江苏省城市轨道交通工程安全监测技术规程条文说明

江苏省城市轨道交通工程安全监测技术规程条文说明内容摘要：

/2)~( ~ 3 . 0 ) H (2 .0 ~3. 0) HH 图 1 基坑工程影响分区图 Ⅰ — 主要影响区； Ⅱ — 般影响区； Ⅲ — 可能影响区 H—基坑设计深度； φ—岩土体内摩擦角 基坑开挖范围内存在基岩时， H 可为覆盖土层和基岩强风化层厚度之和 ， 当边坡存在外倾结构面时，还应考虑外倾结构面的影响 ，因为 外倾结构面 的存在，会对基坑的稳定性有着不利的影响。 关于 隧道工程影响分区本规程结合江苏省城市轨道交通隧道施工经验，根据近年来隧道施工领域相关研究取得的一些成果，采用应用范围较广的隧道地表沉降曲线 Peck 计算公式预测的方式，划分隧道工程的主要、一般和可能三个影响区。 隧道工程影响分区的具体划分可参考图 2。 ⅠⅡi i3i 3iRSmaxh ⅠⅡⅢ Ⅲ123 图 2 盾构法隧道工程影响分区划分图 Ⅰ — 主要影响区； Ⅱ — 般影响区； Ⅲ — 可能影响区； 1— 沉降 槽 曲线； 2— 反弯点； 3— 隧道； i—隧道地表沉降曲线 Peck 计算公式中沉降槽宽度系数； h—隧道轴线至地表深度； 10 R—隧道半径； Smax—隧道轴线上方最大地表沉降量 图 3 为隧道掘进过程中土体的变形模式，其中 为土体剪切扰动区半径，盾构掘进使周围土体产生剪切扰动和开挖卸载，在隧道周围形成剪切扰动区。 根据极限平衡原理，塑性区的边界应与剪切扰动区相切，该边界线称为完全边界，与地面交界处的地面沉降值为零。 约 75%的垂直土层变形发生在隧道周围间隙的上半环，它的影响区域称为垂直土层变形影响带。 垂直土层变形影响带的边界线从隧道起拱线处开始，水平倾角呈 45176。 +φ/2。 该边界线与地面交界处的地面沉降则是由部分累积等量土体损失的 25%产生。 1hR R39。 2345 图 3 盾构法隧道 掘进中的土体变形模式 1—垂直土层变形影响带边界； 2—完全边界； 3—实际土层损失； 4—剪切扰动区； 5—隧道； h—隧道轴线至地表深度； R—隧道半径； R39。 —土体剪切扰动区半径 Peck 基于大量的隧道施工实测数据统计结果，认为土体移动是由土体损失引起的，在假定土体不排水，沉降槽体积等于土体损失体积的条件下，提出地表沉降槽呈拟正态分布，其曲线形状与盾构隧道实测曲线较吻合，在工程实际中得到了广泛应用。 其横向地表沉降估算公式如下： ( ) ( ) （ 1） √ （ 2） （ 3） 式中： S(x) ——距离隧道轴线为 x 处的地表沉降量（ mm）； Smax ——隧道轴线上方最大地表沉降量（ mm）； 11 VS——单位长度土体损失量（ m2）； VL——土体损失率； R——隧道半径（ m）； x ——距隧道轴线的距离（ m）； i ——沉降槽宽度系数（沉降槽反弯点 或拐点离隧道轴线的水平距离）（ m）。 针对地表沉降槽宽度系数 i 值的计算，许多学者提出了不同的计算方法，魏纲、韩煊等统计、补充和归纳了现有 i 值的计算公式，表 2 整理出地表沉降槽宽度系数 i 的取值方法。 表 2 地表沉降槽宽度系数 i 的取值方法 分类 计算公式 公式序号 适用条件 依据 文献 第一类 𝑖 ℎ√2 tan(45176。 𝜑2) （ 4） 各类土 — Knothe 𝑖 (1 0 02𝜑)ℎ （ 5） 伦敦地区：无粘性土， φ 取 35176。 ~40176。 ；硬粘土， φ 取25176。 ~30176。 ；软粘土， φ取 15176。 ~20176。 英国实测资料 韩煊 第二类 𝑖 [ℎ (2 )⁄ ]𝑛 （ 𝑛=~） （ 6） 各类土，土越软， 𝑛 取值越大 实测资料 Peck 𝑖 [ℎ (2 )⁄ ]0 8 （ 7） 饱和粘土 英国实测资料 Peck 𝑖 𝑘 [ℎ (2 )⁄ ]𝑛 （ 8） 粘土： k=1， 𝑛 =1。 