1、城市地下工程監測與反饋技術中鐵隧道集團有限公司 劉招偉2006年3月一.城市地下工程主要特點與施工方法簡介二.施工監測的意義與的目三.主要監測項目四.控制基準的確定五.施工監測組織與實施六.主要監測項目實施方法七. 信息反饋八. 過大變形的工程措施九.現代化自動監測內容十.監測工程實例內容簡介一 城市地下工程主要特點與施工方法1.地下工程的主要特點地質條件差周邊環境復雜 結構埋深淺、與臨近結構相互影響 圍巖穩定性難于判斷 2.地下工程的主要施工方法 隨著施工技術的不斷進步和發展，地下工程開的施工方法越來越豐富，根據地質條件、周邊環境條件、機械設備配備等情況，城市地下工程施工方法一般可分為三大類

2、，即：明挖、暗挖及沉管法。具體分類見下圖。二 監測的意義與目的1.監測的意義 在巖土中修建地下工程，由于對地下工程設計合理性進行理論分析牽涉問題很多，比較困難，其主要原因是： (1)巖土的復雜性， (2)施工方法難以模擬性， (3)圍巖與支護（圍護）結構相互作用的復雜性。 同時考慮城市地下工程的特點，地質條件差、周圍環境一般比較復雜，因此有必要通過信息化施工，及時了解施工過程中圍巖與支護結構的狀態，并及時反饋到設計與施工中去，以確保地下工程施工和周圍建（構）筑物安全。作為信息化施工的最基礎工作，監測顯得非常重要。2.城市地下工程監測的主要目的通過監測了解地層在施工過程中的動態變化，明確工程施工

3、對地層的影響程度及可能產生失穩的薄弱環節。通過監測了解支護結構及周邊建（構）筑物的變形及受力狀況，并對其安全穩定性進行評價。通過監測了解施工方法的實際效果，并對其進行適用性評價。及時反饋信息，調整相應的開挖、支護參數；通過監測，收集數據，為以后的工程設計、施工及規范修改提供參考和積累經驗。三 主要監測項目1.監測項目分類 （1）從考慮地下工程結構穩定及施工對環境影響出發，地下工程主要監測項目可以分成三類：第一類是支護結構的變形和應力、應變監測，第二類是支護結構與周圍地層（圍巖與結構）相互作用監測，第三類是與結構相鄰的周邊環境的安全監測。 （2）根據監測項目對工程的重要程度可分為“必測項目”和“

4、選測項目”兩類。 城市地下工程施工多數采用淺埋暗挖法、明挖法、盾構法這三類方法,其監測內容見下面表格。淺埋暗挖法工程主要監測項目類別監測項目監測儀器測點布置監測頻率應測項目圍巖與支護結構狀態地質素描及拱架支護狀態觀察每一開挖環開挖面距監測斷面前后2D時12次/d開挖面距監測斷面前后5D時1次/2d開挖面距監測斷面前后5D時1次/周地表、地表建筑、地下管線及結構物沉降水準儀和水準尺每1050m一個斷面拱頂下沉水準儀和水準尺計每530m一個斷面，每斷面13對測點周邊凈空收斂收斂計每5100m一個斷面，每斷面23測點巖體爆破地表質點振動速度和噪聲聲波儀及測振儀質點振動速度根據結構要求設點，噪聲根據規

5、定的測距設置隨爆破隨時進行選測項目圍巖與結構內部位移多點位移計、測斜儀等選擇代表性地段設監測斷面，每斷面23個測孔開挖面距監測斷面前后2D時12次/d開挖面距監測斷面前后5D時1次/2d開挖面距監測斷面前后5D時1次/周圍巖與支護結構間壓力壓力傳感器選擇代表性地段設監測斷面，每斷面1020個測點鋼筋格柵拱架內力支柱壓力或其他測力計選擇代表性地段設監測斷面，每斷面1020個測點。初期支護、二次襯砌內力及表面應力混凝土內的應變計或應力計每取代表性地段設監測斷面，每斷面1020個測點錨桿內力、抗拔力及表面應力錨桿測力計及拉拔器必要時進行盾構法工程主要監測項目 類別監測項目監測儀器測點布置監測頻率必測

6、項目地表隆沉水準儀和水準尺每30m一個斷面，必要時加密開挖面距監測斷面前后20m時12次/d開挖面距監測斷面前后50m時1次/2d開挖面距監測斷面前后50m時1次/周隧道隆沉每510m一個斷面選測項目土體內部位移（垂直和水平位移）水準儀、測斜儀、分層沉降儀選擇代表地段設監測斷面襯砌環內力與變形壓力計和應變傳感器選擇代表地段設監測斷面土層應力壓力計和傳感器選擇代表性地段設監測斷面明挖法工程主要監測項目 （表1）（上海市工程建設規范地基基礎設計規范（DGJ07111999）序號監測項目監測目的圍護結構施工基坑開挖水泥土圍護墻板式支護體系放坡開挖1圍護墻（邊坡）頂水平位移了解支護結構的最大水平位移量

7、，必要時調整基坑開挖順序和速度，確保基坑和周圍環境的安全；2圍護墻（邊坡）頂沉降了解支護結構的最大沉降量，必要時調整基坑開挖順序和速度，確保基坑和周圍環境的安全；3立柱沉降4圍護墻水平位移了解支護結構的最大水平位移量，必要時調整基坑開挖順序和速度，確保基坑和周圍環境的安全；5土體深層側向位移6支撐或錨桿軸力了解支撐或錨桿軸力情況，判斷支護結構受力安全狀況7基坑內外地下水位隧道開挖降水對周圍地下水位下降的影響范圍和程度8孔隙水壓力通過監測孔隙水壓力在施工過程中的變化情況，及時為開挖、掘進速度等提供可靠依據9圍護墻體土壓力監測擋士結構在各種施工工況下的不穩定因素，以便及時采取相應的措施保證施工安全

