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隧道收斂變形監(jiān)測(cè)篇一

1、目的

為明確隧道內(nèi)變形觀測(cè)的作業(yè)內(nèi)容，規(guī)范技術(shù)細(xì)節(jié)及作業(yè)程序，總結(jié)隧道結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，為隧道結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)，指導(dǎo)津?yàn)I輕軌隧道變形觀測(cè)工作進(jìn)行，從而保證行車安全，特制訂本預(yù)案。

2、適用范圍

2.1適用于津?yàn)I輕軌隧道變形觀測(cè)的相關(guān)工作；

2.2線橋室從事變形觀測(cè)的相關(guān)工作人員須依據(jù)本方案開展各項(xiàng)變形觀測(cè)工作。

3、職責(zé)分工

隧道變形工作由線橋室主任及安技主管進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)，橋梁維修主管負(fù)責(zé)變形觀測(cè)工作的全面管理與協(xié)調(diào)，橋梁檢測(cè)工程師協(xié)同隧道工程師、橋梁維修工程師負(fù)責(zé)隧道變形觀測(cè)的相關(guān)技術(shù)工作，并由橋隧檢測(cè)工區(qū)負(fù)責(zé)具體實(shí)施。

4、參考依據(jù)

《建筑變形測(cè)量規(guī)程》

《地下鐵道、軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》 《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

5、變形觀測(cè)工作內(nèi)容

5.1隧道沉降觀測(cè)

監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的沉降，主要是監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的底板沉降，實(shí)質(zhì)上是對(duì)道床的監(jiān)測(cè)，主要包括區(qū)間隧道的沉降監(jiān)測(cè)以及隧道與地下車站交接處的沉降差異監(jiān)測(cè)。運(yùn)營(yíng)測(cè)量采用的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、圖式等與原施工測(cè)量相同。

5.1.1監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)

監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)是隧道沉降監(jiān)測(cè)的參考系，由水準(zhǔn)基點(diǎn)和工作基點(diǎn)構(gòu)成，網(wǎng)形布設(shè)成附合水準(zhǔn)路線或沿上、下行線隧道布設(shè)成結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)路線形式，采用國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。水準(zhǔn)基點(diǎn)采用隧道線路兩端遠(yuǎn)離測(cè)區(qū)的國(guó)家ii等水準(zhǔn)點(diǎn)，在沿線車站內(nèi)和聯(lián)絡(luò)通道處布設(shè)工作基點(diǎn)，每個(gè)車站布設(shè)4個(gè)工作基點(diǎn)，聯(lián)絡(luò)通道處布設(shè)2個(gè)工作基點(diǎn)，水準(zhǔn)基點(diǎn)與車站內(nèi)、聯(lián)絡(luò)通道處工作基點(diǎn)共同構(gòu)成監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，如圖1所示。基準(zhǔn)網(wǎng)的高程值由國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)引入，每季度校核一次，分析工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性；然后，再通過車站內(nèi)兩側(cè)的工作基點(diǎn)，采用附合水準(zhǔn)路線對(duì)每段隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降觀測(cè)。

圖1 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)示意圖

5.1.2沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

津?yàn)I輕軌地下結(jié)構(gòu)由明挖段和盾構(gòu)組成，明挖段沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)按施工澆筑段每段設(shè)4個(gè)點(diǎn)，分別布設(shè)在左右兩側(cè)墻上。具體布置見圖2。

圖2 明挖段沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

為方便以后長(zhǎng)期的位移監(jiān)測(cè)工作，隧道內(nèi)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在隧道中線的道床上，隧道直線段每隔30m設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，曲線處根據(jù)曲線半徑大小設(shè)置測(cè)點(diǎn)間距，半徑為400m曲線處每隔12m設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，半徑為800m曲線處每隔18m設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，半徑為2000m曲線處每隔30m設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。具體布置見圖3。

圖3 隧道內(nèi)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

5.1.3隧道與地下車站交接處得沉降差異監(jiān)測(cè)

在隧道與地下車站交接縫兩側(cè)約1m處的道床上布設(shè)一對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖4所示，用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法監(jiān)測(cè)交接縫兩側(cè)點(diǎn)之間的高差變化，當(dāng)高差變化量大于±3mm時(shí)應(yīng)預(yù)警，變化量大于±5mm時(shí)則應(yīng)報(bào)警。

圖4 車站與隧道交接處沉降差異點(diǎn)布設(shè)示意圖

5.2隧道橫向位移變形監(jiān)測(cè)

5.2.1橫向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

隧道橫向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)與沉降監(jiān)測(cè)斷面距離相同，即位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于同一斷面上，并利用部分沉降點(diǎn)作為位移監(jiān)測(cè)的坐標(biāo)基點(diǎn)。基點(diǎn)的坐標(biāo)值由地上國(guó)家坐標(biāo)點(diǎn)引入，每季度校核一次。盾構(gòu)區(qū)間每個(gè)斷面布設(shè)四處點(diǎn)位，重要點(diǎn)位粘貼反射片，其余點(diǎn)位做好油漆標(biāo)記；明挖區(qū)間每個(gè)斷面監(jiān)測(cè)2個(gè)點(diǎn)位，重復(fù)使用沉降觀測(cè)點(diǎn)作為位移測(cè)點(diǎn)使用。點(diǎn)位布置詳見圖5。

圖5 盾構(gòu)區(qū)間位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

5.2.2位移監(jiān)測(cè)的開展

由于位移基標(biāo)點(diǎn)與沉降基標(biāo)點(diǎn)共有一個(gè)，初期需要對(duì)各個(gè)基標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，以獲取隧道中線初始數(shù)據(jù)，初始數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)隧道中線坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。待此項(xiàng)工作完成后，可將全站儀置于需要測(cè)量的斷面所在的基標(biāo)點(diǎn)上，任意其他基標(biāo)作為后視點(diǎn)建立坐標(biāo)系，依次對(duì)隧道斷面進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，每次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

5.2.3監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

橫向位移的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)定位警戒值±5mm，控制值±10mm。5.3隧道變形監(jiān)測(cè)周期

運(yùn)營(yíng)第一年每季度觀測(cè)一次，第二年開始每半年至少觀測(cè)一次，直至沉降量小于1mm/100d止，中遠(yuǎn)期可減至1次/年。當(dāng)隧道出現(xiàn)顯著變形時(shí)，應(yīng)縮短觀測(cè)頻率。

5.4特殊加密測(cè)量

5.4.1保護(hù)區(qū)內(nèi)大型施工監(jiān)測(cè) 保護(hù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大型施工時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)。加密措施包括點(diǎn)位密度及監(jiān)測(cè)頻率，測(cè)量范圍應(yīng)在施工范圍內(nèi)前后各延伸100m。施工范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)區(qū)域加密至直線12m一個(gè)斷面，曲線5~10m一個(gè)斷面，同時(shí)增加隧道拱頂及相應(yīng)斷面的地上監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頻率視施工進(jìn)度和內(nèi)容確定。各點(diǎn)位布置詳見圖6。

圖6拱頂下沉和地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

5.4.2變形異常地段的監(jiān)測(cè)

在常規(guī)測(cè)量過程中，出現(xiàn)變形較為明顯的地段，應(yīng)加密測(cè)量。加密措施包括增加拱頂及地上點(diǎn)位，同時(shí)將監(jiān)測(cè)頻率加密至2次/月。

5.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析 5.5.1累積沉降量曲線圖

5.5.2沉降量速率曲線圖。

隧道收斂變形監(jiān)測(cè)篇二

運(yùn)行中的地鐵隧道變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

摘 要 文章結(jié)合廣州市“倉邊復(fù)建綜合樓項(xiàng)目”工程施工監(jiān)測(cè)方案，對(duì)受緊鄰基坑施工擾動(dòng)影響的運(yùn)行中地鐵隧道變形的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了分析，采用tca2003全站儀的全自動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以24 h無人值守、連續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的地鐵隧道變形，且每次監(jiān)測(cè)可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成。監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)提供給施工方，以指導(dǎo)當(dāng)前及下一步的施工，在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞 地鐵隧道 連續(xù)運(yùn)行 基坑開挖 變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 概述

在我國(guó)已有地鐵的城市中，地鐵沿線（非常靠近地鐵隧道）的深基坑越來越多，如何在基坑開挖中保護(hù)正在運(yùn)行中的地鐵隧道，是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)的問題。采用信息化施工及監(jiān)測(cè)方法，可以有效地指導(dǎo)基坑施工過程，施工中采用的時(shí)空效應(yīng)法、逆作法、注漿法和基坑加固方法等均可達(dá)到保護(hù)鄰近隧道、控制變形的目的。而常規(guī)的地鐵變形監(jiān)測(cè)如連通管法、巴塞特法等，在運(yùn)行的地鐵隧道中進(jìn)行監(jiān)測(cè)相當(dāng)困難，主要是因?yàn)榈罔F運(yùn)行間隔很短，運(yùn)行期間絕對(duì)不允許測(cè)量人員進(jìn)入，為此，須有一種簡(jiǎn)便的、無人值守、自動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，可在很短的時(shí)間間隔內(nèi)，迅速完成隧道的變形監(jiān)測(cè)，并為鄰近基坑的施工提交監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

