本發(fā)明屬于一種盾構(gòu)隧道上方地表沉降的監(jiān)測(cè)方法，特別是一種多維度盾構(gòu)隧道上方地表沉降的監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

近年來由于我國城市人口不斷增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加，城市交通量迅猛增長(zhǎng)，我國城市交通設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施已不能滿足現(xiàn)階段的交通需求，因此在中大型城市通過修建地鐵來解決這一問題。地鐵盾構(gòu)施工法由于其機(jī)械化程度高、土層適用廣、施工進(jìn)度快、對(duì)周圍環(huán)境的影響小等優(yōu)勢(shì)而被廣泛運(yùn)用于城市地鐵建設(shè)中。

雖然盾構(gòu)法有諸多優(yōu)越性，但是在施工的過程中由于地層物質(zhì)被挖出，地層深處的應(yīng)力狀態(tài)隨之發(fā)生改變，總會(huì)不可避免地產(chǎn)生地面沉降，引起一系列的環(huán)境巖土問題。例如：導(dǎo)致地面建筑物的傾斜或開裂，道路路面的沉降或破損等等。無論是不均勻的沉降還是過大的沉降都會(huì)對(duì)隧道施工的安全、地表建筑物和道路產(chǎn)生影響。因此在施工的過程對(duì)地表沉降進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，能夠使工程人員及時(shí)了解到施工對(duì)地面的影響，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果的反饋在施工過程中對(duì)施工方法進(jìn)行不斷優(yōu)化以保證施工過程中周圍環(huán)境和設(shè)施的安全。

利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，將各個(gè)數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，工程人員通過信息化平臺(tái)能實(shí)時(shí)了解到盾構(gòu)過程中地表沉降的情況，便于其采取相應(yīng)的措施減少地面沉降，保障施工過程中的安全。

現(xiàn)有技術(shù)有如下幾點(diǎn)缺陷：其一，使用高精度的儀器，單價(jià)昂貴，安裝復(fù)雜，不適用于地鐵建設(shè)這類需要大范圍監(jiān)測(cè)的大型工程；其二，缺乏對(duì)地面建筑物和道路的監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)于歷史城區(qū)中的古老建筑物，需要對(duì)古老建筑物的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證施工中的安全；其三，缺乏對(duì)土體自身變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因?yàn)橥馏w自身的變形才能真正反映施工對(duì)地層的直接影響，對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)等的測(cè)量會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，不能給工程人員提供最準(zhǔn)確直觀的沉降情況。因而，急需一種合理、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、施工方便、效果好的監(jiān)測(cè)方法，能對(duì)盾構(gòu)隧道施工過程中的地表沉降進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，保證施工過程的安全可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多維度盾構(gòu)隧道上方地表沉降的監(jiān)測(cè)方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種多維度盾構(gòu)隧道上方地表沉降的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1、確定隧道開挖過程中地表沉降范圍；

步驟2、在地表沉降范圍內(nèi)確定監(jiān)測(cè)對(duì)象與對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)斷面；

步驟3、在建筑物表面安裝棱鏡，利用地表沉降范圍外的全站儀監(jiān)測(cè)棱鏡的位移，從而確定建筑物的位移；

步驟4、在隧道上方路面安裝螺釘，利用地表沉降范圍外的全站儀監(jiān)測(cè)螺釘?shù)奈灰?，從而確定路面的位移；

步驟5、在隧道上方進(jìn)行鉆孔，安裝沉降儀和測(cè)斜儀，對(duì)土體自身的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