8、10坑底隆起（回彈）優化施工方案（如挖土速率、底板澆筑時間等）；確保基坑支護結構和周圍環境的安全11裂縫監測鄰近建筑物了解施工過程中地表、地下管線、建筑物沉降與傾斜情況，評估周邊環境是否安全12鄰近地表13鄰近建筑物沉降14鄰近地下管線水平、豎向位移 建筑基坑支護技術規程（JGJ1209）規定的基坑側壁安全等級及重要性系數，以及據此等級確定的基坑監測項目。 （表2） 安全等級一級二級三級破壞后果很嚴重一般不嚴重重要性系數。110100090監測項目支護結構水平位移周圍建筑物、地下管線變形地下水位樁、墻內力錨桿拉力支撐軸力立柱變形土體分層豎向位移支護結構界面上側向壓力注：1破壞后果系指支護結構破

9、壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境和地下結構施工影響程度，2有特殊要求的建筑基坑側壁安全等級可根據具體情況另行確定；3應測；宜測；可測 四 監測控制基準的確定1.控制基準確定原則（1）監測控制基準值應在監測工作實施前，由建設、設計、監理、施工、市政、監測等相關部門共同確定，列入監測方案；（2）有關結構安全的監測控制基準值應滿足設計計算中對強度和剛度的要求，一般應小于或等于設計值；（3）有關環境保護的控制基準值，應考慮被保護對象（如建筑物、地下工程、管線等）主管部門所提出的確保其安全和正常使用的要求；（4）監測控制基準值的確定應具有工程施工可行性，在滿足安全的前提下，應考慮提高施工速度和減少施

10、工費用；（5）監測控制基準值應滿足現行的相關設計、施工法規、規范和規程的要求；（6）對一些目前尚未明確規定控制基準值的監測項目，可參照國內外類似工程的監測資料確定。 在監測實施過程中，當某一監測值超過控制基準值時，除了及時報警外，還應與有關部門共同研究分析，必要時可對控制基準值進行調整。2.地表沉降控制基準確定方法 通常地表沉降控制基準值應綜合考慮地表建筑物、地下管線及地層和結構穩定等因素，分別確定其允許地表沉降值，并取其中最小值作為控制基準值。（1）按環境保護要求確定最大允許地表沉降值1）從考慮地表建筑物安全角度確定最大允許地表沉降值 地下工程施工引起地層的差異沉降所引發的建筑物傾斜，則是判

11、斷建筑物是否安全的一個重要標準。根據實際經驗總結地層差異沉降與建筑物的反應見右表。建筑物結構類型/L（L為建筑物長度，為差異沉降）建筑物反映一般磚墻承重結構，包括有內框架及建筑物長與高之比小于10，有圈梁，有基礎1/150分隔墻和承重墻出現相當多的裂縫，可能發生結構破壞一般鋼筋混凝土框架結構1/150發生嚴重變形1/500開始出現裂縫高層剛性建筑（箱型基礎、樁基）1/250可觀察到建筑物傾斜有橋式行車的單層排架結構的廠房，淺基礎或樁基1/300橋式行車運轉困難，若不調整軌面水平方向，行車難以運行，分隔墻有裂縫有斜撐的框架結構1/600處于安全極限狀態對差異沉降反應敏感的機器基礎1/850機器使

12、用可能發生困難，處于可運行的極限狀態 從建筑物安全角度分兩種情況介紹最大允許地表沉降值的確定方法。地表建筑物基礎位于沉降槽一側 如右圖所示，一般來說，淺埋地下工程施工時，在其兩側存在著潛在的破裂面，如果破裂面與地表交點位于建筑內，則應考慮不均勻沉降對建筑物的影響。假設破裂面與地表的交點為地表沉降的不動點，則有： 式中，H-工程覆土厚度，h1-開挖高度，D為開挖直徑，A-受影響的橫截面寬度。不均勻沉降由Peck公式求得： 如果令u等于建筑物不均勻沉降的最大允許地表沉降值，而i通常位于邊墻所在的鉛垂線上（iD/2），于是，按下式計算最大允許地表沉降值。 根據建筑物的容許不均勻沉降差計算出的最大允許

13、地表沉降值 。如下式： 根據建筑物的容許傾斜率計算出的最大允許地表沉降值。 如下式：地表建筑物基礎位于沉降槽中間建筑物相鄰柱基L小于（等于）沉降槽拐點位置I 由沉降槽曲線可知，在拐點i處，曲線斜率最大，當建筑物位于如圖所示時，差異沉降（不均勻沉降）達到最大故以此極限條件下的坡度值一一極限坡度小于相應建筑物允許傾斜值作為限制條件。即： 式中：L一一建筑物相鄰柱基礎間距 f一一建筑物的允許傾斜 S差異沉降值 由極限條件得允許最大沉降差：Sfi，同時，由peck曲線可知，當x=i時，可得出地表下沉的最大斜率： 假定建筑物最大允許傾斜與Qmax相等，此時，地表最大允許沉降量： 建筑物相鄰柱基L大于（等

14、于）沉降槽拐點位置2i 這種情況下，沉降對建筑物的影響引起傾斜，同時基礎受彎。當建筑物處于受彎最不利位置，沉降量過大時，可能導至建筑物基礎結構的斷裂及上部結構壓性裂縫的產生。影響基礎變形的因素，如受力條件、荷載分布、建筑物等級不盡相同，難以進行分析，這里僅根據建筑物基礎的極限應變采用下式計算最大允許沉降值。 （2）從考慮地下管線的安全角度確定最大允許地表沉降值 管線與隧道的位置關系比較復雜，僅以管線與隧道軸線垂直為例進行說明。沉降槽上方的管線變形類似于建筑物地基梁L2i的情況，隨著地層的沉降，其受力條件發生轉化，這時可視為受垂直均布荷載的梁來考慮。 根據結構在正常使用時受到的應力應小于其允許的

15、設計應力這一標準： 由：=/E 式中：允許拉應變； 允許拉應力； E材料彈性模量； 可知，管線在地層沉降時產生的變形應小于（或等于）其允許應力的相應變形范圍。即可按下式計算沉降允許值。 式中：m計算長度。當管線走向垂直于地下工程縱向時，m=i，S值最小，此時，上式可簡化為如下式。 （3）從考慮地層及支護結構穩定角度確定最大允許地表沉降值 從考慮地層及支護結構穩定性確定最大允許地表沉降值就是從保證施工安全的角度，以地下工程側壁正上方土體不發生坍塌時允許產生的最大地表沉降值作為控制基準，這時采用“地層梁理論”，誘導出剪應變的方法來確定最大允許地表沉降值。 城市地下工程淺埋暗挖法施工經驗及國內外的經