廣州市 “倉邊復(fù)建綜合樓項(xiàng)目”與廣州地鐵1號(hào)線平行，西側(cè)基坑距區(qū)間隧道（公園前站～農(nóng)講所站）北線最近處約4 m，東側(cè)基坑距北線隧道最近處約8 m，基坑開挖深度約為10.5 m，采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，兼做承重結(jié)構(gòu)。基坑開挖將對(duì)地鐵1號(hào)線構(gòu)成威脅，為保證地鐵的安全運(yùn)行，必須在基坑開挖過程中對(duì)運(yùn)行中的隧道變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 2.1 監(jiān)測(cè)要求

由于地鐵隧道在一天中的三分之二以上的時(shí)間是處于全封閉的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，絕對(duì)不允許監(jiān)測(cè)人員進(jìn)入隧道內(nèi)工作，所以要求必須在隧道內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代替人工操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道水平、垂直位移的連續(xù)、精確監(jiān)測(cè)。考慮到地鐵運(yùn)行的間隔很短，所采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能在3～5 min內(nèi)完成隧道（受影響的區(qū)間段）的變形監(jiān)測(cè)，以掌握基坑開挖施工引起地鐵1號(hào)線隧道變形規(guī)律及特性。2.2 監(jiān)測(cè)范圍

地鐵1號(hào)線下行線“農(nóng)講所站～公園前站”區(qū)間隧道沿基坑的60 m及兩端各向外延伸45 m（約150 m）的范圍。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為隧道的水平和垂直位移。2.3 自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

一個(gè)完整的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在無需操作人員干預(yù)的條件下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)、記錄、處理、存儲(chǔ)、報(bào)表編制、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)配置包括：tca自動(dòng)化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計(jì)算機(jī)與專用軟件。

2.3.1 tca自動(dòng)化全站儀

tca自動(dòng)化全站儀能夠自動(dòng)整平、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)正倒鏡觀測(cè)、自動(dòng)進(jìn)行誤差改正、自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，其獨(dú)有的atr（automatic target recognition，自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別）模式，使全站儀能進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，操作人員一旦粗略瞄準(zhǔn)棱鏡后，全站儀就可搜尋到目標(biāo)，并自動(dòng)瞄準(zhǔn)，不再需要精確瞄準(zhǔn)和調(diào)焦，大大提高工作效率。

tca2003是leica tca自動(dòng)化全站儀中的一種（見圖1），該儀器測(cè)角精度為0.5〞，測(cè)距精度為1 mm±1 ppm。可通過專用的控制軟件來控制觀測(cè)目標(biāo)、設(shè)定觀測(cè)周期。

2.3.2 leica標(biāo)準(zhǔn)精密測(cè)距棱鏡

棱鏡作為觀測(cè)標(biāo)志，利用膨脹螺絲固定在隧道內(nèi)側(cè)（見圖2），其數(shù)目可按實(shí)際需要設(shè)定，該標(biāo)志能被tca2003全站儀自動(dòng)跟蹤鎖定，以實(shí)施精密測(cè)角和測(cè)距。

2.3.3 計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)利用電纜和全站儀連接，并裝有專用軟件以實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)過程的全自動(dòng)化，既能控制全站儀按特定測(cè)量程序采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將測(cè)量成果實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，杜絕返工，也可以對(duì)各個(gè)觀測(cè)周期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。2.3.4 其它設(shè)備

其它設(shè)備包括溫度計(jì)﹑氣壓計(jì)﹑濕度計(jì)、連接電纜、外接電源等；溫度計(jì)﹑氣壓計(jì)﹑濕度計(jì)用于測(cè)定空氣的溫度、壓力和濕度，將測(cè)定結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，以提高觀測(cè)精度。2.3.5 實(shí)時(shí)控制軟件

geomos monitor是專門用于監(jiān)測(cè)的、與tca2003全站儀配套的變形測(cè)量軟件，其在windows環(huán)境下運(yùn)行，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在sql server數(shù)據(jù)庫中，它既可按操作者設(shè)定的測(cè)量過程和選定的基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量處理，也可快速建立三維坐標(biāo)、位移量以及其它相關(guān)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)、檢索、編輯，可實(shí)時(shí)顯示量測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或后處理，能實(shí)時(shí)顯示圖形或事后顯示。2.3.6 后處理軟件

采用自己編制的軟件，利用和geomos的軟件接口，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，按施工方要求的格式將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖表的形式直觀地表達(dá)出來，繪制出監(jiān)測(cè)報(bào)表和位移曲線，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報(bào)警以及報(bào)表生成的功能，可以根據(jù)用戶的要求提供報(bào)表的形式。3 施工監(jiān)測(cè) 3.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

測(cè)點(diǎn)分為測(cè)站點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)以及觀測(cè)點(diǎn)3類，測(cè)點(diǎn)布設(shè)在區(qū)間隧道k9+920~k10+070約150 m的范圍之內(nèi)。基準(zhǔn)點(diǎn)用來檢驗(yàn)測(cè)站是否產(chǎn)生位移，位于基坑影響區(qū)域外的東、西2點(diǎn)；觀測(cè)點(diǎn)沿隧道每隔約10 m布設(shè)1個(gè)，如圖3所示。

觀測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)都采用棱鏡作為觀測(cè)標(biāo)志（可實(shí)現(xiàn)在水平方向上和垂直方向上的旋轉(zhuǎn)），固定在支座上，支座采用膨脹螺絲固定在隧道管片上，安裝高度低于2 m（以確保安裝時(shí)不需要停電作業(yè)，并不對(duì)行車造成影響）。儀器設(shè)置在施工影響區(qū)域的中央（隧道的南側(cè)），固定在觀測(cè)臺(tái)上（避免對(duì)中誤差），并在旁邊放置穩(wěn)壓電源。

為了更好地掌握地鐵運(yùn)行狀況和控制隧道受基坑施工的影響，在不同位置設(shè)置典型觀測(cè)斷面（斷面具體數(shù)目結(jié)合基坑開挖深度及影響范圍設(shè)定）。坐標(biāo)系設(shè)置為自定義坐標(biāo)系。3.2 觀測(cè)方法

通過控制軟件，在每個(gè)觀測(cè)周期開始前，利用東、西2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，4測(cè)回推算出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，然后，四測(cè)回對(duì)所有的點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，得到觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。基坑開挖深度較淺時(shí)，可以減少觀測(cè)頻率。隨著基坑開挖深度的不斷增加，24 h實(shí)時(shí)觀測(cè)，并加大重點(diǎn)部位的觀測(cè)頻率。3.3 測(cè)量數(shù)據(jù)

表1為不同測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)報(bào)表，圖4是d12點(diǎn)的累計(jì)位移—時(shí)間的曲線圖。

3.4 測(cè)量誤差分析 3.4.1 誤差來源

測(cè)量的誤差來源于儀器的系統(tǒng)誤差、測(cè)站和目標(biāo)的對(duì)中誤差、外界環(huán)境的影響、測(cè)量?jī)x器的影響。

⑴ 儀器的系統(tǒng)誤差主要是由儀器本身構(gòu)造引起的，為保證精度，需在測(cè)量前對(duì)儀器進(jìn)行檢校，儀器即使在檢校后還有殘余的系統(tǒng)誤差。但由于監(jiān)測(cè)需要得到的是2次測(cè)量之間的位移值，因此系統(tǒng)誤差可以基本消除。

⑵ 由于測(cè)站點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)均采用強(qiáng)制對(duì)中措施，而且標(biāo)志埋設(shè)后在整個(gè)觀測(cè)過程中不再重新安置，因此，測(cè)站、目標(biāo)的對(duì)中誤差可忽略不計(jì)。

⑶ 由于本次監(jiān)測(cè)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而地鐵隧道的濕度較大，對(duì)測(cè)距的精度會(huì)有影響，但地鐵隧道內(nèi)的溫度﹑氣壓﹑濕度均比較穩(wěn)定，因此，可不考慮這些外界環(huán)境因素對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，可在觀測(cè)過程中利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正。而列車運(yùn)行帶來的震動(dòng)卻對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響較大，故應(yīng)盡量避免在這一時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。

⑷ 本次測(cè)量采用tca2003全站儀觀測(cè)，其測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度1 mm±1 ppm，因此，其是影響測(cè)量的主要誤差源。3.4.2 誤差分析