步驟6、將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫中，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定沉降的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超過沉降警戒值的數(shù)據(jù)則發(fā)出報(bào)警信息。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明利用棱鏡和全站儀對(duì)地表建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以掌握建筑物的沉降，防止在施工過程中過大的沉降和不均勻沉降對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)造成破壞，尤其是對(duì)于保證高層、超高層及古老建筑物在整個(gè)施工過程中的安全具有非常重要的作用。2)本發(fā)明利用螺釘和全站儀對(duì)路面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以反映出土體的形變，為工程人員掌握施工過程中盾構(gòu)開挖對(duì)土體擾動(dòng)的情況給以主觀的認(rèn)識(shí)，工程人員可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的措施減少即將開挖隧道對(duì)土體的擾動(dòng)。3)本發(fā)明對(duì)建筑物和道路進(jìn)行監(jiān)測(cè)可已在一定程度上反映盾構(gòu)施工對(duì)土體的擾動(dòng)，本發(fā)明又采用沉降儀和測(cè)斜儀對(duì)土體自身的位移進(jìn)行探測(cè)，能夠?yàn)楣こ倘藛T提供更準(zhǔn)確的土體位移數(shù)據(jù)。對(duì)三種對(duì)象的監(jiān)控，可以為工程人員提供全方位的土體擾動(dòng)數(shù)據(jù)，極大地保證了施工的安全。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為建筑物位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖。

圖2為路面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖。

圖3為土體自身位移監(jiān)測(cè)裝置埋設(shè)圖。

圖4為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種多維度盾構(gòu)隧道上方地表沉降的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1、確定隧道開挖過程中地表沉降范圍；具體利用plaxis3d軟件模擬隧道開挖過程，確定地表沉降范圍。

步驟2、在地表沉降范圍內(nèi)確定監(jiān)測(cè)對(duì)象與對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)斷面；所述監(jiān)測(cè)對(duì)象包括：監(jiān)測(cè)地表沉降范圍內(nèi)的所有建筑物、隧道正上方的道路和土體自身。

步驟3、在建筑物表面安裝棱鏡，利用地表沉降范圍外的全站儀監(jiān)測(cè)棱鏡的位移，從而確定建筑物的位移；在建筑物表面安裝棱鏡時(shí)，在建筑物的每個(gè)表面設(shè)置兩橫排棱鏡，每橫排棱鏡的數(shù)量大于等于2個(gè)，相鄰兩個(gè)棱鏡的間距不大于10米；在地表沉降范圍外設(shè)置全站儀和作為基準(zhǔn)點(diǎn)的棱鏡，全站儀用于監(jiān)測(cè)棱鏡在x、y、z三個(gè)方向上的位移。

步驟4、在隧道上方路面安裝螺釘，利用地表沉降范圍外的全站儀監(jiān)測(cè)螺釘?shù)奈灰?，從而確定路面的位移；在隧道上方路面設(shè)置螺釘時(shí)，隧道正上方路面位置設(shè)置1個(gè)螺釘，在該螺釘兩側(cè)每隔5米處設(shè)置1個(gè)螺釘，每側(cè)設(shè)置5個(gè)螺釘，共11個(gè)螺釘，該11個(gè)螺釘位于同一直線；在地表沉降范圍外設(shè)置全站儀，用于監(jiān)測(cè)螺釘在x、y、z三個(gè)方向上的位移。

步驟5、在隧道上方進(jìn)行鉆孔，安裝沉降儀和測(cè)斜儀，對(duì)土體自身的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)土體自身的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，至少每1公里設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面包括三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置為：隧道正上方位置設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在該監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩側(cè)10米處各設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于同一直線；其中中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)上設(shè)置沉降儀，沉降儀直達(dá)隧道下表面位置下方5米處，在盾構(gòu)機(jī)接近時(shí)，沉降儀設(shè)置在隧道上表面位置上方5米處；另外兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各設(shè)置一個(gè)測(cè)斜儀，測(cè)斜儀在隧道下表面位置下方5米處。

步驟6、將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫中，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定沉降的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超過沉降警戒值的數(shù)據(jù)則發(fā)出報(bào)警信息。

本發(fā)明利用棱鏡和全站儀對(duì)地表建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以掌握建筑物的沉降，防止在施工過程中過大的沉降和不均勻沉降對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)造成破壞，尤其是對(duì)于保證高層、超高層及古老建筑物在整個(gè)施工過程中的安全具有非常重要的作用。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例