16、驗均表明，軟弱地層淺埋地下工程典型的地表沉降曲線可用Peck公式描述： 對Peck公式求導可得沉降曲線的最大斜率計算公式如下（發生在x=i處）： 如設定地層的極限剪應變Yp與相等，則： 于是得到最大允許地表沉降計算公式如下。即從地下工程施工本身的安全穩定性推求的最大允許地表沉降值為： 式中：地層抗剪強度， G地層剪切摸量。 Smax一一最大允許地表沉降值； i一一曲線拐點到中心的距離，可通過回歸求得； 從上面的分析可知，地表沉降控制基準值隨工程條件，尤其是周邊環境條件而變，目前多數招標文件中籠統的要求地表沉值小于某一數值是不適宜的，應針對具體工程，通過類比和計算相結合的辦法找出相應的控制基準值

17、。2.地下工程支護結構（圍巖）穩定控制基準確定方法（1）根據支護結構的穩定性確定 對初期支護結構穩定性起決定作用的是結構的抗彎剛度。為研究方便，對隧道參數Em、D等進行處理，使其變成無量綱的新參數，如下式。 式中：ur地層某點位移； D隧道跨度； EI支護結構抗彎剛度； Em圍巖（地層）的變形系數； R隧道的等效半徑。 根據設計，繪制圍巖位移支護剛度曲線，為了便于現場監測進行驗證，僅取隧道拱頂位移A、起拱線位移B兩條曲線，并在圖上繪制u=u（直線C），如圖所示。從圖中可看：圍巖位移支護剛度曲線存在一個明顯的拐點，如果圍巖控制位移較小，C與A、B相交在拐點左側，要達到控制圍巖位移的目的，必然支護

18、剛度要求很大，而C與A、B相交在拐點右側，隨著支護剛度的減小，圍巖位移迅速增大，交點在拐點附近，則既讓圍巖產生一定的位移，又使支護結構在較小的剛度條件下安全工作，從而達到經濟、安全的目的。因此而C與A、B相交在拐點附近最合理，交點對應的支護結構（圍巖）位移作為變形的控制值u。（2）根據地表沉降控制要求確定 城市地下工程多為軟弱地層，且埋置深度淺，因此確定支護結構（圍巖）允許位移基準值時必須考慮周邊環境安全，即要考慮地表沉降要求的影響。 1.城市地下工程通過城市建筑群要求地表沉降控制嚴格時，位移基準值應當控制得盡量小些。 2.山嶺隧道對地表沉降沒有嚴格要求，位移基準值可以適當定大些。 世界各國根

19、據在實踐經驗基礎上，給出了相應的控制基準。但作為城市地下工程變形控制基準時，應考慮周邊環境的承受能力，通常要考慮地表沉降控制要求確定。（3）利用現場監測結果和工程經驗對預先確定的位移值進行修正 在預先確定位移允許值的條件下，應根據具體工程的現場監測結果和工程經驗，分析圍巖及支護結構的穩定狀態及周邊環境的安全狀況。對預先確定位移允許值進行修正，以確保最終確定的位移基準值是安全、經濟、合理的。3.國內外主要監測項目控制基準值（1）暗挖隧道主要監測項目控制基準值 我國鐵路隧道采用允許相對位移值的方法。隧道周邊任意點的實測相對位移值或用回歸分析推算的最終位移值均應小于錨桿噴射混凝土支護技術規范（GB5

20、0086-2001）規定值，即下表所列的數值。 覆土厚度（m）圍巖級別3000.10.30.20.50.41.20.150.50.41.20.82.00.20.80.61.61.03.0 法國工業部制定的隧道位移基準值如下表（隧道斷面50100 m2），可作為初選位移基準的參考值。隧道埋深（m）洞內拱頂容許下沉（mm）地表容許下沉（mm）硬巖軟巖硬巖軟巖10501020205010202050501002060100200206015030010050050100501002004005007504012020040040120300600 日本“NATM設計施工指南”提出按測得的總位移量值，

21、或根據已測值預計的最終位移值，給出圍巖的類別，然后確定與圍巖相應的支護系統。下表給出了隧道施工中各類圍巖容許收斂值。圍巖類別凈空變化值（mm）單 線雙 線751502575501502550 日本新宇佐美隧道對軟弱膨脹性巖體位移基準值的規定如下表所列。地層條件覆蓋層厚度（m）位移基準值（cm）開挖半徑（m）變質安山巖等010053.4510020053.50200以上103.60溫泉余土0100103.50100200153.60200以上203.70 我國北京、廣州根據地區經驗，提出地鐵工程施工相應的監測控制基準。 北京地鐵淺埋暗挖法施工監測控制基準值監測項目基準值位移平均和最大速度控制值（

22、mm/d）地表沉降區間30平均：2最大：5車站60拱底隆起區間10車站10拱頂下沉區間60平均：2最大：5車站120水平收斂區間20平均：1最大：3北京地鐵盾構法施工監測控制基準值 監測項目基準值位移平均和最大速度控制值（mm/d）地表沉降20平均：1最大：3拱頂下沉20平均：1最大：3廣州地鐵施工監測控制基準監測項目控制范圍控制基準地表沉降、類圍巖30 mm、類圍巖20 mm拱頂下沉類圍巖50 mm類圍巖30 mm、類圍巖20 mm變形速度、類圍巖5mm/d、類圍巖3mm/d建筑物傾斜全線3（2）明挖基坑工程變形控制基準確定 上海市和深圳市基坑設計規程規定將基坑工程按破壞后果和工程復雜程度區

23、分為三個等級，各級基坑變形的設計和控制值見下表基坑工程等級劃分及變形制控基準值 工程復雜一級二級三級很嚴重嚴重不嚴重基坑深度（m）149149地下水埋深（m）2255軟土層厚度（m）5252基坑邊緣與鄰近已有建筑淺基礎或重要管線邊緣凈距（m）0.5h0.51.Oh1.Oh監控值設計值監控值設計值上海市墻頂位移（mm）305060100宜按二級基坑的標準控制，當環境條件許可時可適當放寬墻體最大位移（mm）608090120地表最大沉降（mm）305060100最大差異沉降6/100012/1000深圳市墻體最大水平排樁、地下連續墻、土釘墻0.0025H0.0050H0.0100H位移（m）鋼板樁