此次監(jiān)測(cè)主要的誤差來源是儀器的測(cè)角誤差和測(cè)距誤差，儀器的測(cè)角精度為0.5″，100 m的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)由測(cè)角所引起的最大誤差為±0.12 mm；儀器的測(cè)距精度為1 mm±1 ppm，其中1 mm為固定誤差，±1 ppm為比例誤差(1 mm/km)，即100 m的距離由測(cè)距所引起的誤差為±0.1 mm，距離測(cè)量采用四測(cè)回觀測(cè)儀器引起的誤差為±0.5 mm；根據(jù)各點(diǎn)給定的初始坐標(biāo)估算，點(diǎn)位的平面精度約±0.5 mm，z方向的精度與豎直角的大小有關(guān)，精度略低，但仍可以保證±1 mm的精度，能夠滿足施工及甲方對(duì)地鐵保護(hù)的要求。結(jié)論

廣州市“倉邊復(fù)建綜合樓項(xiàng)目”基坑開挖對(duì)地鐵1號(hào)線構(gòu)成威脅，施工中采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的隧道變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果為基坑開挖施工提供了準(zhǔn)確、及時(shí)的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，保證地鐵的安全運(yùn)行。這是一種簡(jiǎn)便、靈活、無人值守、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工程應(yīng)用表明，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能滿足工程的要求，且監(jiān)測(cè)速度快、精度高、受人為影響少、自動(dòng)化程度高，可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成隧道的變形監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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隧道收斂變形監(jiān)測(cè)篇三

地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的開發(fā)

摘要：地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的特殊性、周期性和長(zhǎng)期性,使其信息量非常龐大。信息管理是地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)中一項(xiàng)重要的工作,現(xiàn)有的管理方式效率很低。為了高效、準(zhǔn)確地管理監(jiān)測(cè)信息,及時(shí)分析預(yù)報(bào)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況,本文結(jié)合南京地鐵運(yùn)營(yíng)期隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)實(shí)例,開發(fā)了一套具有變形監(jiān)測(cè)資料存儲(chǔ)、預(yù)處理、管理分析、可視化分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及限值預(yù)警等功能的信息管理系統(tǒng),保證了準(zhǔn)確及時(shí)快速的數(shù)據(jù)處理和信息反饋,具有良好的運(yùn)用和推廣前景。

關(guān)鍵詞 地鐵隧道 變形監(jiān)測(cè) 信息管理系統(tǒng) 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質(zhì)復(fù)雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心,其安全問題不容忽視。無論在施工期還是在運(yùn)營(yíng)期都要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),以確保主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境安全。

地鐵隧道是一狹長(zhǎng)的線狀地下建構(gòu)筑物,監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量比較大,其周期性和長(zhǎng)期性,使數(shù)據(jù)量非常龐大。面對(duì)這些繁雜而又龐大的數(shù)據(jù)能否管理利用好,關(guān)系到監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)變形和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)變形工作能否實(shí)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量。為此,如何有效地管理原始信息,并進(jìn)行相應(yīng)的處理顯得尤為重要。目前多數(shù)監(jiān)測(cè)信息的管理和應(yīng)用存在不直觀、不及時(shí)、自動(dòng)化程度較低等缺點(diǎn),根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)研制一套高效率的、使用方便的監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)是必要的,它與變形監(jiān)測(cè)一樣具有重要的實(shí)用意義和科學(xué)意義。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

以地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息為管理對(duì)象,根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況,綜合運(yùn)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和信息管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形信息的存儲(chǔ)、預(yù)處理、管理分析、可視化分析監(jiān)測(cè)信息、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及限值預(yù)警,為結(jié)構(gòu)分析提供數(shù)據(jù)資源,以及時(shí)反饋地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全狀況,使安全監(jiān)測(cè)管理人員更為方便和高效的管理監(jiān)測(cè)信息,為確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行提供有效的決策支持。地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要應(yīng)滿足如下要求: 1.1 提高地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析與

管理的科學(xué)化和自動(dòng)化水平,滿足輔助決策需求 1.2 構(gòu)建地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理基礎(chǔ)平臺(tái)

1.3 為后期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的開展及安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的建立提供基礎(chǔ)。3 系統(tǒng)功能

地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)包括文檔管理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、信息預(yù)警預(yù)報(bào)和系統(tǒng)管理六大模塊,內(nèi)容不僅涵蓋了相關(guān)技術(shù)規(guī)范的所有要求,而且具有地鐵隧道自身的特點(diǎn),全面、標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè),有良好的應(yīng)用前景。

3.1 文檔管理模塊 3.1.1 變形監(jiān)測(cè)資料 地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、國(guó)家相關(guān)規(guī)范和類似工程的變形監(jiān)測(cè)以及當(dāng)前地鐵所處階段來確定,主要內(nèi)容包括[3]:垂直位移監(jiān)測(cè)(區(qū)間隧道沉降監(jiān)測(cè)和隧道與地下車站沉降差異監(jiān)測(cè));水平位移監(jiān)測(cè)(區(qū)間隧道水平位移監(jiān)測(cè)和隧道相對(duì)地下車站水平位移監(jiān)測(cè));隧道斷面收斂變形監(jiān)測(cè)等。

對(duì)于不同的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,所用監(jiān)測(cè)方法和儀器也不相同。通常,對(duì)于隧道垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè),可通過大地測(cè)量或者自動(dòng)化測(cè)量的方法利用精密水準(zhǔn)儀、精密全站儀或智能全站儀進(jìn)行;而對(duì)于隧道斷面收斂變形監(jiān)測(cè),則要通過物理量測(cè)的方法利用收斂?jī)x(計(jì))進(jìn)行。

變形監(jiān)測(cè)資料包括歷次變形監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)報(bào)告及鑒定報(bào)告等。3.1.2 工程概況資料

工程概況資料主要有工程概況、工程特性參數(shù)、重要技術(shù)資料和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檔案等。

(1)工程概況:包括地鐵地理位置,車站布置,沿線主要建筑物概況,工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件,結(jié)構(gòu)特性、施工情況等。(2)重要技術(shù)資料:主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件、圖紙,運(yùn)行設(shè)計(jì)報(bào)告,竣工驗(yàn)收?qǐng)?bào)告,隧道加固改建或觀測(cè)更新改造專題報(bào)告,重要工程圖形和圖像。(3)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檔案:主要包括監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行、維護(hù)和歷次檢查、鑒定記錄及報(bào)告。

(4)其他資料:主要包括水文、氣象和地震資料等。3.1.3 巡檢資料

包括對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位和斷面的滲漏、變形和裂縫等的日常巡查記錄表,隧道安全情況和隧道重大事故報(bào)告等。3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊

通過不同的方式導(dǎo)入原始監(jiān)測(cè)資料,并對(duì)其進(jìn)行粗差檢驗(yàn),若有粗差則提示警告,以便查找原因返工重測(cè),然后再進(jìn)行初步處理分析。對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn),不同的穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果決定平差方法的選取。最后對(duì)所得監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理,存儲(chǔ)至相關(guān)數(shù)據(jù)庫。3.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

目前嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展特別迅速,根據(jù)監(jiān)測(cè)手段和方式不同,用戶可以通過系統(tǒng)的接口程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)和觀測(cè)電子手簿直接相連,自動(dòng)導(dǎo)入或手工導(dǎo)入。3.2.2 粗差檢驗(yàn)

依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程應(yīng)用相應(yīng)檢驗(yàn)粗差的方法對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),若有粗差則給出提示警告和可能原因,以便查找原因返工重測(cè);若沒有粗差則提示檢驗(yàn)通過,可進(jìn)行下一步處理計(jì)算。3.2.3 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

通過對(duì)監(jiān)測(cè)資料的計(jì)算分析,應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法(f檢驗(yàn)和t檢驗(yàn))對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性狀況進(jìn)行分析,為平差計(jì)算采用何種平差方法提供依據(jù)。3.2.4平差計(jì)算

根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果,對(duì)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)相應(yīng)的選用經(jīng)典平差、擬穩(wěn)平差或自由網(wǎng)平差;如果監(jiān)測(cè)資料(如隧道收斂變形監(jiān)測(cè)資料等)無需平差計(jì)算的則直接進(jìn)行相關(guān)成果計(jì)算。

3.2.5 資料整理入庫

根據(jù)前述各部分處理計(jì)算所得結(jié)果,對(duì)所得監(jiān)測(cè)成果以及檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理和存儲(chǔ)入庫。此外,可根據(jù)需要對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)屬性信息進(jìn)行相關(guān)編輯、修改,然后再整理入庫。3.3 數(shù)據(jù)庫管理模塊

對(duì)數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、添加錄入、修改和刪除,同時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表生成輸出。3.3.1 數(shù)據(jù)查詢

根據(jù)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn),采用不同的查詢方式對(duì)測(cè)點(diǎn)的屬性信息和監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行條件查詢和遍歷查詢,并可根據(jù)需要將查詢結(jié)果以不同的方式輸出。3.3.2 數(shù)據(jù)錄入添加

根據(jù)實(shí)際需要對(duì)測(cè)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)單位所提供的直接成果數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入添加,同時(shí)可對(duì)屬性數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯、修改添加。3.3.3 數(shù)據(jù)修改

