步骤：

步骤1、确定隧道开挖过程中地表沉降范围；具体利用plaxis3d软件模拟隧道开挖过程，确定地表沉降范围。

步骤2、在地表沉降范围内确定监测对象与对应的监测断面；所述监测对象包括：监测地表沉降范围内的所有建筑物、隧道正上方的道路和土体自身。

步骤3、在建筑物表面安装棱镜，利用地表沉降范围外的全站仪监测棱镜的位移，从而确定建筑物的位移；在建筑物表面安装棱镜时，在建筑物的每个表面设置两横排棱镜，每横排棱镜的数量大于等于2个，相邻两个棱镜的间距不大于10米；在地表沉降范围外设置全站仪和作为基准点的棱镜，全站仪用于监测棱镜在x、y、z三个方向上的位移。

步骤4、在隧道上方路面安装螺钉，利用地表沉降范围外的全站仪监测螺钉的位移，从而确定路面的位移；在隧道上方路面设置螺钉时，隧道正上方路面位置设置1个螺钉，在该螺钉两侧每隔5米处设置1个螺钉，每侧设置5个螺钉，共11个螺钉，该11个螺钉位于同一直线；在地表沉降范围外设置全站仪，用于监测螺钉在x、y、z三个方向上的位移。

步骤5、在隧道上方进行钻孔，安装沉降仪和测斜仪，对土体自身的位移进行监测；对土体自身的位移进行监测时，至少每1公里设置一个监测断面，每个监测断面包括三个监测点，该三个监测点的设置为：隧道正上方位置设置一个监测点，在该监测点两侧10米处各设置一个监测点，该三个监测点位于同一直线；其中中间监测点上设置沉降仪，沉降仪直达隧道下表面位置下方5米处，在盾构机接近时，沉降仪设置在隧道上表面位置上方5米处；另外两个监测点各设置一个测斜仪，测斜仪在隧道下表面位置下方5米处。

步骤6、将监测到的数据传输至数据库中，对数据库中的监测数据进行处理，确定沉降的数据，发现超过沉降警戒值的数据则发出报警信息。

本发明利用棱镜和全站仪对地表建筑物进行监测，可以掌握建筑物的沉降，防止在施工过程中过大的沉降和不均匀沉降对建筑物结构造成破坏，尤其是对于保证高层、超高层及古老建筑物在整个施工过程中的安全具有非常重要的作用。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法，具体为：

(1)在plaixs3d软件中输入地层参数、隧道结构、盾尾注浆参数、行进步长、施工方式等参数，然后对整个隧道掘进过程进行模拟，软件计算出隧道周围土层的沉降量，根据计算结果绘制地表横向沉降槽曲线，从沉降槽曲线中得出沉降槽宽度，沉降槽宽度即为盾构施工期间地表沉降范围，在地表沉降范围内布置沉降监测系统。

(2)对地表沉降范围内的所有建筑物进行沉降监测，利用螺钉或特殊胶水将棱镜安装在建筑物表面，在地表沉降范围外安装全站仪和作为监测基准点的棱镜。采用几何水准测量方法，采用闭合水准路线形式，开始和闭合在精密水准点上，地表建筑物沉降监测基准点和监测点一起组成独立的闭合环状节点网，基准点作为变形测量的基准，利用全站仪监测棱镜在x、y、z三个方向上的位移从而确定建筑物的位移。在建筑物的每个表面设置两横排棱镜，每横排棱镜的数量大于等于2个，相邻两个棱镜的间距不大于10米。对影响区域内的所有建筑物进行监测；选择位于隧道上方的道路进行监测；至少每1公里设置一个监测断面对土体自身进行监测。

(3)选择位于隧道中心上方的道路进行监测，在隧道正上方路面位置设置1个螺钉并嵌入路面，在其两侧每隔5米处设置1个螺钉，每侧设置5个螺钉，共11个螺钉，该11个螺钉位于同一直线上；在地表沉降范围外安装全站仪，全站仪以一定频率自动监测11个螺钉在x、y、z三个方向上的位移。

(4)根据实际环境情况，至少每1公里设置一个对土体自身沉降进行监测的监测断面，每个断面包括三个监测点。在三个监测点处利用地质钻机进行钻孔，在钻孔的同时安装pvc管。在隧道正上方位置的pvc管内安装沉降仪，沉降仪直达隧道下表面位置下方5米处，在盾构机接近时，取出部分pvc管和沉降仪，使其处于隧道上表面位置上方5米处；在隧道中心正上方两侧10米处的pvc管内各安装一个测斜仪，测斜仪直达隧道下表面位置下方5米处；安装完沉降仪和测斜仪后向pvc管内注入速凝水泥砂浆；测斜仪与沉降仪由底至顶测量土体在x、y、z三个方向上的位移。

(5)全站仪、沉降仪、测斜仪通过无线通讯方式将监测的数据传输至中央数据库中，利用信息化平台对监测数据进行处理，反映出各个监测的建筑物、路面及土体的沉降趋势，工程人员在系统中设定多个警戒值，系统在处理完原始数据后将其与警戒值进行比较，判断工程是否处于安全的状态。当监测值超过预警值时，系统向工作人员就发出预警，提醒应及时关注沉降发展的动态；当监测值超过报警值时，则发出报警信息，提醒管理人员需要分析沉降的原因并采取紧急处理措施，以保证施工的安全。除了系统报警外，施工人员也可以实时进入系统查看监测情况。

本发明利用棱镜和全站仪对地表建筑物进行监测，可以掌握建筑物的沉降，防止在施工过程中过大的沉降和不均匀沉降对建筑物结构造成破坏，尤其是对于保证高层、超高层及古老建筑物在整个施工过程中的安全具有非常重要的作用。