24、、深層攪拌樁一0.0100H0.0200H 深圳市建設局還對深圳地區建筑深基坑的地下連續墻作了穩定判別標準，見下表。深圳地區深基坑地下連續墻安全性判別標準 注：1.F2上行適用于基坑旁無建筑物或地下管線，下行適用于基坑近旁有建筑物和地下管線。2.F6、F7上、中行與F2同，下行道用于對變形有特別嚴格的情況。 工程建設行業標準建筑基坑工程技術規范（JGJ12-99）規定重力式擋墻最大水平位移的控制值見下表。重力式擋墻最大水平位移控制值墻的縱向長度30m3050m50m地層條件良好地基（0.0050.01）H（0.0100.015）H0.015H一般地基（0.0150.02）H（0.020.05）

25、H0.05H軟弱地基（0.0250.035）H（0.0350.045）H0.045H（3）相鄰建筑物的安全與正常使用判別標準 上海地區相鄰建筑物的基礎傾斜允許值（見下表），可以在工程中參考采用。建筑物地基變形控制基準值和實測變形值 日本淺埋隧道地面建筑物沉降變形控制基準 日本規定地面既有建（構）筑物沉降變形控制基準見下表。 五.監測組織與實施 1.監測方案編制 監測方案是指導監測實施的主要技術文件。主要包括監測目的和監測項目、監測儀器及安裝、數據采集方法、數據分析及施工信息反饋。監測方案的編制應按一下要求進行。監測方案的設計原則 監測項目的確定監測方案的編制監測方案的主要內容編制監測方案的基礎

26、資料2.監測的組織與實施監測的前期準備人員組織準備設備及物資準備 現場準備3.監測的實施 監測實施一般可分三階段進行，即測點布設階段、監測階段及資料分析與整理階段。測點布設傳感器的檢驗和率定監測系統的選擇、調試和管理傳感器和儀器的選用 監測控制值的確定4.監測資料的整理與分析（1）監測資料的種類 監測方案 監測方案是貫徹監測工作始終的指導性文件，因而是重要的監測資料之一。工程竣工后，根據監測方案實際施作情況，對原監測方案進行補充和修改。監測日記 監測日記記載監測實施階段每日的氣象情況、完成的測試項目、現場異常情況、文件收發紀錄等。監測數據 監測數據是監測資料中最基礎、最原始的資料，它是日后進行

27、制表、制圖、計算分析、編制報表、撰寫報告的重要依據。監測報表 每次測試完成后向委托單位提供的圖表，按日期和項目內容編排、裝訂成冊，包括監測日報表，周表報及月報表。監測報告 監測報告系指對某段時間內或某一監測項目的實施情況的總結，找出某些變化規律，提出建議和措施。每一監測工程都有一個監測總報告，根據工程規模和時間，也可以出中期報告、分報告。監測工程聯系單 聯系單是監測部門就監測過程中遇到的技術問題、特殊情況或測試內容、時間變更等，與委托方進行聯系或達成協議的書面記載。監測會議記要 包括監測方案評審會、現場監測工作例會、定期或不定期的專家顧問會議、施工協調會等涉及監測內容的會議記錄。（2）誤差產生

28、的原因和檢驗方法1）系統誤差 系統誤差是因監測方法不正確或限于現場測試環境條件無法消除的因素而造成的。常見的系統誤差有固定的和變化的兩類。固定的系統誤差是在整個監測數據中始終存在著一個符號不變的固定的數字偏差，或對一個數據多次測量中算出平均值之差的偏差，如零點漂移、儀器調試偏差等。如果監測數據的偏差是變化的，就是變化的系統誤差，它們可能是有規律的累進變化、周期變化或按其它復雜的規律變化，如溫度、濕度等環境條件的變化引起的系統誤差。2）過失誤差 主要由于測試人員的工作過失所引起的誤差，如讀錯儀表刻度（位數、正負號）、測點與測讀數據混淆、記錄錯誤等，造成監測數據不可允許的錯誤。此類誤差數值很大，使

29、測試結果與事實顯然不符，必需從測量數據中剔除。3）偶然誤差 在測量數據中剔除了過失誤差并盡可能地消除和修正了系統誤差之后，剩下的主要是偶然誤差。引起偶然誤差的主要原因有偶然因素，如電源電壓波動，對儀表末位讀數估讀不準確以及環境因素的干擾等。偶然誤差帶有隨機性質，無法從試驗方法上加以防止，它們服從正態分布的統計規律，因此又稱隨機誤差。4）檢驗誤差的方法 查找錯誤數據和分析誤差，主要是根據系統誤差、過失誤差和偶然誤差在不同類型監測數據中的分布規律來判斷。通常采用人工判斷和計算機分析相結合的方法，通過下述兩種方法相結合進行檢驗：對比檢驗方法 對比檢驗方法是以儀器監測值的相互關系為基礎的傳統邏輯分析方

30、法。包括以下兩種分析方法。一致性分析 一致性分析是從時間角度檢驗分析同一測點本次實測值與前次觀測值的關系。相關性分析 相關性分析是從空間的角度檢驗分析，同一測次中該點與前、后、左、右、上、下鄰近測點觀測值進行對比，然后使用數理統計方法對數據的誤差類型作檢驗，并進行誤差分析處理統計檢驗方法和步驟數據整理：把原始數據通過一定的方法，如按大小的排序，用頻率分布的形式把一組數據的分布情況顯示出來，進行數據的數字特征計算，離群數據的取舍。數據的方差分析：被測物理量按隨機規律受到一種或幾種不同因素的影響，通過方差分析的方法處理數據，確定哪些因素或哪種因素對被測物理量的影響最顯著。數據的曲線擬合：數據擬合是

31、根據實測的一系列數據，尋找一種能夠較好反映數據變化規律和趨勢的函數關系式，通常使用最小二乘法進行擬合。3）避免人為誤差 由于測試人員的工作過失所引起的誤差，如讀錯儀表刻度（位數、正負號）、測點與測讀數據混淆、記錄錯誤等，造成監測數據不可允許的錯誤。避免人為誤差措施主要有加強監測管理，規范監測工作，加強人員培訓提高人員素質。在數據處理時，此類誤差數值一般很大，必需從測量數據中剔除。4）不完整（或缺損）數據的處理 在監測實施過程中，由于監測儀器被破壞、測點埋設不及時、受施工干擾部分時間段數據沒有采集等原因，導致監測數據不完整，以及如拱頂下沉、結構收斂等監測項目在監測點埋設之前部分位移已經發生。避免