考慮到操作的規(guī)范性,系統(tǒng)只允許對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性進(jìn)行修改。通過查詢所要修改的監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)其屬性信息進(jìn)行修改,同時(shí)可以動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性信息,方便用戶及時(shí)看到修改結(jié)果。3.3.4 數(shù)據(jù)刪除

與數(shù)據(jù)修改功能相似,通過對(duì)數(shù)據(jù)信息查詢后再進(jìn)行刪除,刪除前須經(jīng)確認(rèn),然后才能操作,確保準(zhǔn)確無誤。

3.3.5 報(bào)表生成

可根據(jù)用戶需要,查詢相關(guān)監(jiān)測(cè)信息,然后以相關(guān)的報(bào)表形式輸出監(jiān)測(cè)信息。3.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊

通過應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)分析方法和方式對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,分析過程和方式采用表格和曲線圖形方式進(jìn)行。

3.4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性分析

應(yīng)用相關(guān)穩(wěn)定性分析方法及指標(biāo),結(jié)合監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,對(duì)不同類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)判。3.4.2 可視化分析

針對(duì)監(jiān)測(cè)信息反饋分析的需要,提供可視化的變形監(jiān)測(cè)圖形報(bào)表,輔助測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性分析評(píng)判,以便使用者更直觀具體地了解隧道結(jié)構(gòu)整體變形趨勢(shì)。

以南京地鐵西延線垂直位移監(jiān)測(cè)為例,除提供每期沉降量曲線圖、沉降速率曲線圖、撓度曲線圖、相對(duì)撓度曲線圖外,還可提供任意兩期累積沉降量、累積沉降速率、撓度及相對(duì)撓度的對(duì)比曲線圖。3.5 信息預(yù)警預(yù)報(bào)模塊

僅僅將監(jiān)測(cè)的信息錄入系統(tǒng)中是不夠的,還要根據(jù)穩(wěn)定性分析以及前n期的監(jiān)測(cè)成果模擬監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形曲線,并結(jié)合相關(guān)資料預(yù)報(bào)今后的變化趨勢(shì)。由于影響變形體的因素錯(cuò)綜復(fù)雜,考慮到系統(tǒng)的通用性,模塊提供了回歸分析、灰色系統(tǒng)、kalman濾波等傳統(tǒng)的模型供選擇。

根據(jù)系統(tǒng)給出的限值進(jìn)行預(yù)警,提供相關(guān)區(qū)間段的工程圖紙及地質(zhì)、水文氣象資料,便于隧道結(jié)構(gòu)變形情況的進(jìn)一步分析。3.6 系統(tǒng)管理模塊

為保證系統(tǒng)的安全,系統(tǒng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)操作過程中都不能出現(xiàn)任何差錯(cuò),必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理,這主要是指對(duì)系統(tǒng)用戶的管理及日常使用日志的管理。3.6.1 系統(tǒng)用戶管理

為保證監(jiān)測(cè)信息的完整性、正確性和安全性,必須對(duì)系統(tǒng)的用戶進(jìn)行有效的管理。用戶登錄系統(tǒng)的過程必須在系統(tǒng)日志中進(jìn)行登記,包括用戶名、登錄時(shí)間、對(duì)系統(tǒng)的操作過程以及在系統(tǒng)中滯留的時(shí)間等。系統(tǒng)管理員定期將系統(tǒng)的用戶使用情況向主管領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。在征得主管領(lǐng)導(dǎo)的同意后,系統(tǒng)管理員可以根據(jù)實(shí)際情況添加用戶或提升、降低某些用戶的用戶使用級(jí)別,必要時(shí)可以禁止某些用戶的使用權(quán)力。系統(tǒng)用戶管理包括系統(tǒng)用戶登錄管理和用戶權(quán)限管理兩個(gè)部分。3.6.2 系統(tǒng)日志及安全管理

本系統(tǒng)為系統(tǒng)管理員提供系統(tǒng)日志的檢查和備份功能,使系統(tǒng)管理員通過對(duì)系統(tǒng)日志的查看了解系統(tǒng)的使用情況以及存在的不足和問題,及時(shí)地處理系統(tǒng)存在的隱患,保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行。3.6.3 數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)

為了保證管理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)災(zāi)難性毀壞后,能正常恢復(fù)運(yùn)行,必須進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)。系統(tǒng)采用自動(dòng)備份與人工備份結(jié)合的方式,確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4 結(jié) 語

地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)采用c/s結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),各功能模塊間具有相對(duì)地獨(dú)立性,便于進(jìn)行功能擴(kuò)充,為后期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的開展及安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的建立提供支持和鋪墊[4,5]。該系統(tǒng)已在南京地鐵中應(yīng)用,不僅準(zhǔn)確及時(shí)快速的數(shù)據(jù)處理和信息反饋,提高了地鐵運(yùn)營(yíng)的管理水平,而且為地鐵的安全運(yùn)營(yíng)提供了保證,具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和良好的應(yīng)用前景。

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隧道收斂變形監(jiān)測(cè)篇四

摘 要:探討開發(fā)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性與緊迫性。以visualbasic編程語言和access數(shù)據(jù)庫為工具,應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu),具有直接與外業(yè)觀測(cè)電子手簿連接下傳原始觀測(cè)資料、預(yù)處理和數(shù)據(jù)庫管理等功能,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)的一體化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、易于維護(hù)、利于后繼開發(fā),提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的效率、可靠性以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋的及時(shí)性,值得類似工程的借鑒。

關(guān)鍵詞:地鐵隧道;變形監(jiān)測(cè);管理系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質(zhì)復(fù)雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心,其安全問題不容忽視。無論在施工期還是在運(yùn)營(yíng)期都要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),以確保主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境安全。地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容需根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、國(guó)家相關(guān)規(guī)范和類似工程的變形監(jiān)測(cè)以及當(dāng)前地鐵所處階段來確定,由規(guī)范[1]與文獻(xiàn)[2]知,運(yùn)營(yíng)期的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括區(qū)間隧道沉降、隧道與地下車站沉降差異、區(qū)間隧道水平位移、隧道相對(duì)于地下車站水平位移和斷面收斂變形等監(jiān)測(cè)。它是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作,其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多、線路長(zhǎng)、測(cè)點(diǎn)多、測(cè)期頻和數(shù)據(jù)量大,給監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、分析和資料管理帶來了繁瑣的工作,該項(xiàng)工作目前仍以手工為主,效率較低,不能及時(shí)快速地反饋監(jiān)測(cè)信息。

因此,有必要開發(fā)一套高效、使用方便的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理及快速分析處理。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了較多的用于地鐵施工期的監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)[3-4],這些系統(tǒng)雖然功能比較齊全、運(yùn)行效率較高,能夠很好地滿足地鐵施工期監(jiān)測(cè)需要,但它主要應(yīng)用于信息化施工,與運(yùn)營(yíng)期地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)無論是在內(nèi)容還是在目的上都有著很大的區(qū)別和局限性。而現(xiàn)在國(guó)外研究的多為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5-6],也不適用于目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度較低的地鐵隧道監(jiān)測(cè)。

此外,能夠用于運(yùn)營(yíng)期并符合當(dāng)前國(guó)內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還較為少見。因此,隨著國(guó)內(nèi)建成地鐵的逐漸增多,開發(fā)用于運(yùn)營(yíng)期地鐵的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)變得越來越迫切。為此,根據(jù)運(yùn)營(yíng)期地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容[1-2]和特點(diǎn),以isualbasic作為開發(fā)工具[7],應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)[8],以目前較為流行的access數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,設(shè)計(jì)和開發(fā)了用于運(yùn)營(yíng)期地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),不僅提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的效率和可靠性,保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋的及時(shí)性,而且在某城市地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)中投入應(yīng)用,取得較好的效果。

1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1．1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性、監(jiān)測(cè)成果等數(shù)據(jù)信息,是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此,合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)不僅是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,還有利于系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的管理和高效處理分析。考慮到變形監(jiān)測(cè)成果的特點(diǎn),系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)不僅能滿足用戶的需要,而且能使系統(tǒng)需求的資源最少,同時(shí)還要使數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)冗余度盡量小,以達(dá)到結(jié)構(gòu)合理、易于維護(hù)等目的[8]。為此,根據(jù)變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)由如下數(shù)據(jù)表構(gòu)成。

1)測(cè)段名表:包括測(cè)段編號(hào)和測(cè)段名稱兩個(gè)字段。為便于變形監(jiān)測(cè)分析,在監(jiān)測(cè)中將相鄰兩個(gè)車站之間的隧道劃分為一測(cè)段,并按車站和車站之間的隧道進(jìn)行編號(hào),測(cè)段名稱則根據(jù)各個(gè)車站或者車站之間隧道的名稱而定,監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)段屬性值直接根據(jù)其所在測(cè)段來取對(duì)應(yīng)的編號(hào)值,方便查詢。

