新建地鐵隧道下穿既有建筑、地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)工作研究畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))說明書

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）說明書新建地鐵隧道下穿既有建筑、地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)工作研究變形監(jiān)測(cè)工作研究學(xué)生姓名 專業(yè)名稱土木工程（建筑工程管理方向）指導(dǎo)教師 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2012年11月8日學(xué) 號(hào)：201014682313001 華南理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）新建地鐵隧道下穿既有建筑、地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)工作研究王伶俐指導(dǎo)教師： 魏 琴 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 專業(yè)名稱：土木工程（建筑工程管理方向） 論文提交日期：2012.11.8 論文答辯日期： 論文評(píng)閱人： 目 錄第一章 研究地鐵隧道下穿施工監(jiān)測(cè)的意義4第二章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)分析4第三章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測(cè)方法11第四章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)分析12第五章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測(cè)結(jié)果的應(yīng)用13第一章 研究地鐵隧道下穿施工監(jiān)測(cè)的意義 隨道我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各地城市修建地鐵已成為一項(xiàng)普遍性工程，多數(shù)城市地鐵修建設(shè)計(jì)中受周圍工程環(huán)境限制，地鐵隧道結(jié)構(gòu)需要穿越既有建筑物，既有鐵路、地鐵隧道，這種穿越性施工對(duì)于施工本身安全和被穿越的建筑、隧道結(jié)構(gòu)均有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，如何及時(shí)有效的監(jiān)控施工過程中既有建筑物、鐵路及地鐵隧道的安全，不影響各既有建筑物的安全，達(dá)到信息化施工與管理，保證施工安全順利進(jìn)行是一項(xiàng)重要的工作；目前國(guó)內(nèi)在此方面的監(jiān)測(cè)手段、監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)結(jié)果的判斷分析上，各地之間、各項(xiàng)目之間水平不一，存在較大的差異，如果開展此項(xiàng)工作的調(diào)查研究、總結(jié)有效的、經(jīng)濟(jì)、安全的監(jiān)測(cè)方法及手段，對(duì)于后續(xù)類似的工程項(xiàng)目具有重要的指導(dǎo)意義。第二章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)分析新建隧道在施工過程中，由于土方開挖、降水、土體壓縮等原因，可能造成既有建筑物傾斜、沉降、開裂等病害，輕微的影響美觀，較重的影響使用功能，更嚴(yán)重者影響建筑物安全。如果新建隧道下穿既有地鐵隧道施工，受上述施工過程中的影響，可能造成既有地鐵隧道沉降、扭曲、滲漏水、進(jìn)而影響地鐵軌道幾何尺寸，嚴(yán)重時(shí)直接危及行車安全。一、新建隧道對(duì)既有建筑物的損壞風(fēng)險(xiǎn)分析地表的均勻沉降使建筑物產(chǎn)生整體下沉。一般說來(lái)，這種均勻沉降對(duì)于建筑物的穩(wěn)定性和使用條件并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，但是過量的地表下沉，即使是均勻的，也有可能從另一個(gè)方面帶來(lái)嚴(yán)重問題，如下沉量較大，地下水位又較淺時(shí)，會(huì)造成地面積水，不但影響建造物的使用，而且使地基土長(zhǎng)期浸水，強(qiáng)度減低。1、地表傾斜損害雖然地層沉降本身對(duì)結(jié)構(gòu)物不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，但是地層不均勻的沉降所導(dǎo)致的地表傾斜改變了地面的原始坡度，將可能對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。