32、出現這類情況產生的主要措施：及時埋設測點，加強測點保護，加強監測組織管理，協調好監測與施工之間關系。 對不完整數據的處理分析方法，一般有回歸分析法和類比法。（3）減小誤差的方法及不完整（或缺損）數據的處理1）減小系統誤差的方法 根據監測精度要求選擇儀器，并考慮儀器的經濟性、耐久性及穩定性。如果監測儀器產生的系統誤差不能滿足監測精度要求，通常采用精度高、穩定性好、耐久性好的儀器來減小系統誤差；根據系統誤差產生的原因進行修正。2）控制偶然誤差的方法 引起偶然誤差的主要原因有偶然因素，如電源電壓波動，對儀表末位讀數估讀不準確，以及環境因素的干擾等。因此，對不同的監測項目，具體分析產生偶然誤差的原因，

33、在監測實施過程中加強管理，提高監測操作人員的技術水平來控制偶然誤差。偶然誤差一般服從正態分布，在數據處理過程中，進行數據統計檢驗。（2）監測數據的整理要求1）數據采集 資料采集應嚴格按照監測傳感器和儀表的原理及監測方案規定的測試方法，堅持長期、連續、定人、定時、定儀器地進行采集，采用專用表格做好數據記錄和整理，保留原始資料。每次資料匯總前，測量人、記錄人、審核人、整理人簽名應齊全，以便各司其職，提高監測人員的責任心。特別是在發現監測數據異常時，應及時進行復測，并加密觀測的次數，防止對可能出現的危險情況先兆的誤報和漏報。當測量數據用人工錄入計算機時，更應進行數據的二次校核，以確保打印出的曲線圖表

34、準確無誤。2）數據采集質量控制 根據不同原理的儀器和不同的采集方法，采用相應的檢查和鑒定手段，包括嚴格遵守操作規程、定期檢查維修監測系統、加強對上崗人員的培訓工作等方面的內容。對儀器質量和數據采集質量的控制可從以下方面著手：確定監測基準點的穩定性；定期檢驗儀器設備；保護好現場測點；嚴守操作規程；做好誤差分析工作。5.監測數據的反饋分析 根據對監測數據分析的時間安排可分為以下三類： 實時分析：每天根據監測數據，分析施工對結構和周邊環境的影響，發現安全隱患，及時采取措施；實時分析一般采用日報表型式。 階段分析：經過一段時間后，根據大量的監測數據及相關資料等進行綜合分析，總結施工對周圍地層影響的一般

35、規律，指導下一階段施工。階段分析一般采用周報、月報形式，或根據工程施工需要不定期進行，提出指導施工和優化設計的建議。 工程竣工后，提交施工總結，對監測數據進行系統分析，分析工程實際變形或應變規律，總結工程施工的經驗與教訓，為以后的工程設計、施工及規范修改提供參考和積累經驗。并可以和計算結果比較，完善計算理論。 具體的監測數據的反饋分析方法后面詳細闡述。六 主要監測項目實施方法1.地表沉降 沉降監測是地下工程監測中最主要的監測項目。在地基加固、基坑、淺埋暗挖法隧道、盾構法隧道等工程的施工過程中都要進行地表沉降監測。（1）監測目的 主要是測定隧道施工引起的地表沉降值，確保結構及周邊環境的安全，同時

36、分析隧道施工引起的縱橫沉降槽曲線及最大沉降坡度、最小曲率半徑和沉降速率等，以評估盾構施工過程中圍巖變形狀態及施工對周圍環境的影響程度。（2）監測儀器 實際工作中，推薦一般采用瑞士WILDLeico公司的NA2002和N3或蘇州第一光學儀器廠可以附加測微器的DSZ2。 如果需要進行跟蹤監測，可采用靜力水準儀系統。 （3）監測方法 1）水準點的設置 可以利用城市中的永久水準點或工程施工時使用的臨時水準點，作為基準點或工作基點。如果附近沒有這樣的水準點，則應根據現場的具體條件和沉降監測的時間要求埋設專用水準點。水準點的型式和埋設可參照三、四等水準點的要求進行（如圖），其數目不少于三個，以便組成水準控

37、制網，對水準點定期進行校核，防止其本身發生變化，以保證沉降監測結果的正確性。水準點應在沉降監測的初次觀測之前一個月埋設好。 埋設水準點應考慮下列因素： （1）水準點應布設在監測對象的沉降影響范圍（包括埋深）以外，保證其堅固穩定； （2）盡量遠離道路、鐵路、空壓機房等，以防受到碾壓和振動的影響； （3）力求通視良好，與觀測點接近，其距離不宜超過l00m，以保證監測精度； （4）避免將水準點埋設在低洼易積水處。同時為防止土層凍脹的影響，水準點的埋設深度至少要在冰凍線以下0.5m。2）地表沉降測點埋設 用沖擊鉆在地表鉆孔，然后放入長200300mm，直徑2030mm的圓頭鋼筋，四周用水泥砂漿填實。3

38、）地表沉降計算 在條件許可的情況下，盡可能布設導線網，以便進行平差處理，提高觀測精度。施工前，由基點通過水準測點監測出地表沉降觀測點的初始高程H0，在施工過程中測出的高程為Hn。則高差Hn-H0即為地表沉降值。4）地表沉降分析 包括地表沉降歷時規律（如下圖所示）、地表沉降歷程規律、縱向地表沉降規律、橫向地表沉降規律等。分析施工對周邊環境的影響程度及影響范圍，及與時間及開挖面之間的關系，預測最終地表沉降。2.建筑物監測 建筑物監測包括建筑物沉降監測、建筑物傾斜、建筑物水平位移監測及建筑裂縫監測等。（1）監測目的 在城市地區修建地下工程，往往周圍有建筑物。為了保證建筑物的安全，在施工過程中需進行建