2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性表:包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)名、測(cè)段、車道、具體位置、里程、材料、布設(shè)時(shí)間、布設(shè)單位、當(dāng)前狀況、用情況、備注等。其中車道為監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在的左、右道或上、下行線;具體位置指測(cè)點(diǎn)所處具體的空間位置,如地面、地下、高架等;當(dāng)前狀況是指目前監(jiān)測(cè)點(diǎn)的完好情況,也就是可用否;使用情況是指監(jiān)測(cè)時(shí)是否使用。

3)沉降監(jiān)測(cè)成果表:包括編號(hào)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)名、高程、測(cè)期、監(jiān)測(cè)時(shí)間、備注等。為了遵守?cái)?shù)據(jù)庫鍵的唯一性原則和方便查詢,各個(gè)測(cè)點(diǎn)的每期編號(hào)由測(cè)期號(hào)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)名組成,因而表中將不會(huì)出現(xiàn)相同記錄,保證了鍵的唯一性[8]。

4)沉降差異點(diǎn)屬性表:除了測(cè)段為各個(gè)車站編號(hào),其余與監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性相同。

5)沉降差異監(jiān)測(cè)成果表:與沉降監(jiān)測(cè)成果表相同。

6)水平位移監(jiān)測(cè)成果表:包括編號(hào)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)名、x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、測(cè)期、監(jiān)測(cè)時(shí)間、備注等,測(cè)點(diǎn)的編號(hào)設(shè)置與沉降監(jiān)測(cè)成果表相同。

7)水平位移差異監(jiān)測(cè)成果表:與水平位移監(jiān)測(cè)成果表相同。

8)斷面收斂變形監(jiān)測(cè)成果表:包括編號(hào)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)名、直徑

1、直徑

2、測(cè)期、監(jiān)測(cè)時(shí)間、備注等,測(cè)點(diǎn)的編號(hào)設(shè)置與沉降監(jiān)測(cè)成果表相同。

在以上各表中,第一個(gè)字段為主關(guān)鍵字,各字段值的類型與字節(jié)寬度均按照實(shí)際所需的最佳值確定,考慮到測(cè)段名的繁瑣和數(shù)據(jù)庫管理操作的方便迅捷,在數(shù)據(jù)庫管理時(shí)將測(cè)段名表與其他各表進(jìn)行關(guān)聯(lián)[8]。

1．2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容與特點(diǎn),系統(tǒng)由系統(tǒng)設(shè)置、預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、在線幫助和退出5個(gè)模塊組成,總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)

2．1系統(tǒng)的功能

2．1．1系統(tǒng)設(shè)置功能

1)參數(shù)設(shè)置:設(shè)置系統(tǒng)所使用數(shù)據(jù)庫的地址,實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵的不同隧道段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫分別進(jìn)行管理,同時(shí)還可設(shè)置顯示計(jì)算成果的小數(shù)位數(shù)等參數(shù)。

2)用戶設(shè)置:可以添加用戶和更改用戶登錄密碼,防止非系統(tǒng)用戶進(jìn)入破壞數(shù)據(jù),保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2．1．2預(yù)處理功能

1)觀測(cè)資料整理:用戶可以通過系統(tǒng)的接口程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)和外業(yè)觀測(cè)電子手簿直接相連,下傳原始觀測(cè)資料,并對(duì)其計(jì)算處理,得到觀測(cè)成果數(shù)據(jù)。

2)粗差檢驗(yàn):對(duì)觀測(cè)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),剔除不合格數(shù)據(jù),保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正確可靠,同時(shí)將檢驗(yàn)后的成果數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫中。

3)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn):檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性,確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

2．1．3數(shù)據(jù)庫管理功能

1)數(shù)據(jù)查詢:包括屬性數(shù)據(jù)查詢和監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)查詢。查詢屬性數(shù)據(jù)時(shí),可以先對(duì)屬性數(shù)據(jù)類別和屬性值條件進(jìn)行選擇,同時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)搜索出滿足條件的測(cè)點(diǎn),然后可根據(jù)用戶實(shí)際需要結(jié)合監(jiān)測(cè)成果條件(前后測(cè)期、兩期沉降量、兩期沉降速率等)查詢出滿足要求的測(cè)點(diǎn)屬性信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同監(jiān)測(cè)成果條件下的屬性值進(jìn)行查詢。查詢監(jiān)測(cè)成果時(shí),可首先對(duì)測(cè)點(diǎn)的測(cè)段、車道、具體位置等測(cè)點(diǎn)主要屬性值進(jìn)行選擇,然后再對(duì)監(jiān)測(cè)成果的測(cè)期、兩期變化量、累積變化量和變化速率等條件進(jìn)行設(shè)置,查詢出滿足用戶要求的測(cè)點(diǎn)成果。在查詢出滿足要求的數(shù)據(jù)后,可導(dǎo)入到excel中進(jìn)行編輯打印。

2)數(shù)據(jù)錄入和添加:包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)錄入添加和監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)錄入添加兩個(gè)功能,用于向數(shù)據(jù)庫錄入添加監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性信息和監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)。設(shè)置有手工錄入添加和自動(dòng)導(dǎo)入兩種方式,前者直接在程序界面上的相應(yīng)空格中填入數(shù)據(jù)值,實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)錄入;而后者則將文本數(shù)據(jù)格式或者excel格式的數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)自動(dòng)導(dǎo)入。添加數(shù)據(jù)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示已添加的數(shù)據(jù)和添加后數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)信息,添加完成后可以將已添加的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到excel中進(jìn)行編輯、打印。在錄入添加之前可將所要錄入添加的數(shù)據(jù)按照預(yù)定的格式存儲(chǔ)在excel或記事本中,隨后便可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。

3)數(shù)據(jù)修改:考慮到操作的規(guī)范性,系統(tǒng)只允許對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性進(jìn)行修改。通過查詢所要修改的監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)其屬性信息進(jìn)行修改,同時(shí)可以動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性信息,方便用戶及時(shí)看到修改結(jié)果。

4)數(shù)據(jù)刪除:與數(shù)據(jù)修改功能相似,通過對(duì)數(shù)據(jù)信息查詢后再進(jìn)行刪除,刪除前須經(jīng)確認(rèn),然后才能操作,確保準(zhǔn)確無誤。

5)數(shù)據(jù)導(dǎo)出:由于在前述操作中已包括本功能,因此系統(tǒng)中無需再單獨(dú)設(shè)此功能模塊,避免重復(fù)。

2．1．4在線幫助功能

包括幫助目錄與幫助主題搜索兩個(gè)功能,用于系統(tǒng)運(yùn)行過程中的在線幫助,以文本和圖像的形式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作說明,并對(duì)常見問題作詳細(xì)解答。

2．1．5退出功能

退出系統(tǒng)。

2．2系統(tǒng)的特點(diǎn)

1)系統(tǒng)充分利用了先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),克服了傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理存在的數(shù)據(jù)查詢繁瑣、處理分析低效等缺陷。

2)系統(tǒng)操作通過窗口和菜單進(jìn)行,具有界面友好、操作幫助完善等優(yōu)點(diǎn)。

3)系統(tǒng)可通過接口程序與外業(yè)觀測(cè)電子手簿相連,下傳原始觀測(cè)資料,并進(jìn)行計(jì)算處理,實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化。

4)經(jīng)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)成果可直接導(dǎo)入到ex-cel中,充分利用了excel報(bào)表制作的優(yōu)點(diǎn),滿足了用戶對(duì)報(bào)表格式多樣性的要求。

5)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)存入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理,使復(fù)雜、繁瑣的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理工作變得簡(jiǎn)單易行,如數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除、導(dǎo)入excel等可通過鼠標(biāo)單擊直接實(shí)現(xiàn),提高了工作效率。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

系統(tǒng)采用windows2000/me/xp作為操作平臺(tái),以桌面式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫access和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言visualbasic6。0作為開發(fā)工具,通過數(shù)據(jù)庫引擎(ado)[7]與數(shù)據(jù)庫有機(jī)的聯(lián)系在一起。系統(tǒng)開發(fā)采用面向?qū)ο蟮姆椒?它是根據(jù)應(yīng)用問題所涉及的對(duì)象,建立于現(xiàn)實(shí)世界的一種軟件開發(fā)思想[7]。利用該方法的關(guān)鍵是對(duì)前端概念的理解,只有當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域固有的概念被識(shí)別和理解了,才能較好的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)其功能。

visualbasic是一個(gè)面向?qū)ο蟮膱D形界面應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境,利用它可開發(fā)面向?qū)ο蟮幕趙in-dows的應(yīng)用程序[7]。由于visualbasic充分利用了windows的窗口資源,因而開發(fā)應(yīng)用程序的用戶界面美觀、簡(jiǎn)潔。本系統(tǒng)中所使用的菜單、按鈕和結(jié)果顯示等功能方式均以模塊化開發(fā)實(shí)現(xiàn),有利于系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)升級(jí)。

