淺埋暗挖地鐵車站自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析

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1、淺埋暗挖地鐵車站自動化監(jiān)控量測系統(tǒng)應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析（北京地鐵四號線項目經(jīng)理部）摘要：介紹了在車站施工期間采用監(jiān)控量測系統(tǒng)動態(tài)顯示地鐵暗挖施工過程中圍巖和主體結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，顯示其受力狀態(tài)及位移變化等信息變化，實現(xiàn)實時安全預(yù)警、預(yù)報。關(guān)鍵詞：地鐵車站暗挖監(jiān)控1工程概況圖1天壇東門站主體結(jié)構(gòu)橫斷面天壇東門站主體結(jié)構(gòu)為三拱兩柱雙層結(jié)構(gòu)（詳見圖1），開挖寬度23.876m，開挖高度15.266m，總長191.0m，主體結(jié)構(gòu)覆土6m左右，車站采用暗挖中洞法施工。施工順序圖見圖2。地下管線：交叉口處路段地下管線密集，種類繁多，主要有熱力管道、給水（三條）、雨水、污水

2、、電力管溝、煤氣、電信等管線。圖2天壇東門站開挖順序圖車站范圍內(nèi)地層自上而下依次為：人工填土層、粉土、細(xì)中砂層、卵石圓礫，其中由交叉口段進(jìn)入車站拱部所處地層為中粗砂夾卵石地層。2監(jiān)測方案在地鐵暗挖施工條件下，通過對地表、地層和結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形等參數(shù)變化的監(jiān)控信息采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究，提出一整套適合地鐵暗挖施工特點(diǎn)的自動監(jiān)控系統(tǒng)，為地鐵大跨和淺埋暗挖的安全施工提供指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)采集元件技術(shù)性能、數(shù)據(jù)采集方式、布點(diǎn)原則的研究以及元件的選型；數(shù)據(jù)傳送方式和傳輸設(shè)備的選擇、傳輸軟件的編制；圍巖穩(wěn)定性和主體結(jié)構(gòu)動靜力工作狀況的理論分

3、析、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和施工安全分析系統(tǒng)的研究；信息自動監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)的研究。該系統(tǒng)能動態(tài)顯示地鐵暗挖施工過程中圍巖和主體結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，顯示其受力狀態(tài)及位移等信息變化，實現(xiàn)實時安全預(yù)警、預(yù)報。整個車站布置三個監(jiān)測斷面，里程分別為K4+820，K4+883，K4+965，各斷面元件布置情況如下：2.1位移計的布置位移計用來量測土體內(nèi)部位移,測桿長度3～5米。中洞部分開挖時，在拱頂布置1根。中洞邊墻兩側(cè)對稱布置位移計2根。側(cè)洞開挖后，側(cè)洞頂拱對稱布置1對，邊墻對稱水平布置1對位移計。位移計的布置見圖3。位移計的布置根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整。采集器A6A7A5A4A

4、3A2A1圖3位移計布置圖2.2鋼筋計布置（φ25mm）在永久噴層上位移計埋置的對應(yīng)位置內(nèi)外層布置一對鋼筋計，共5對。其余臨時支護(hù)，酌情布置每點(diǎn)一個，共10個。見圖4。圖4壓力盒布置圖B1’2B3’4B14B11B12B5’6B7’8B17B9’10B16B20B18B15B19B132.3壓力盒布置壓力盒布置在位移計的對應(yīng)位置,中洞開挖拱頂布置1個，邊墻對稱布置1對。兩邊側(cè)洞開挖后在邊墻對稱布置1對,拱頂對稱布置1對。每斷面7個。如圖5所示。圖5壓力盒布置圖C1C2C5C4C7C3C62.4鋼管柱及拉桿應(yīng)力布置（表面式應(yīng)變計）每斷面兩根鋼管柱，上下

5、兩層，鋼管柱在每層內(nèi)外兩側(cè)安裝一對應(yīng)變計。拉桿下側(cè)布置一個。見圖6。2.5橫撐鋼筋計布置（φ10mm）在橫撐工字鋼上下翼緣各布置鋼筋計一只，（1、2部之間和2、3部之間除外），具體布置圖如圖7所示。D9D1D2D3D4D5D6D7D8圖6表面式應(yīng)變計布置圖圖7橫撐鋼筋計布置圖采用的監(jiān)測元件有位移計、鋼筋計、土體壓力盒和表面式應(yīng)變計，具體型號如表1：表1天壇東門站施工監(jiān)測元件表元件名稱元件型號監(jiān)測項目位移計CFJ-701型位移計土體內(nèi)部位移鋼筋計（直徑25mm）GJJ－10型振弦式鋼筋測力計格柵應(yīng)力鋼筋計（直徑10mm）GJJ－10型振弦式鋼筋測力計橫

6、撐應(yīng)力土體壓力盒TYJ－25型振弦式土壓力計土體對支護(hù)的壓力表面式應(yīng)變計EBJ-57型表面式應(yīng)變計鋼管柱應(yīng)變另外，采用ZXY-2頻率儀和自動采集儀進(jìn)行測讀數(shù)據(jù)。3預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)判別圍巖穩(wěn)定性及初期支護(hù)安全度是比較復(fù)雜的問題，就以往經(jīng)驗和現(xiàn)有資料來講，主要以位移和變形作為評判和預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)。所以根據(jù)監(jiān)測項目的分工情況，目前采用以下綜合判別方法。3.1按最大值控制的標(biāo)準(zhǔn)首先確定監(jiān)測項目的最大控制值，最大控制值的三分之一以下為正常施工，三分之一與三分之二之間為加強(qiáng)觀測，三分之二以上預(yù)警。土壓力：天壇東門站埋深約7.5米，全土柱土壓力150KPa左右。按照該標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)

7、土壓力測讀值達(dá)到100KPa以上預(yù)警；格柵應(yīng)力：Φ25螺紋鋼筋的設(shè)計強(qiáng)度為300MPa，當(dāng)鋼筋計測讀值達(dá)到200MPa以上預(yù)警；位移：按0.1～0.3％為初期支護(hù)極限相對水平位移，車站總跨度20m左右，20～60mm，取偏小值30mm（全洞室變形），水平位移達(dá)到20mm以上預(yù)警；按0.06～0.1％為初期支護(hù)極限相對垂直位移，車站總高度15m左右，9～15mm，取偏小值10mm（全洞室變形），垂直位移達(dá)到7mm以上預(yù)警。3.2按變化速度判別土壓力：按每天增長速度大于10KPa為急劇增長階段，速度小于2KPa為基本穩(wěn)定；格柵應(yīng)力：按每天增長速度大于10

8、MPa為急劇增長階段，速度小于2MPa為基本穩(wěn)定；位移：位移每天增長速度大于1.0mm時，圍巖處于急劇變形狀