39、筑物監測，目的是掌握工程施工期間建筑物的變化情況，以便當建筑物變形過大，及時采取有效的保護加固措施，確保建筑物安全。（2）監測儀器 用于沉降監測水準儀、全站儀、靜力水準儀等；建筑物傾斜可以采用水準儀（差異沉降法）、全站儀，垂線坐標儀等，水平可以采用全站儀、經緯儀等，建筑裂縫監測可采用簡易方法進行，如貼石膏法金屬片固定法等，如果監測精度要求較高可采用測縫計或手持應變計等。（3）監測方法 目前，對于建筑物監測項目主要是沉降與傾斜（通常采用差異沉降法）。下面僅就建筑物沉降及采用差異沉降法進行傾斜監測進行簡單介紹。 1）水準基點埋設 水準基點的構造、形式以及埋設方法地表沉降。水準基點離監測建筑物的最近

40、允許距離見下表。 建筑物性質層次水準基點離觀測建筑物的最近容許距離（m）建筑物性質層次水準基點離觀測建筑物的最近容許距離（m）民用建筑6層以下4030工業廠房單層廠房401050單層廠房502060（有吊車者）3070單層廠房604080（有震動基礎）2）沉降監測點布置 監測點的位置和數量應根據建筑物的體態特征、基礎形式、結構種類及地質條件等因素綜合考慮。為了反映沉降特征和便于分析，測點應埋設在沉降差異較大的地方，同時考慮施工便利和不易損壞。一般可設置在建筑物的四角（拐角）上，高低懸殊或新舊建筑物連接處，伸縮縫、沉降縫和不同埋深基礎的兩側，框架（排架）結構的主要柱基或縱橫軸線上。對于煙囪、水塔

41、、油罐等高聳構筑物，應沿周邊在其基礎軸線上的對稱位置布點。 沉降監測標志（點）應根據建筑物的構造類型和建筑材料確定，一般可分為墻（柱）標志、基礎標志和隱蔽式標志（用于賓館或商場內）。下圖為監測標志的埋設示意圖。監測標志埋設完畢后，應待其穩固后方能使用。特殊情況下，也可采用射釘槍、沖擊鉆將射釘或膨脹螺絲固定在建筑物的表面，涂上紅漆作為監測標志。沉降監測標志埋設時應特別注意要保證能在點上垂直置尺和良好的通視條件。3）地表沉降計算 施工前，由監測基點通過水準測量監測出建筑物沉降監測點的初始高程H0，在施工過程中測出的高程為Hn。則高差HHn-H0即為建筑物沉降值。4）傾斜計算 根據建筑物相臨兩點的沉

42、降值，在計算建筑物沉降差s ，按公式tg=s/b進行傾斜計算（一般采用差異沉降法），如圖所示，頂部水平位移采用公式SH2=Hgs/b計算。 式中：為所求建筑物水位移產生的傾斜角； b建筑物寬度； s建筑物的差異沉降；5）變形規律分析 繪制變形歷時曲線，如圖為某工程建筑物沉降歷時曲線圖，預測最大變形值，判斷建筑物的安全。6建筑物沉降歷時曲線圖右線盾構到達前右線盾構通過后左線盾構到達后期沉降3.地下管線變形監測 （1）監測目的 在管線周圍設置測點，監測地下工程施工過程中地下管線沉降情況，據以判定地下管線的安全性，以及采用的工程保護措施的可靠性。（2）監測儀器 同地表沉降監測。（3）監測實施方法 1

43、）基準點埋設 同地表沉降監測。 2）測點埋設 目前地下管線測點主要有以下三種設置方法：（1）.抱箍式，（2）.直接式，（3）.模擬式 其中模擬式，測點的特點是簡便易行，避免了道路開挖對交通的影響，但因測得的是管頂地層的變形，模擬性差，精度較低。上述三種形式的測點均可用于管線沉降監測。抱箍式和直接式亦可用于水平位移的監測，但應注意抱箍式測點的測桿周圍不得回填，否則會引起監測誤差。3）沉降值計算沉降值計算同地表沉降監測。4）沉降分析繪制沉降歷時曲線，預測最大沉降值，判斷管線的安全。4.凈空收斂監測（1）監測目的 地下工程開挖后，凈空收斂也是圍巖與結構和支護力學形態變化的最直接、最明顯的反映參數，通

44、過監測可了解圍巖和支護結構的穩定狀態。（2）監測儀器 通常采用收斂計，收斂計是用于測量和監控隧道周邊收斂（變形）的主要儀器，由連接、測力、測距三部分組成，如右圖所示。近年來發展的無尺非接觸量測系統，可采用全站儀進行收斂變形監測。（3）監測實施1）測點布設原則 與結構拱頂下沉測點布置在同一個斷面上。在同一斷面內，收斂基線的布設，應根據斷面大小選擇不同的布置型式，通常情況下可以采用，如下圖所示的型式。安裝測點時，在被測結構面用鑿巖機或人工挖孔徑為4080mm深20cm的孔，在孔中填塞水泥沙漿后插入收斂預埋件，盡量使兩預埋件軸線在基線方向上并使銷孔軸線處于垂直位置，上好保護帽，待沙漿凝固后即可進行監

45、測。ac-單線隧道，bd-雙線隧道2）收斂測量與計算 按下式計算凈空變化值。 Un=Rn-Rn-1 Un第n次監測的凈空變形值 Rn第n次監測時的凈空變形值 Rn-1第n-1次監測時凈空變形值3）變形分析 繪制收斂歷時曲線及歷程曲線（如下圖所示），預測最大收斂變形值，判斷初支結構的穩定情況。5.拱頂下沉監測 （1）監測目的 拱頂下沉監測值是反映地下工程結構安全和穩定的重要數據，是圍巖與支護系統力學形態變化的最直接、最明顯的的反映。通過監測了解初支結構的穩定情況。（2）監測儀器 水準儀、鋼掛尺或全站儀。（3）監測實施1）沉降點埋設沉降點埋設原則應以能反映結構安全為原則，并盡量與地表沉降測點相對應