系統(tǒng)應(yīng)用過程:首先,按照系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的字段格式對(duì)車站、區(qū)間段和監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)、命名和歸類,并根據(jù)實(shí)際情況確定測(cè)點(diǎn)屬性值,將整理后的測(cè)段信息與測(cè)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫;然后,通過系統(tǒng)的接口程序從外業(yè)觀測(cè)電子手簿下傳各期原始觀測(cè)資料,對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理后將滿足要求的成果數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫;最后,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理計(jì)算,分析地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形情況。該系統(tǒng)在某城市地鐵監(jiān)測(cè)中得到了很好的應(yīng)用,發(fā)揮了較大的作用,實(shí)際應(yīng)用表明:

1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的效率得到了明顯的提高。應(yīng)用系統(tǒng)后,數(shù)據(jù)處理分析所花時(shí)間從原先手工進(jìn)行所需的7d至8d縮短為1d至2d。

2)系統(tǒng)計(jì)算準(zhǔn)確、成果可靠。

3)系統(tǒng)功能完善,操作簡(jiǎn)單,界面友好、美觀。結(jié) 論

地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是結(jié)合地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)的具有較高的實(shí)用價(jià)值。

1)系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的ado數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合,使access數(shù)據(jù)庫與visualbasic語言的優(yōu)勢(shì)得到了最大的發(fā)揮,值得類似系統(tǒng)借鑒。

2)通過實(shí)踐應(yīng)用表明該系統(tǒng)功能完善、方便實(shí)用、計(jì)算準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)成果可靠,能夠較好地滿足實(shí)際應(yīng)用需求,大大減少了數(shù)據(jù)管理工作量,提高了效率。

3)系統(tǒng)中測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化的實(shí)現(xiàn)為地鐵隧道自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

4)系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)行的成功為今后地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)以及地鐵安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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隧道收斂變形監(jiān)測(cè)篇五

上海地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形分析

【摘 要】隧道若發(fā)生縱向變形將嚴(yán)重影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全。分析探討了縱向變形的發(fā)生、變化情況以及隧道結(jié)構(gòu)和防水體系所允許的縱向變形控制值。結(jié)合工程實(shí)踐,對(duì)隧道發(fā)生的典型沉降曲線規(guī)律進(jìn)行了深入的分析,其結(jié)論對(duì)有效控制隧道縱向變形具有指導(dǎo)意義。【關(guān)鍵詞】隧道;通縫拼裝;縱向變形;環(huán)縫;錯(cuò)臺(tái);防水;失效

至2020年,上海將建成軌道交通運(yùn)營(yíng)線路達(dá)到20條、線路長(zhǎng)度超過870 km以及540余座車站的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。這其中,以盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)為主的地下線路幾乎占到一半。控制隧道縱向變形是確保隧道結(jié)構(gòu)安全的重要因素之一。在研究隧道縱向變形時(shí),我們首先要關(guān)注這種變形是以何種方式發(fā)生、又是如何發(fā)展變化以及隧道變形控制值是多少等問題,本文對(duì)這些問題進(jìn)行了分析探討。

1、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計(jì)

盾構(gòu)法隧道是由預(yù)制管片通過壓緊裝配連接而成的。與采用其它施工方法建成的隧道相比,盾構(gòu)隧道明顯的特點(diǎn)就是存在大量的接縫。1 km長(zhǎng)的單圓地鐵盾構(gòu)隧道需要五~六千塊管片拼裝而成,接縫總長(zhǎng)度約是隧道長(zhǎng)度的20余倍。因此,盾構(gòu)隧道的多縫特點(diǎn)已成為隧道發(fā)生滲漏水最直接或潛在的因素之一(見圖1)。在盾構(gòu)拼裝結(jié)構(gòu)中,接縫有通縫和錯(cuò)縫之分,現(xiàn)以單圓通縫盾構(gòu)隧道為例進(jìn)行隧道縱向變形分析。1.1 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì) 1.1.1 管片厚度、分塊及寬度

單圓通縫隧道管片厚度350mm,管片為c55高強(qiáng)混凝土,抗?jié)B等級(jí)為1 mpa。一環(huán)隧道由6塊管片拼裝而成(一塊封頂塊f、兩塊鄰接塊l、兩塊標(biāo)準(zhǔn)塊b和一塊拱底塊d),圓心角分別對(duì)應(yīng)16°、4×65°和84°(見圖2a)。封頂塊拼裝方便,在拱底塊上布置了兩條對(duì)稱的三角形縱肋。整個(gè)道床位于拱底塊內(nèi),底部沒有縱縫,對(duì)底部環(huán)縫滲漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低處理底部滲漏水的難度。

1.1.2 縱縫和環(huán)縫構(gòu)造

在管片環(huán)面中部設(shè)有較大的凸榫以承受施工過程中千斤頂?shù)捻斄?可有效防止環(huán)面壓損,既利于裝配施工,又易于整個(gè)環(huán)面凹凸榫槽的平整密貼,提高管片外周平整度;并可提高環(huán)間的抗剪能力,控制環(huán)與環(huán)之間的剪動(dòng),同時(shí)也可減少對(duì)盾尾密封裝置的磨損。靠近外弧面處設(shè)彈性密封墊槽,內(nèi)弧面處設(shè)嵌縫槽。環(huán)與環(huán)之間以17根m30的縱向螺栓相連,在管片端肋縱縫內(nèi)設(shè)較小的凹凸榫槽,環(huán)向管片塊與塊之間以2根m30的環(huán)向螺栓壓密相連,能有效減少縱縫張開及結(jié)構(gòu)變形,環(huán)、縱向螺栓均采用熱浸鋅或其它防腐蝕處理。

這種構(gòu)造設(shè)計(jì)使得隧道在拼裝完成后形成具有一定剛度的柔性結(jié)構(gòu),環(huán)向面之間以及縱向面之間可以達(dá)到平整密貼裝配,既能適應(yīng)一定的縱向變形能力,又能將隧道縱向變形控制在滿足列車運(yùn)行及防水要求的范圍內(nèi);同時(shí),滿足結(jié)構(gòu)受力、防水及耐久性要求。

錯(cuò)縫拼裝與通縫拼裝略有不同,其拼裝方式是隔環(huán)相同,拱底塊不設(shè)三角肋,在道床底部有一條縱縫, 6塊管片所對(duì)應(yīng)圓心角分別為20°、2×68.75°、3×67.5°(見圖2b)。不論是通縫還是錯(cuò)縫拼裝,隧道總體上呈“環(huán)剛縱柔”的特點(diǎn)。

1.2 裝配隧道對(duì)縱向變形的適應(yīng)性分析

錯(cuò)臺(tái)是指兩環(huán)隧道之間發(fā)生的徑向相對(duì)位移,隧道縱向變形的適應(yīng)性是指在保障隧道結(jié)構(gòu)安全前提下各組成構(gòu)件所允許的最大環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量。從以下幾方面分析各自對(duì)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)情況。1.2.1 環(huán)面構(gòu)造對(duì)錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性

如圖3a示,在管片環(huán)面中部設(shè)了較大的凹凸榫槽。因環(huán)面裝配部位的凹槽比凸榫稍大,存在約8mm的極限裝配余量,可允許凸榫在凹槽內(nèi)沿著徑向作微量移動(dòng)或滑動(dòng)。這種環(huán)面間的相對(duì)移動(dòng)表現(xiàn)在隧道壁上就是錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象(見圖3)。無論環(huán)面凹凸榫槽的初始裝配關(guān)系如何,當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)達(dá)到4~8mm時(shí),凸榫的頂部邊緣將與凹槽的底部邊緣相接觸,若繼續(xù)發(fā)生錯(cuò)臺(tái),凹凸榫槽將發(fā)生剪切。應(yīng)當(dāng)說環(huán)面上設(shè)置的凹凸榫槽對(duì)提高環(huán)間的抗剪切能力是有益的。從環(huán)面構(gòu)造可知,當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量超過4~8mm時(shí),環(huán)面縫隙將按線性張開。所以, 4~8 mm錯(cuò)臺(tái)量應(yīng)是環(huán)面裝配和錯(cuò)臺(tái)的控制值。1.2.2 密封墊對(duì)錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性

在環(huán)面上靠近外壁約30 mm處設(shè)有密封墊(現(xiàn)多為三元乙丙橡膠材料),按照設(shè)計(jì)構(gòu)想,理想裝配條件下密封墊徑向?qū)挾鹊闹丿B達(dá)23 mm,并可抵御環(huán)面間張開4~6 mm而不會(huì)發(fā)生滲漏水。通過對(duì)密封墊試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)環(huán)面之間發(fā)生錯(cuò)臺(tái)時(shí),密封墊表現(xiàn)出復(fù)雜的形狀,不同部位呈拉壓剪等十分復(fù)雜的受力狀態(tài)。從理論上講,當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量為4~8 mm(甚至更大一些)時(shí)兩塊壓緊狀態(tài)的密封墊是不會(huì)產(chǎn)生滲漏水的。由于環(huán)面上的密封墊不是完整的(分別粘貼在12塊不同管片上),裝配后單側(cè)整環(huán)密封墊長(zhǎng)達(dá)19.415 m,且存在許多棱角組合,加之防水材料質(zhì)量及施工技術(shù)條件等制約因素,多數(shù)滲漏水發(fā)生在錯(cuò)臺(tái)量<8 mm(甚至更小)的情況下(見圖4)。