地表傾斜對(duì)于高度大而底面積小的高聳建筑物的均勻荷重將改變成非均勻荷重，導(dǎo)致建造物結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化而引起破壞。對(duì)于普通樓房，即使不喪失穩(wěn)定性，過量?jī)A斜會(huì)使建造物的使用條件惡化。某些大型精密設(shè)備在基礎(chǔ)傾斜后，必須另行調(diào)平，以保證設(shè)備正常使用。同時(shí)地表傾斜會(huì)改變排水系統(tǒng)和鐵路的坡度，造成污水倒灌和影響鐵路的運(yùn)營(yíng)。2、地表曲率損害由于曲率使得地表形成曲面，地表曲率對(duì)建筑物有較大的影響。在負(fù)曲率（地表相對(duì)下凹）的作用下，建筑物的中央部分懸空，使墻體產(chǎn)生正八字裂縫和水平裂縫。如果建筑物長(zhǎng)度過大，則在中立作用下，建筑物的將會(huì)從底部斷裂，使建筑物破壞；在正曲率（地表相對(duì)上凸）的作用下，建筑物的兩端將會(huì)部分懸空，使建筑物墻體產(chǎn)生倒八字裂縫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)屋架或梁的端部從墻體或柱內(nèi)抽出，造成建筑物倒塌。建筑物因地表彎曲而導(dǎo)致的損害時(shí)一種常見的開挖損害形式，這種損害與地基本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，更主要的與開挖引起的地表變形有關(guān)。因地表彎曲又不同，不同之處在于開挖引起的地基地彎曲時(shí)在開挖影響下自行彎曲，它是獨(dú)立于上部結(jié)構(gòu)所施加荷載的彎曲，在這種前提下，由于疊加建筑物自重的影響，便構(gòu)成了彎曲損害。3、地表水平變形損害地表水平變形有拉伸和壓縮兩種，它對(duì)建筑物的破壞作用很大，尤其是拉伸變形的影響，建筑物抵抗拉伸變形的能力遠(yuǎn)小于抵抗壓縮變形的能力，壓縮變形使墻體產(chǎn)生水平裂縫，并使縱墻褶曲，屋頂鼓起。由于建筑物對(duì)于地表拉伸變形非常敏感，位于地表拉伸區(qū)的建筑物，其基礎(chǔ)底面受有來(lái)自地基的外向摩擦力，基礎(chǔ)側(cè)面受有來(lái)自地基的外向水平推力的作用，而一般的建筑物抵抗拉伸作用的能力很小，不大的拉伸變形足以使建筑物開裂地表壓縮變形對(duì)于其上部建筑物作用的方式也是通過地基對(duì)基礎(chǔ)側(cè)面的推力與底面摩擦力施加的，但力的方向與拉伸時(shí)相反。一般的建筑物對(duì)壓縮具有較大的抗力，即建筑物對(duì)壓縮作用不如拉伸作用敏感。但是如果壓縮變形過大，同樣可以對(duì)建筑物造成損害，而且，過量的壓縮作用將使建筑物發(fā)生擠碎性的破壞，其破壞程度可以比拉伸破壞更為嚴(yán)重，這種破壞往往集中在結(jié)構(gòu)薄弱處爆發(fā)。例如夾在兩堅(jiān)固建筑物之間的附加建筑物便有可能因地基的壓縮變形而導(dǎo)致嚴(yán)重破壞地下水管及煤氣管對(duì)其軸向的地表水平變形也非常敏感。在拉伸變形作用下，可以造成管接頭漏氣，甚至街頭脫開；壓縮變形可以使接頭壓入而漏損，嚴(yán)重的可以壓壞接頭，甚至使管道產(chǎn)生裂縫。地表水平拉伸與壓縮變形對(duì)道路也可以產(chǎn)生損害，如使路面開裂等。同時(shí)鐵路軌道可因拉伸而使接頭破壞，因壓縮而使軌線彎折。對(duì)于橋梁，橋梁的活動(dòng)支座可能需要更多的補(bǔ)償位置，如果兩端固定，則可能使支座與橋墩連接處發(fā)生破壞。二、新建隧道對(duì)既有隧道的影響分析新建隧道從既有線隧道下方穿越施工，可能造成地鐵隧道滲漏水、開裂、隧道沉降、扭曲變形，、進(jìn)而影響地鐵軌道幾何尺寸，嚴(yán)重時(shí)直接危及行車安全。1、下穿過程中造成既有隧道滲漏水2、下穿過程中造成既有隧道裂損3、下穿過程中造成既有線隧道沉降變形曲線 以深圳地鐵2號(hào)線下穿既有線4號(hào)線為例，該項(xiàng)目屬于深圳地鐵二號(hào)線東延線工程【福田站市民中心站】盾構(gòu)區(qū)間隧道在YCK26+264.747 YCK26+276.307段下穿運(yùn)營(yíng)中的地鐵四號(hào)線【市民中心站會(huì)展中心站】區(qū)間礦山法隧道。該段隧道下穿地鐵四號(hào)線時(shí)線間距15.197m，位于曲線半徑R=700m平曲線上，并且左線27.435的坡，右線27.428的坡。區(qū)間地段線路左右線坡度基本一致，過四號(hào)線所處的地形起伏不大，地面高程8.5m，隧道頂面埋深約19.58m，兩隧道結(jié)構(gòu)最小凈距為1.567 m。深圳地鐵四號(hào)線是深圳市目前正在運(yùn)營(yíng)的地鐵線路，是深圳市主要交通線路。列車運(yùn)行頻率高，人流量大，地鐵二號(hào)線東延線工程【福田站市民中心站】區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，管片外徑6.0m，內(nèi)徑5.4m。