46、，以利于對比分析。拱頂下降的水準基點布設在洞內和洞外均可，要布設牢固，易于監測。拱頂下沉降測點一般用6鋼筋彎成三角形，固定在待測面上。測點大小要適中。監測時用1把長度適宜的（長度依據隧道高度而定）鋼卷尺，尺端連一個掛勾，可以掛在測點上。要保護測點，使監測數據不中斷。監測應在水準儀及掛尺檢驗合格后方可進行；不得在測點和掛尺處有振動時進行監測；盡量選擇在監測環境好時進行監測。2）數據計算與分析 對同一測點而言，拱頂沉降計算如下式。 U=Ui-Ui-1 式中：Ui第i次監測高程； Ui-1第i-1次監測高程； U第i次沉降值； 數據分析與處理同地表沉降，繪制沉降歷時曲線如右圖所示。6.圍護結構頂水平

47、位移（1）監測目的 1）及時了解支護結構的最大水平位移，必要時調整基坑開挖順序和速度，確保基坑和周圍環境的安全； 2）驗算支護結構的變形量，反算地層的水土壓力； 3）作為測斜管監測計算的起始依據。（2）監測儀器 鋼尺/經緯儀、或全站儀等。（3）監測實施方法 1）基準點的埋設方法 基準點的埋設方法地表沉降監測。 2）測點埋設 支護結構上的測點可獨立埋設，也可利用沉降監測點，在測點端面鋸上十字刻痕或鑿出中心位置。監測同一條邊所用的測點應盡量埋設在一直線上，以便監測。每次監測時應對其基準點和測點進行檢查，保證監測數據的穩定可靠。3）測量方法與位移計算 圍護結構頂水平位移的監測方法很多，可根據現場情況

48、和工程要求靈活應用，下面介紹幾種常用的監測方法。直接丈量法 該方法類似隧道收斂變形量測，適用于邊長不大于50rn的小型基坑。基坑開挖前，在監測部位埋設測點，其差值即為測點間的相對位移，若基坑是對稱的，可取其值的1/2分別作為測點的位移量。用此方法測量直接得到的雖是相對位移值，但使用器具單一，操作簡便、直觀。只要每次測量時，對每一測線重復測量兩次，若兩次測量的誤差值不大于1/20000，則可取其平均值作為測量結果，精度可滿足工程要求。視準線法 該方法適用于基坑直線邊及直線支撐桿體的水平位移的監測，如下圖所示。場地有條件者，可沿基坑某一測量邊向后二倍開挖深度距離外設置測站。當經緯儀架設調平后，在基

49、坑相反方向找一個固定的目標作為后視方向，用帶有刻劃的讀數艦牌或T型尺，以后每次監測結果與初始值比較，求得測點的水平位移量。A、B基坑兩端的工作基點a、b、c、d一位移監測點小角度法 該方法適用于監測點零亂、不在同一直線上的情況，如下圖所示。在離基坑兩倍開挖深度距離的地方，選設測站A，若測站至監測點T的距離為S，則在不小于2S的范圍之外，選設后方向點A。為方便起見，一般可選用建筑物棱邊或避雷針等作為固定目標A用J2級經緯儀測定轉角，角度測量的測回數可根據距離S及監測點的精度要求而定，一般用24測回測定，并丈量監測站點A至監測點T的距離。為保證角初始值的正確性，要二次測定。以后每次測定角的變動量，

50、按式下計算T的位移量： 角的變動量（）； 一一換算常數，=3600180/=206265； S一一測站至觀測點的距離（mm）。 如果按角測定中誤差為2，S為l00m，代入上式，則位移值的中誤差約為lmm。小角度法觀測示意圖控制網法 該方法適用于要求測出基坑整體絕對位移量的情況。控制網的建立可根據施工現場的通視條件、工程的精度要求，采用角邊交會法、基準線法或附合導線法等。各種布網均應考慮圖形強度，長短邊不宜懸殊。先采用平面控制網求出基坑各角點的位移值，再疊加用前述方法求得各監測點的相對位移值，即是基坑的整體絕對位移值。采用此方法對儀器的精度要求高，監測工作量大，但可求得前述三種不易求出的角點絕對

51、位移量。工程中可視需要選用。4）數據計算分析 繪制水平位移歷時曲線，分析基坑開挖過程中圍護結構變形情況。架設第一道支撐7.圍護結構水平位移監測 （1）監測目的 了解施工過程中基坑周圍不同深度土體的水平變形情況，確保施工安全。（2）監測儀器 測斜儀，測斜管。（3）監測實施方法1）測點布置布置在基坑平面上撓曲計算值最大的位置，如懸臂式結構的長邊中心，設置水平支撐結構的兩道支撐之間；基坑周圍有重點監護對象（如建筑物、地下管線）時，離其最近的圍護段；基坑局部挖深加大或基坑開挖時圍護暴露最早、得到監測結果后可指導后繼施工的區段；測斜管中有一對槽口應自上而下始終垂直于基坑邊線，以保證測得圍護結構撓曲的最大

52、值；淺埋暗挖法或盾構法施工的隧道土體測斜孔布置在地質條件比較典型地段；因測斜儀的探頭在管內每隔0.5m測一讀數，故對測斜管的接口位置應精確計算，避免接口設在探頭滑輪停留處。2）測量監測開始前，測斜儀應按規定進行嚴格標定，以后根據使用情況，每隔三個月至半年標定一次。測斜管應在工程開挖24星期前埋設完畢，在開挖前的35日內重復監測23次，待判明測斜管己處于穩定狀態后，將其作為初始值，開始正式測試工作。每次監測時，將探頭導輪對準與所測位移方向一致的槽口，緩緩放至管底，待探頭與管內溫度基本一致、顯示儀讀數穩定后開始監測。一般以管口作為起算點，按探頭電纜上的刻度分劃，均速提升，每隔一定距離（500mm或

53、1000mm）進行儀表讀數，并作紀錄。待探頭提升至管口處，旋轉180。后，再按上述方法測量一次，以消除測斜儀自身的誤差。3）數據計算 測試時沿預先埋好的測斜管沿垂直于隧道軸線方向（A向）導槽（自下而上每隔1m測讀一次直至孔口，得各測點位置上讀數Ai（+）、Ai（-）。其中“+”向與“-”向為探頭繞導管軸旋轉180位置。 水平位移值計算：第i次監測值=Ai（+）-Ai（-）； 變量=本次監測值-上次監測值； 本次位移S=K（K=0.02）單位以mm計； 第i點的絕對位移=各測點相對于孔底測點的位移。4）數據分析 繪制水平位移曲線圖（如右圖所示），分析施工對圍護結構的影響，判斷結構的安全。8.深層