1.2.3 螺栓孔和螺栓對(duì)錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性

為便于管片拼裝緊固,一般螺栓孔設(shè)計(jì)的要比螺栓稍大,螺栓孔徑為35mm,螺栓直徑為30 mm,在管片拼裝或產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)時(shí)可允許螺栓適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量較小時(shí),螺栓會(huì)隨管片發(fā)生移動(dòng),螺栓拉伸量相當(dāng)有限。不論螺栓與螺栓孔的初始裝配關(guān)系如何,在錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到6~12 mm后,螺栓孔與螺栓的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系都趨于極限,螺栓將發(fā)生拉彎,同時(shí)對(duì)手孔部位的混凝土產(chǎn)生壓剪作用。因手孔部位增強(qiáng)了配筋,螺栓會(huì)在手孔部位的混凝土壓壞之前先于拉壞。

通過以上分析可知,隧道環(huán)面構(gòu)造、防水體系及螺栓等在隧道發(fā)生變形過程中所起的作用不盡相同,對(duì)錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性也并不完全一樣。但將它們裝配成一條完整的隧道后就必須要求管片間的變形要協(xié)調(diào),即只有當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求時(shí),隧道安全才有保障。受管片制作、拼裝施工、密封墊質(zhì)量等因素的影響,通常在隧道投入運(yùn)營(yíng)之初,環(huán)縫、十字縫或管片接縫處就已發(fā)生了滲漏水,隧道在施工過程中已經(jīng)用掉了大部分結(jié)構(gòu)變形和防水預(yù)留量,而留給運(yùn)營(yíng)期間允許發(fā)生的變形余量非常少。因此,綜合多方面因素,將環(huán)面間的錯(cuò)臺(tái)量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。

2、隧道縱向變形分析

在隧道防水設(shè)計(jì)中,一般取縱縫和環(huán)縫張開量來確定密封墊的性能,彈性密封墊在隧道張開量達(dá)到4~6 mm時(shí)還具有防水能力。但隧道縱向變形究竟是以隧道頂?shù)撞縿傂詮堥_方式還是以環(huán)面錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的?或是兩者兼之?下面分別對(duì)兩種情形進(jìn)行討論分析。

2.1 假定隧道縱向變形是以剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行的

將單環(huán)隧道假定為一個(gè)理想的剛體,允許環(huán)與環(huán)之間發(fā)生小角度θ的剛體轉(zhuǎn)動(dòng),隧道頂(底)部張開量δ,形成隧道縱向沉降變形(見圖5)。當(dāng)隧道發(fā)生沉降時(shí),隧道頂部壓緊,底部張開(或閉合)量δ;反之,隧道頂部張開δ,底部壓緊。根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)幾何條件,隧道環(huán)寬w、直徑d、環(huán)間張開(或閉合)量δ及隧道縱向沉降曲線半徑r之間有如下幾何關(guān)系:

當(dāng)取環(huán)寬為1.0 m、隧道外徑為6.2 m,隧道縱向沉降(或隆起)與環(huán)縫張開關(guān)系見表1。若依此計(jì)算,當(dāng)環(huán)縫張開量為6 mm時(shí),隧道防水已經(jīng)失效。但在隧道實(shí)際變形中,如此小沉降半徑(甚至更小)是存在的,但防水體系并沒有發(fā)生失效現(xiàn)象。這說明將隧道縱向變形視作整環(huán)隧道剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的假定與隧道實(shí)際發(fā)生的縱向變形有著較大出入。在已建隧道中,隧道長(zhǎng)度與直徑之比l/d>150,隧道縱向端點(diǎn)與車站錨固聯(lián)結(jié),車站剛度較大,而且隧道與周圍土層之間存在一定的抗剪力,對(duì)隧道沿縱向移動(dòng)有較大約束,加之管片之間螺栓緊固作用等,對(duì)隧道整環(huán)發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng)或沿縱向產(chǎn)生較大的水平位移(縫隙)起到極大約束作用。一般情況下,沿隧道縱向難以產(chǎn)生較大的環(huán)間縫隙或剛體轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 假定隧道縱向變形是以環(huán)間錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的

從上述分析得知,隧道環(huán)與環(huán)之間可以發(fā)生小量級(jí)的錯(cuò)臺(tái)而不破壞隧道的安全性,假定隧道縱向變形曲線視作是由環(huán)與環(huán)之間發(fā)生不同錯(cuò)臺(tái)而形成的,現(xiàn)分析沉降曲線為等圓的錯(cuò)臺(tái)情況。將最下部的一環(huán)定為第1環(huán),稱之為基準(zhǔn)點(diǎn),第1環(huán)隧道底部與沉降曲線最低點(diǎn)之間沉降差定義為初始錯(cuò)臺(tái)變形δ1,第2環(huán)與第1環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形量δ2,第i環(huán)隧道與i-1環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形量δi。根據(jù)圖6a示,第一環(huán)的初始錯(cuò)臺(tái)量為δ1,則有:

根據(jù)表2和圖6分析可知:①沉降曲線半徑越大,沉降影響范圍越大,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)發(fā)展速度越緩慢;反之,沉降曲線半徑越小,沉降影響范圍越小,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)發(fā)展就越快(即錯(cuò)臺(tái)很快就超出安全控制值)。②沉降曲線半徑越大,沉降范圍內(nèi)的累積沉降量越大。由式(3)可以看出,即使環(huán)間的錯(cuò)臺(tái)量是一個(gè)較小的數(shù)據(jù),但在一個(gè)較大范圍的隧道累計(jì)變形量來說仍然很可觀。③即使在等半徑沉降曲線上,不同距離的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量是不同的。由式(2)可知,距離基準(zhǔn)點(diǎn)越遠(yuǎn),環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形量就越大。

隧道安全取決于隧道結(jié)構(gòu)和防水體系的安全,通過對(duì)隧道的長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),隧道結(jié)構(gòu)沉降變形和防水之間又是相互影響和相互促進(jìn)的,隧道滲漏水會(huì)引起隧道變形加大,隧道變形加大又會(huì)加劇隧道滲漏水,形成惡性循環(huán)。

在隧道發(fā)生滲漏水的許多部位,沉降曲線半徑超過15 000m,滿足隧道縱縫張開的設(shè)計(jì)要求;在發(fā)生較大沉降變形區(qū)段,沉降曲線半徑遠(yuǎn)小于15 000m,隧道沒有發(fā)生滲漏水,也未發(fā)現(xiàn)隧道頂?shù)撞康霓D(zhuǎn)動(dòng)張開;在幾處發(fā)生過險(xiǎn)情的隧道區(qū)間,隧道沉降半徑遠(yuǎn)小于500 m,發(fā)生漏水的整環(huán)隧道多位于沉降曲線的直線段,個(gè)別環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)數(shù)厘米,在隧道內(nèi)壁上表現(xiàn)為明顯錯(cuò)臺(tái)形式。理論分析和隧道發(fā)生滲漏水的實(shí)際情況都證明了隧道縱向變形方式是以環(huán)間錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的,將隧道縱向沉降曲線視作是由一系列環(huán)間錯(cuò)臺(tái)構(gòu)成的這一假定是合理的。

2.3 隧道縱向變形過程分析 在隧道發(fā)生沉降(隆起)后,隧道總長(zhǎng)度增加,沉降變化越多,變化量越大,隧道總長(zhǎng)度增加量就越大。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量較小時(shí),隧道縱向增加量較小,可用下式來表達(dá):

當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量超過4~8 mm時(shí),隧道縱向長(zhǎng)度計(jì)算還應(yīng)考慮縱向環(huán)面縫隙的增加量w0。下面根據(jù)不同程度的錯(cuò)臺(tái)量對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全和防水影響進(jìn)行分析:(1)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量為1~4 mm時(shí),這個(gè)量級(jí)的錯(cuò)臺(tái)可以通過隧道環(huán)面構(gòu)造設(shè)計(jì)本身加以調(diào)整,但會(huì)對(duì)密封墊產(chǎn)生一定的拉壓作用。從幾何意義上講,變形前密封墊徑向重疊厚度至少可達(dá)約23 mm,發(fā)生錯(cuò)臺(tái)后密封墊仍可保持約19 mm的重疊厚度。根據(jù)式(4)計(jì)算,若錯(cuò)臺(tái)為1 mm,單環(huán)隧道增加長(zhǎng)度0.005 mm;若環(huán)間錯(cuò)臺(tái)4 mm,單環(huán)隧道增加長(zhǎng)度0.008 mm。這個(gè)量級(jí)的小錯(cuò)臺(tái)量引起隧道縱向長(zhǎng)度的增加非常小,環(huán)間縫隙寬度不增加。