地鐵二號(hào)線東延線工程【福田站市民中心站】區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)端距離四號(hào)線僅6.542m，四號(hào)線礦山法隧道設(shè)計(jì)有鎖腳錨管，長(zhǎng)3.5m，受條件限制，市民中心站始發(fā)端頭僅能加固2.7m。為防止四號(hào)線隧道失水沉降，造成隧道受力增加，繼而影響運(yùn)營(yíng)，2號(hào)線盾構(gòu)隧道與地鐵四號(hào)線縱向位置關(guān)系圖根據(jù)監(jiān)測(cè)方案與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，四號(hào)線會(huì)市區(qū)間隧道內(nèi)共布監(jiān)測(cè)斷面13個(gè)，棱鏡監(jiān)測(cè)點(diǎn)86個(gè)，人工復(fù)測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)31個(gè)，收斂斷面2個(gè)，軌距與差異沉降斷面13個(gè)。應(yīng)變監(jiān)測(cè)斷面2個(gè)，應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)。監(jiān)測(cè)斷面及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1圖3所示。監(jiān)測(cè)斷面平面布置圖隧道水平收斂與拱頂下沉監(jiān)測(cè)斷面布置圖（DM13，1113斷面）下穿過程中監(jiān)測(cè)既有線變形曲線圖（摘錄）第三章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測(cè)方法一、人工監(jiān)測(cè)沉降監(jiān)測(cè)：采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并執(zhí)行二等水準(zhǔn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)； 位移監(jiān)測(cè)：采用全站儀測(cè)量導(dǎo)線的方式進(jìn)行； 二、測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由五部分組成：監(jiān)測(cè)站、控制計(jì)算機(jī)房、基準(zhǔn)點(diǎn)、變形點(diǎn)和測(cè)量機(jī)器人。監(jiān)測(cè)站：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站。該站需建觀測(cè)墩，安置測(cè)量機(jī)器人，并保證有較好的通視條件?？刂朴?jì)算機(jī)房：控制計(jì)算機(jī)房一般選設(shè)在辦公區(qū)附近，有較好的供電等條件。機(jī)房?jī)?nèi)的計(jì)算機(jī)通過通訊電纜或數(shù)據(jù)電臺(tái)和監(jiān)測(cè)站全站儀相聯(lián)。在控制機(jī)房能實(shí)時(shí)了解監(jiān)測(cè)站全站儀的運(yùn)行情況。另外，通過埋設(shè)于機(jī)房與監(jiān)測(cè)站的專用電纜給全站儀供電并通訊。基準(zhǔn)點(diǎn)：在變形區(qū)以外，需建至少三個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。變形點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際需要，在變形體上選擇若干變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上安置有對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)站的單棱鏡。數(shù)據(jù)采集結(jié)束，軟件即可進(jìn)行網(wǎng)的平差處理，獲得控制網(wǎng)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終成果，并以各種直觀的圖形、報(bào)表輸出，從而輕松實(shí)現(xiàn)了從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)最終成果輸出的內(nèi)外業(yè)一體化，極大地降低了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著地提高了測(cè)量的工作效率。該系統(tǒng)能自動(dòng)評(píng)價(jià)測(cè)量成果、顯示變形趨勢(shì)，由數(shù)據(jù)庫(kù)完成本期觀測(cè)值與基準(zhǔn)值及上一期觀測(cè)值的對(duì)比分析后，輸出變形點(diǎn)成果表、位移量成果表、位移量圖和變化趨勢(shì)圖等。