一種多維度盾構(gòu)隧道上方地表沉降的監(jiān)測(cè)方法，具體為：

(1)在plaixs3d軟件中輸入地層參數(shù)、隧道結(jié)構(gòu)、盾尾注漿參數(shù)、行進(jìn)步長(zhǎng)、施工方式等參數(shù)，然后對(duì)整個(gè)隧道掘進(jìn)過程進(jìn)行模擬，軟件計(jì)算出隧道周圍土層的沉降量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制地表橫向沉降槽曲線，從沉降槽曲線中得出沉降槽寬度，沉降槽寬度即為盾構(gòu)施工期間地表沉降范圍，在地表沉降范圍內(nèi)布置沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(2)對(duì)地表沉降范圍內(nèi)的所有建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，利用螺釘或特殊膠水將棱鏡安裝在建筑物表面，在地表沉降范圍外安裝全站儀和作為監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的棱鏡。采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法，采用閉合水準(zhǔn)路線形式，開始和閉合在精密水準(zhǔn)點(diǎn)上，地表建筑物沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)一起組成獨(dú)立的閉合環(huán)狀節(jié)點(diǎn)網(wǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)作為變形測(cè)量的基準(zhǔn)，利用全站儀監(jiān)測(cè)棱鏡在x、y、z三個(gè)方向上的位移從而確定建筑物的位移。在建筑物的每個(gè)表面設(shè)置兩橫排棱鏡，每橫排棱鏡的數(shù)量大于等于2個(gè)，相鄰兩個(gè)棱鏡的間距不大于10米。對(duì)影響區(qū)域內(nèi)的所有建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)；選擇位于隧道上方的道路進(jìn)行監(jiān)測(cè)；至少每1公里設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面對(duì)土體自身進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(3)選擇位于隧道中心上方的道路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在隧道正上方路面位置設(shè)置1個(gè)螺釘并嵌入路面，在其兩側(cè)每隔5米處設(shè)置1個(gè)螺釘，每側(cè)設(shè)置5個(gè)螺釘，共11個(gè)螺釘，該11個(gè)螺釘位于同一直線上；在地表沉降范圍外安裝全站儀，全站儀以一定頻率自動(dòng)監(jiān)測(cè)11個(gè)螺釘在x、y、z三個(gè)方向上的位移。

(4)根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況，至少每1公里設(shè)置一個(gè)對(duì)土體自身沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面包括三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處利用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，在鉆孔的同時(shí)安裝pvc管。在隧道正上方位置的pvc管內(nèi)安裝沉降儀，沉降儀直達(dá)隧道下表面位置下方5米處，在盾構(gòu)機(jī)接近時(shí)，取出部分pvc管和沉降儀，使其處于隧道上表面位置上方5米處；在隧道中心正上方兩側(cè)10米處的pvc管內(nèi)各安裝一個(gè)測(cè)斜儀，測(cè)斜儀直達(dá)隧道下表面位置下方5米處；安裝完沉降儀和測(cè)斜儀后向pvc管內(nèi)注入速凝水泥砂漿；測(cè)斜儀與沉降儀由底至頂測(cè)量土體在x、y、z三個(gè)方向上的位移。

(5)全站儀、沉降儀、測(cè)斜儀通過無線通訊方式將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸至中央數(shù)據(jù)庫中，利用信息化平臺(tái)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，反映出各個(gè)監(jiān)測(cè)的建筑物、路面及土體的沉降趨勢(shì)，工程人員在系統(tǒng)中設(shè)定多個(gè)警戒值，系統(tǒng)在處理完原始數(shù)據(jù)后將其與警戒值進(jìn)行比較，判斷工程是否處于安全的狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)向工作人員就發(fā)出預(yù)警，提醒應(yīng)及時(shí)關(guān)注沉降發(fā)展的動(dòng)態(tài)；當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過報(bào)警值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信息，提醒管理人員需要分析沉降的原因并采取緊急處理措施，以保證施工的安全。除了系統(tǒng)報(bào)警外，施工人員也可以實(shí)時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)查看監(jiān)測(cè)情況。

本發(fā)明利用棱鏡和全站儀對(duì)地表建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以掌握建筑物的沉降，防止在施工過程中過大的沉降和不均勻沉降對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)造成破壞，尤其是對(duì)于保證高層、超高層及古老建筑物在整個(gè)施工過程中的安全具有非常重要的作用。