砂土：地下水位以上， k=， 𝑛 =；地 下 水 位 以 下 ，k=， 𝑛 =；忽略 水 的 影 响 ，k=， 𝑛 = 实测资料 Attewell 𝑖 1 06 [ℎ (2 )⁄ ]0 94 （ 9） 各类土 台北实测资料 陈秋宗 𝑖 1 15 [ℎ (2 )⁄ ]0 9 （ 10） 粘土 Loganathan 𝑖 0 25(ℎ+ ) 𝑖 0 25(1 5ℎ+ 0 5 ) （ 11） 松砂 密实和超固结粘土 实测资料和模型试验 Atkinson,Potts 𝑖 0 29ℎ+ （ 12） 粘土 离心模型试验 Lee,Wu,Chiou 第三类 𝑖 0 5ℎ （ 13） 粘土 实测资料和离心模型试验 Attewell,panner 𝑖 0 43ℎ+ 1 1 （ 14） 粘性土， 3m≤h≤34m； 英国实测资料 O’Reilly,New 12 𝑖 0 28ℎ 0 12 粒状土， 6m≤h≤10m 𝑖 𝑘ℎ （ 15） 对 于 砂 性 土 ，k=~；对于软粘土， k=；对于中等粘土， k=；对于硬粘土， k= 英国实测资料 O’Reilly,New 𝑖 (0 57+0 45ℎ)177。 1 01 （ 16） 固结效应不显著地层 — Leach 𝑖 4 35+7 29 10−9ℎ8 （ 17） 上海实测资料 继立 第四类 𝑖 𝑚[ +ℎtan(45176。 φ 2⁄ )] （ 18） 粘性土， m=~ 实测资料 魏纲 注： i ——隧道地表沉降曲线 Peck 计算公式中地表 沉降槽宽度系数（ m）， h ——为隧道轴线至地表深度（ m）， k——为沉降槽宽度参数， φ——为隧道轴线以上土体内摩擦角，对于成层土取厚度加权平均值（ 176。 ）。 从表 1 可以看出，现有的公式（ 4~18）共 15 个 i 值计算公式可以分为 4 大类：第一类与 h、 φ 有关，第二类与 h、 R 有关，第三类与 h 有关，第四类与 h、R、 φ 有关。 对上述 i 值计算公式进行分析，由（ 4）式（《城市轨道交通工程监测技术规范》 GB50911 条文说明中的（ 3）式）可知，随着 φ 值 的增大， i 值也随之增大，因此会得到逐渐增宽的沉降槽，这与实测结果恰好相反，因此不宜采用。 公式（ 5）是基于伦敦地区的经验数据得到的，因此在国内的应用还需进一步验证。 式（ 7）~式（ 14）、式（ 16）和式（ 17）提出的 i 值计算公式与土质条件无关，因此不宜采用。 只有 Peck 公式（ 6）、 O’Reilly 公式（ 15）和 魏纲 公式（ 18）是根据实测数据统计得到，可靠性较强。 公式（ 18）由于参数 m 取值范围较小，从而减小了因经验性参数取值范围较大带来的误差，对于粘性土比较适用。 对 i 值的影响因素进行分析，根据相关研究表明，在相同埋深、相同直径条件下，随着土质变好，土体移动焦点随之下移，相对应的地表沉降槽范围也减小。 另外，砂土地基易于发生拱效应，使应力释放发生在一定范围内，其沉降槽的范围较小；而软弱的粘土地基一般很难形成拱效应，其沉降槽的范围较大。 可见 i值不仅与隧道半径 R、隧道轴线埋深 h 有关，而且与土质条件 φ 有关。 不同土质条件下 i 值的大小也不同，土质条件越好（土的内摩擦角 φ 越大），沉降槽宽度越小， i 值也越小。 通过对江苏省地区的南京、无锡、苏州现有在建城市轨道交通工程盾构隧道13 的 106 组地 表横向断面的沉降槽实测数据统计分析，经专题研究、总结归纳如下，可作为参考： （ 1）采用 Peck 公式对实测地面沉降数据进行正态曲线拟合，找出沉降槽 曲线 反弯点，经分析研究表明，在隧道轴线埋深 h 3D（ D 为隧道直径）的情况下，隧道沉降槽宽度系数 i 的取值范围为 i=5~9，则 3i=15~27； 沉降槽宽度参数 k 的取值范围为 k =~。 对于不同的土质， k 值取值不同，对于软弱土，k 取大值 ； 对于砂土， k 取小值 ； 对于硬粘土， k 取中值。 （ 2）在沉降槽曲线分析中，沉降曲线普遍在隧道轴线处沉降量最大，但同时也发现沉降槽并不完全是对称的，最大沉降点并没有处在轴线位置，而是偏移了轴线，但总的偏移量不是很大，经分析认为主要原因是由于隧道上半部分土质不均匀而造成的，由于地质条件的不均匀，导致沉降量不一致。 因此在这种情况下，就应适当增加沉降槽的宽度，考虑其影响范围，在布设监测横断面时，应注意适当加大监测范围。 