三、靜力水準(zhǔn)、引張線儀監(jiān)測(cè)靜力水準(zhǔn)儀由一系列含有液位傳感器的容器組成，容器之間由充液管相互連通?；鶞?zhǔn)容器位于一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，其它容器位于與基準(zhǔn)容器大約相同標(biāo)高的不同位置上。當(dāng)測(cè)點(diǎn)容器相對(duì)于基準(zhǔn)容器或任意測(cè)點(diǎn)容器之間產(chǎn)生沉降或隆起變化時(shí)，都將引起測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液位的相應(yīng)升高或下降，這樣懸掛于液位傳感器下面的浮子所受浮力便隨之增大或減小，從而改變傳感器的中心波長(zhǎng)大小。該系統(tǒng)特別適合那些要求高精度監(jiān)測(cè)豎向位移的場(chǎng)合，可以監(jiān)測(cè)到最小0.1mm的高程變化。四、光纖光柵位移監(jiān)測(cè)管光纖光柵位移監(jiān)測(cè)管為針對(duì)地鐵隧道位移監(jiān)測(cè)的新型儀器，該管由外徑70mm、內(nèi)徑60mm、長(zhǎng)4m的PVC測(cè)斜管連接而成，管體上的兩個(gè)正交方向 （即豎向沉降和水平位移方向），預(yù)制2個(gè)小槽，沿軸向布置2條光纖，每條光纖上串聯(lián)多個(gè)光纖光柵傳感器，制成光纖光柵位移監(jiān)測(cè)管。當(dāng)隧道某處發(fā)生豎向沉降、水平向位移時(shí)，光纖光柵位移監(jiān)測(cè)管受彎產(chǎn)生相應(yīng)的變形。此時(shí)，如果記錄下各個(gè)光纖光柵傳感器中心波長(zhǎng)的前后變化情況，就可擬合出監(jiān)測(cè)管表面的拉、壓應(yīng)變分布規(guī)律，再根據(jù)材料力學(xué)中曲梁理論公式，并通過數(shù)值積分，即可由應(yīng)變求得各點(diǎn)在兩個(gè)正交方向上的撓度，即獲得監(jiān)測(cè)管固定支座處各點(diǎn)的豎向沉降和水平向位移值。必須要指出的是，由光纖光柵位移監(jiān)測(cè)管測(cè)得的位移量是以監(jiān)測(cè)管兩端為基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位移量。為了測(cè)得絕對(duì)沉降量，需要保證監(jiān)測(cè)管的長(zhǎng)度大于地鐵隧道變形影響范圍，或者采用其他測(cè)量手段測(cè)出監(jiān)測(cè)管兩端的絕對(duì)位移量，再進(jìn)行修正。第四章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)分析上述各種監(jiān)測(cè)方法有各自不同特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)，根據(jù)調(diào)研、資料分析綜合各方面情況匯總各種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下：一、人工監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn)：監(jiān)測(cè)費(fèi)用較低，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)靈活。缺點(diǎn)：監(jiān)測(cè)精度較低，數(shù)據(jù)采集周期較長(zhǎng)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 二、測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè) 優(yōu)點(diǎn)：監(jiān)測(cè)精度高，數(shù)據(jù)采集周期短，能夠相對(duì)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 缺點(diǎn)：監(jiān)測(cè)費(fèi)用較高，對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境要求高，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝復(fù)雜。三、靜力水準(zhǔn)、引張線儀監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn)：監(jiān)測(cè)精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)缺點(diǎn)：監(jiān)測(cè)費(fèi)用偏高，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)受環(huán)境限制，只適用于高差變化不大，直線區(qū)段的監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)采集點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較少，如果布設(shè)更多的采集點(diǎn)，費(fèi)用測(cè)較貴。