54、土體位移監測 深層土體水平位移監測同圍護結構水平位移監測。這里說明深層土體垂直位移（分層沉降）監測。（1）監測目的 了解施工過程中對周圍地層擾動情況，研究不同深度的土體垂直位移變化規律，確保施工及周邊環境安全。（2）監測儀器 分層沉降儀，磁環、沉降導管（如右圖所示）、水準儀及水準尺（磁環沉降標）/磁錘、水準儀、測桿（磁錘沉降標）。（3）監測實施方法 1）測點埋設 磁錘式（測桿式）標志的埋設方法是用鉆機在預定位置鉆孔至欲測土層的標高后，將護筒放入孔內，以防孔壁坍塌，再將標頭放入孔底，壓入土層內，隨后放入測桿（僅測桿式用），并使其底面與標志頂部緊密接觸，上部的水準氣泡居中，最后用三個定位螺絲將測桿

55、在護筒中定位，見圖右圖所示。 磁環式標志的埋設方法之一是用鉆機在預定孔位上鉆孔，孔深由沉降管長度而定，孔徑以能恰好放入磁環為佳。然后放入沉降管，沉降管聯接時要用內接頭或套接式螺紋，使外殼光滑，不影響磁環的上、下移動。在沉降管和孔壁間用膨潤土球充填并搗實，至底部第一個磁環的標高，再用專用工具將磁環套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定壓力，使磁環上的三個鐵爪插入土中，然后再用膨潤土球充填并搗實至第二個磁環的標高，按上述方法安裝第二個磁環，直至完成整個鉆孔中的磁環埋設。 埋設磁環的方法之二是在沉降管下孔前將磁環按設計距離埋設在導管上，磁環之間可利用沉降管外接頭進行隔離，成孔后將帶磁環的沉降管插入

56、孔內，磁環在接頭處遇阻后被迫隨導管送至設計標高，然后將沉降管向上拔起1m，這樣可使磁環在上、下各1m范圍內移動時不受阻，然后用細砂在導管和孔壁之間進行填充至管口標高。2）測量 磁錘式分層標是通過鋼尺和水準儀進行監測，見下圖。孔內重錘靠底部磁塊的吸力與標頭緊密接觸，孔外重錘利用自重通過滑輪將鋼尺拉直，用水準儀監測基準點與分層標之間的高差，計算出深層土體的沉降值，所用鋼尺在監測前應進行尺長檢定，同時要考慮拉力、尺長、溫度變化的影響。 磁環式分層標監測時應先用水準儀測出沉降管的管口高程，然后將分層沉降儀的探頭緩緩放入沉降管中，當接收儀發生蜂鳴或指針偏轉最大時，就是磁環的位置，自上而下依次逐點測出孔內

57、各磁環至管口的距離，換算出各點的沉降量，如下圖所示。磁錘式磁環式3）沉降計算 監測時將探頭沿管內壁由下而上緩慢提升測尺，當通過測點磁環位置時，蜂鳴器發出聲響，此時讀取孔口標志（基點）處測尺的讀數，即為：各測點相對于孔口標志點（基點）處的距離。 本次位移值=本次監測平均值-上次監測平均值 累計位移值=各次監測位移值 各測點絕對位移=相對位移值+孔口標志點（基點）位移4）數據處理與分析 每次監測后應繪制孔深沉降對應關系曲線及沉降歷時曲線。不同深度地層的沉降值9.水位計監測（1）監測目的 1）檢驗降水方案的實際效果，如降水速率和降水深度；2）控制地下工程施工降水對周圍地下水位下降的影響范圍和程度；3

58、）防止地下工程施工中的水土流失。（2）監測儀器 水位管、水位計（如右圖所示）等。（3）監測實施1）水位管埋設 檢驗降水效果的水位孔布置在降水區內，采用輕型井點管時可布置在總管的兩側，采用深井降水時應布置在兩孔深井之間，水位孔的深度應在最低設計水位之下。 保護周圍環境的水位孔應圍繞圍護結構和被保護對象（如建筑物、地下管線等）或在兩者之間進行布置，其深度應在允許最低地下水位之下或根據不透水層的位置而定。 水位孔一般用小型鉆機成孔，孔徑應略大于水位管的直徑，孔徑過小會導致下管困難，孔徑過大會使觀測產生一定的滯后效應。成孔至設計標高后，放入裹有濾網的水位管，管壁與孔壁之間用凈砂回填至離地表0.5m處，

59、再用粘土進行封填，以防地表水流入。2）水位計算 在施工前由水位計測出初始水位H0，在施工過程中測出的高程為Hn。則高差Hn-H0即為水位變化值。3）數據分析 繪制水位歷時曲線（如下圖所示）。分析水位變化規律。水位變化曲線圖10.孔隙水壓力監測（1）監測目的 孔隙水壓力監測在控制各種打入樁引起的地表隆起、隧道開挖導致的地表沉降等方面起著十分重要的作用，其原因在于飽和土受荷后首先產生的是孔隙水壓力的變化或遷移，隨后才是顆粒的固結變形，孔隙水壓力的變化是土體運動的前兆。通過監測孔隙水壓力在施工過程中的變化情況，及時為控制沉樁速率和開挖、掘進速度等提供可靠依據，從而達到為施工服務的目的。同時結合土壓力

60、監測，可以進行土體有效應力分析，作為土體穩定計算的依據。（2）監測儀器 孔隙水壓計及VW-1型頻率接收儀（如右圖所示）。（3）監測實施1）測點埋設 孔隙水壓監測一般采用孔隙水壓計，其埋設方法采用掛布法、頂入法、彈入法、埋置法和鉆孔法。無論采用哪一種方法埋設，都要擾動地層，使初始孔隙水壓力發生變化。為使這一變化對后期測量數據的影響減小到最低限度，一般應在正式測量開始前一個月進行埋設。2）監測計算 根據每次所測得的各測點頻率，可依據孔隙水壓計的頻率-壓力標定曲線直接換算出相應的壓力值。3）數據分析 根據孔隙水壓力值繪制壓力-時間曲線圖（如下圖所示）。孔隙水壓力歷時曲線開挖面到達測點11.巖土壓力監