隨著環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量的增大,密封墊不同部位表現(xiàn)為十分復(fù)雜的拉壓剪等受力狀態(tài),密封墊一般不會(huì)發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,但環(huán)面間的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道發(fā)生滲漏水的概率大為增加。縱向連接螺栓或?qū)⑦M(jìn)一步發(fā)揮抗拉作用,對(duì)手孔部位的混凝土施加低水平的壓剪作用。

(2)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)4~8 mm時(shí),即在前一階段變形基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生錯(cuò)臺(tái)4 mm(見圖3b)。不論環(huán)面凹凸榫槽最初裝配位置如何,此刻凹凸榫槽處在極端配合狀態(tài),凸榫頂邊緣與凹槽底邊緣相接觸,凹凸榫槽直接發(fā)生剪切,螺栓也處在進(jìn)一步拉緊狀態(tài),密封墊的變形和受力狀態(tài)也隨錯(cuò)臺(tái)量的加大而加劇,但密封墊徑向重疊厚度仍可達(dá)15 mm。根據(jù)式(4)計(jì)算,若錯(cuò)臺(tái)達(dá)到4~8 mm,單環(huán)隧道長(zhǎng)度增加將達(dá)0.032 mm。這個(gè)級(jí)別的錯(cuò)臺(tái)引起隧道總長(zhǎng)度的增加量依然很小,環(huán)間縫隙寬度不增加,但密封墊之間、密封墊與管片之間都可能會(huì)直接發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,環(huán)間防水能力被極大削弱,隧道發(fā)生滲漏水的幾率成倍增加,必須引起警惕,采取措施控制錯(cuò)臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展。

(3)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)8~13 mm時(shí)(見圖3c),環(huán)面凹凸榫槽已發(fā)生直接剪切,凹凸榫槽局部會(huì)出現(xiàn)裂縫,而導(dǎo)致防水失效,這個(gè)錯(cuò)臺(tái)量會(huì)引起環(huán)面凹凸榫槽出現(xiàn)“艱難爬坡”現(xiàn)象,環(huán)間縫隙呈線性擴(kuò)大,螺栓被拉流。盡管密封墊徑向重疊厚度仍有10~15 mm,但因管片局部發(fā)生破壞、環(huán)面間縫隙超過防水標(biāo)準(zhǔn)而失去防水作用。根據(jù)式(4)計(jì)算,若環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到13mm,隧道長(zhǎng)度增加迅速,單環(huán)隧道增加量也達(dá)13.083mm,環(huán)縫張開量將迅速增加超過6 mm,環(huán)間防水體系基本失效,將會(huì)有大量水土流入隧道,環(huán)縫漏水嚴(yán)重。圖7是整環(huán)隧道發(fā)生豎向錯(cuò)臺(tái)示意圖,當(dāng)環(huán)間發(fā)生豎向錯(cuò)臺(tái)時(shí),依附于管片上的密封墊將隨同管片一起發(fā)生錯(cuò)臺(tái)。在隧道頂?shù)撞课诲e(cuò)臺(tái)最為顯著,其它部位并不明顯,但此時(shí)環(huán)面上凹凸榫槽還處在咬合狀態(tài),錯(cuò)臺(tái)將呈直線方式發(fā)展。隧道處于此種狀態(tài)十分危險(xiǎn),若變形繼續(xù)發(fā)展,后果不堪設(shè)想。

(4)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量為13~23 mm時(shí)(見圖3d),環(huán)面間持續(xù)剪切導(dǎo)致凹凸榫槽結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞,防水體系完全失效,凹凸榫槽還處在咬合狀態(tài),錯(cuò)臺(tái)將呈線性發(fā)展直至結(jié)構(gòu)失穩(wěn),尤其當(dāng)隧道下臥土層是砂性土層的狀況時(shí)風(fēng)險(xiǎn)性更大。

分析表明:①若錯(cuò)臺(tái)量在幾毫米以內(nèi),隧道總長(zhǎng)度增加量很少,環(huán)間縫隙寬度并不增加,隧道結(jié)構(gòu)安全尚處在可控狀態(tài),但會(huì)大大削弱密封墊的防水效果;②若錯(cuò)臺(tái)量超過環(huán)面凹凸榫槽配合極限之后,環(huán)間縫隙按線性發(fā)展,管片會(huì)發(fā)生破損、防水失效等現(xiàn)象,給隧道安全帶來災(zāi)難性威脅。因此,徑向錯(cuò)臺(tái)的增加不僅會(huì)引起隧道環(huán)面發(fā)生剪切,還將導(dǎo)致隧道縱向水平位移(環(huán)面縫隙)的增加。

以上僅是對(duì)隧道豎向發(fā)生徑向錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行分析,實(shí)際上隧道發(fā)生縱向變形遠(yuǎn)比此復(fù)雜。隧道在裝配完成受力后其環(huán)面并不是一個(gè)真圓,環(huán)面凹凸榫槽的裝配關(guān)系隨之發(fā)生變化,這些變形會(huì)沿著隧道縱向進(jìn)行傳遞,隧道縱向和橫向變形在一定范圍內(nèi)相互影響。

3、隧道縱向變形典型曲線及工程實(shí)例 3.1 隧道縱向沉降典型曲線

圖8是典型縱向沉降曲線,沉降曲線呈對(duì)稱漏斗型。一半曲線是一條反s沉降曲線,曲線的上部向下彎曲,下部向上彎曲,中間呈直線段變化。可將曲線劃分成三段,現(xiàn)逐一分析如下: 第一段為向下彎曲段(沉降加速段)。該段隧道受擾動(dòng)影響較小,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)較小,縱向變形量小,環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)迅速變大,環(huán)間縫隙基本上沒有張開,也不發(fā)生滲漏水,此階段的縱向變形累計(jì)量較小。

第二段為直線變形段(沉降均速段)。該階段隧道受擾動(dòng)影響較大,該段環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)量較大,凹凸榫槽相扣處在剪切狀態(tài),錯(cuò)臺(tái)基本上呈直線型發(fā)展,沒有明顯彎曲,縱向沉降累積量迅速變大,環(huán)間縫隙防水失效,有大量水土涌入隧道。

第三段為向上彎曲段(沉降減速段),也是最后一個(gè)階段。該段環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形由大變小,曲線呈向上彎曲狀,此階段的縱向累計(jì)沉降量達(dá)到最大。

近年來發(fā)生的幾起隧道險(xiǎn)情大沉降與上述隧道縱向變形曲線非常吻合。3.2 工程實(shí)例

(1)圖9是上海軌道交通2號(hào)線某停車場(chǎng)出入庫線下行線隧道泵站發(fā)生事故后形成的沉降曲線。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道發(fā)生了較大錯(cuò)臺(tái)變形,個(gè)別環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到數(shù)厘米,最大累計(jì)沉降量達(dá)26 cm,后經(jīng)及時(shí)搶險(xiǎn)才得以控制隧道危情。

(2)4號(hào)線大連路區(qū)間隧道因結(jié)構(gòu)存在固有缺陷導(dǎo)致隧道漏水漏砂,環(huán)間發(fā)生了較大錯(cuò)臺(tái)沉降,縱向累計(jì)和差異沉降變形都很大,環(huán)間發(fā)生錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到3~5 mm,累計(jì)沉降達(dá)9 cm,影響范圍超過100m,后經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)搶險(xiǎn)并最終得到根治。環(huán)間過大的錯(cuò)臺(tái)變形勢(shì)必會(huì)引起隧道結(jié)構(gòu)開裂,導(dǎo)致隧道受損或破壞,防水體系失效,給隧道結(jié)構(gòu)安全帶來直接威脅,多處隧道發(fā)生的縱向大變形驗(yàn)證了這一變形過程。

4、結(jié)語

本文通過對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形進(jìn)行分析,得到如下結(jié)論:(1)地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形基本上是以徑向錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的。

(2)徑向錯(cuò)臺(tái)的增加不僅會(huì)引起隧道環(huán)面發(fā)生剪切,同時(shí)會(huì)引起環(huán)縫間隙按線性發(fā)展,導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)損壞、防水失效。必須嚴(yán)格控制各類因素引起的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量。

(3)研究了不同沉降曲線半徑的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)變化規(guī)律,等半徑沉降曲線上不同位置的錯(cuò)臺(tái)量是不同的。結(jié)合工程險(xiǎn)情研究了典型的隧道沉降曲線。

(4)隧道安全與隧道結(jié)構(gòu)變形和防水密切相關(guān),防水的成敗關(guān)系到其長(zhǎng)久安全,“見水就堵”是十分重要的。這些分析結(jié)論進(jìn)一步加深了對(duì)隧道發(fā)生沉降方式和變形控制值的認(rèn)識(shí),對(duì)指導(dǎo)地鐵盾構(gòu)隧道安全監(jiān)控具有重要的意義。