四、光纖光柵位移監(jiān)測(cè)管優(yōu)點(diǎn)：監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度高，完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠一個(gè)測(cè)點(diǎn)上準(zhǔn)確的測(cè)出三維方向的數(shù)據(jù)變化。缺點(diǎn)：安裝過程復(fù)雜，目前技術(shù)尚處于發(fā)展階段，光纖數(shù)據(jù)調(diào)解儀費(fèi)用較高，偶發(fā)數(shù)據(jù)離散現(xiàn)象，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制。第五章 隧道下穿建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)測(cè)結(jié)果的應(yīng)用 針對(duì)以上調(diào)查研究和綜合分析，在隧道下穿既有建筑、隧道結(jié)構(gòu)施工時(shí)，監(jiān)測(cè)方法的選擇應(yīng)因地制宜，合理選擇適合的監(jiān)測(cè)方法?？偨Y(jié)以下思路進(jìn)行監(jiān)測(cè)方法的選擇： 1、對(duì)于地面沉降點(diǎn)，監(jiān)測(cè)精度要求不高，監(jiān)測(cè)頻率不需要實(shí)時(shí)且變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布范圍較廣情形，監(jiān)測(cè)方法宜選用人工監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行。2、對(duì)于地面局部監(jiān)測(cè)精度要較高，監(jiān)測(cè)點(diǎn)范圍分布較小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要求實(shí)時(shí)，監(jiān)測(cè)環(huán)境通視良好、受外界干擾比較小的項(xiàng)目，可考慮采用測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行，但在安裝過程中，測(cè)量機(jī)器要采取防護(hù)措施，以防被盜被擾動(dòng)等影響監(jiān)測(cè)精度的事件發(fā)生。3、對(duì)于隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)，如果既有隧道結(jié)構(gòu)處于平、直區(qū)段，且隧道側(cè)壁各種附掛、配設(shè)備較少，可考慮采用光柵光纖監(jiān)測(cè)或采用靜力水準(zhǔn)與引張線儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但僅用于既有隧道內(nèi)有通訊信號(hào)覆蓋的情況下實(shí)施，同時(shí)在監(jiān)測(cè)過程中應(yīng)適當(dāng)布設(shè)人工復(fù)核監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期進(jìn)行人工復(fù)核測(cè)量，發(fā)現(xiàn)并校正上述監(jiān)測(cè)方法可能造成的粗差。4、對(duì)于隧道內(nèi)曲線段、坡度較大的區(qū)段，測(cè)適宜采用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)在監(jiān)測(cè)過程中應(yīng)適當(dāng)布設(shè)人工復(fù)核監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期進(jìn)行人工復(fù)核測(cè)量，發(fā)現(xiàn)并校正上述監(jiān)測(cè)方法可能造成的粗差。5、各種監(jiān)測(cè)方法各有益補(bǔ)，在具體監(jiān)測(cè)過程中要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和監(jiān)測(cè)精度的要求，選擇適合的方法，做到變形數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反饋施工情況，及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工為原則。第 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