有些学者研究了盾构法隧道深层土体沉降槽的宽度系数 ，表明了随着 z（为距地面的垂直距离或地层深度）值的增加，盾构隧道施工引起的深层土体沉降槽宽度 i（ z） （任意深度 z 处的沉降槽宽度） 而逐渐减小，不同的土体减小速度不同， 𝑖(𝑧) 𝑖(𝑧 0)⁄ 与 (1 𝑧 ℎ⁄ )之比 在粘性土中基本呈幂函数关系，在砂土中呈线性关系。 对于盾构法隧道地表沉降槽宽度的分析，《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911 中以及有些学者认为地表沉降槽宽度可取 5i，即距隧道轴线水平距离 处地面沉降为零。 令 x =，由 Peak 公式（ 1）可得， S（ x =） = Smaxexp[ (2 5i) (2i )⁄ ] = Smax 如果设 Smax=23mm， 则 S（ x =） =23= mm 0 可见该假定会使地表沉降槽宽度偏小。 有些学者提出，地表沉降槽宽度可取 6i，即离隧道轴线水平距离 3i 处地面沉降为零。 14 令 x =3i，由 Peak 公式（ 1）可得， S（ x =3i） = Smax 如果设 Smax=23mm， 则 S（ x =3i） =23= mm≈0 可见该假定比较符合实际情况。 说明地表沉降槽宽度宜取 6 i， 如取 5 i 将导致地表沉降槽宽度偏小 ，现场实测资料也证实了这一点。 因此，本规程在土质隧道影响分区中，将主要影响区确定为隧道正上方及沉降曲线反弯点 i 范围内，将一般影响区确定为隧道沉降曲线反弯点 i 至沉降曲线边缘 3i 处，可能影响区确定为隧道沉降曲线边缘 3i 以外，这样划分与现场实测比较吻合。 矿山法隧道影响分区亦可参照盾构法隧道的影响分区进行划分。 本条 列举了 4 条特殊情况不良地质条件、淤泥等软土层以及工程出现异常情况下等，应该注意在进行安全监测作业中，需要及时调整工程监测范围和工程影响分区的界线。 基坑、隧道作为地下工程，其施工对周围岩土体、周边环境都会产生很大的影响，周边环境空间位置不同，相应的影响程度不同，越靠近施工区域的周边环境，其影响越大。 同样复杂的地质条件以及复杂的周边环境也会给工程施工安全、工程本体安全带来很大影响。 可以说基坑、隧道工程，其工程本体、周围岩土体以及周边环境是相互联系、相互制约、相互影响的。 因此监测范围应结合工程自身的特点、工程地质条件以及周边环境等综合确定，监测范围应包括工程周边受施工影响的主要影响区和一般影响区两个区域。 本条 提出了联络通道施工期间的监测要求，虽然联络通道断面较小，但不管是盾构法隧道的联络通道施工还是矿山法隧道的联络通道施工，除了对联络通道本身的监测外，还需对联络通道以外的周边环境即地表周边环境以及已成型的盾构法隧道或矿山法隧道进行监测。 地表周边环境监测是对联络通道施工期间其影响范围内的道路地表沉降或隆起、地下管线沉降以及周边建（构）筑物的变形等进行监测。 隧道内监测就是对已成型的矿山法衬砌隧道或盾构法管片隧道进行隧道沉降、位移及收敛等测项的监测。 当施工采用钻眼爆破法时，会对周边环境产生爆破振动影响 ，其影响范围和影响程度的大小主要取决于装药量的大小或最大一段起爆药量的大小，当然与15 地质条件也有关系，地质条件好时，围岩完整的情况下，爆破振动波的传播距离比较远，地质条件较差的情况下，爆破振动波会被部分吸收，影响了波的传播距离，因此爆破振动影响区以及爆破振动监测范围的大小需通过现场爆破试验确定，通过爆破试验，一方面确定了爆破装药量的大小，另一方面对现场的地质条件有一个较准确的掌握。 本条 是针对 不良地质条件 如 遇岩溶或土洞时 ，提出了关于此类情况下监测范围以及影响区的分析和确定的一些必要手段，充分结合 地质勘察报告，进行现场相关调研，了解 岩溶或土洞 的塌陷历史，尤其需要注意的是地表水与地下水的联系情况。 工程 监测等级 工程 监测等级的划分进一步明确了工程自身的重要程度以及周边环境的重要程度，也明确了监测工作的重点和针对性，使监测工作能够科学、合理的开展。 根据相关规范、规程以及工程经验， 基坑、隧道工程 监测等级的划分需要将工程自身风险等级、周边环境风险等级和 地质条件复杂程度 三大影响因素结合在一起综合考虑。 ~ 工程自身风险等级、周边环境风险等级的划分以及地质条件复杂程度主要根据现行国家标准 《城市轨道交通工程监测技术。