地铁结构健康监测解决方案

01 背景说明

     随着城市化进程的不断加快，轨道交通建设规模 不断扩大，成为城市公共交通的重要支柱。地铁铁轨 及隧道结构的安全愈显重要，铁轨及隧道变形的稳定 可控是地铁安全运营的重要保障之一，铁轨及隧道结 构的变形监测       是了解和掌握铁轨及隧道结构变化、及 时发现病害和判断其安全状况的必要方法和手段。通 过对地铁主体结构健康的监测，收集监测数据，系统 地整理、积累资料，及时掌握现有建成地铁工程运营 的变形情况，不断总结       经验教训，可为其它相关周边 基坑、盾构下穿等交叉工程提供可靠依据，也可为今 后相关工程设计、施工、运营维护单位借鉴。

02 地铁病害危害性

03 地铁主要病害分析

04 监测规范

   ①《地铁设计规范》GB 50157-2013 

   ②《城市轨道交通工程 监 测 技 术 规 范 》 G B 50911-2013 

   ③《地铁工程监控量测 技术规程》DB11/490- 2007 

   ④《城市轨道交通设施 运营监测技术规范第4部 分：轨道和路基》GBT 39559.4-2020

05 监测布设

    主要监测内容：不均匀沉降、 净空收敛与拱顶沉降、伸缩缝张合变形、 地表沉降、 土体深层分层沉降及水平位移

                             衬砌/管片应力、 衬砌围岩间压力、 隧道内环境温湿度、 钢轨位移、 钢轨振动、 钢轨应变。

     周边建筑监测主要内容:周边建筑裂缝、 地表裂缝 、周边建筑不均匀沉降、 周边建筑物倾斜、 地表建筑物工作环境。

06 监测方案说明

    一、盾构管片结构竖向、水平位移和净空收敛监测断面及监测点布设应符合下列规定: 

         1. 在盾构始发与接收段、联络通道附近、左右线交叠或邻近段、小半径曲线段等区段应布设监测断面;

         2. 存在地层偏压、围岩软硬不均、地下水位较高等地质条件复杂区段应布设监测断面; 

         3. 下穿或邻近重要建(构)筑物、地下管线、河流湖泊等周边环境条件复杂区段应布设监测断面;

         4. 每个监测断面宜在拱顶、拱底、两侧拱腰处布设管片结构净空收敛监测点，拱顶、拱底的净空收敛监 测点可兼作竖向位移监测点，两侧拱腰处的净空收敛监测点可兼作水平位移监测点。 

     二、盾构管片结构应力、管片围岩压力、管片连接螺栓应力监测点布设应符合下列规定: 

        1. 盾构管片结构应力、管片围岩压力、管片连接螺栓应力监测应布设垂直于隧道轴线的监测断面，监测 断面宜布设在存在地层偏压、围岩软硬不均、地下水位较高等地质或环境条件复杂地段，并应与管片 结构竖向位移                和净空收敛监测断面处于同一位置; 

        2. 每个监测项目在每个监测断面的监测点数量不宜少于5个。

     三、矿山法的初期支护结构拱顶沉降、净空收敛监测断面及监测点布设应符合下列规定:

        1. 初期支护结构拱顶沉降、净空收敛监测应布设垂直于隧道轴线的横向监测断面，车姑监测断面间距宜 为5m~10m，区间监测断面间距宜为10m~15m; 

        2. 监测点宜在隧道拱顶、两侧拱脚处(全断面开挖时)或拱腰处(半断面开挖时)布设，拱顶的沉降监测点可 兼作净空收敛监测点，净空收敛测线宜为1条~3条; 

        3. 分部开挖施工的每个导洞均应布设横向监测断面: 

        4. 监测点应在初期支护结构完成后及时布设。 

     四、矿山法的初期支护结构底板竖向位移监测点布设应符合下列规定: 

        1. 监测点宜布设在初期支护结构底板的中部或两侧；

        2. 监测点的布设位置与拱顶沉降监测点宜对应布设。

     五、矿山法的隧道拱脚竖向位移监测点布设应符合下列规定: 

        1. 在隧道周围岩土体存在软弱土层时，应布设隧道拱脚竖向位移监测点; 

        2. 隧道拱脚竖向位移监测点与初期支护结构拱顶沉降监测宜共同组成监测断面。 

      六、矿山法的隧道拱脚竖向位移监测点布设应符合下列规定: 

        1. 在隧道周围岩土体存在软弱土层时，应布设隧道拱脚竖向位移监测点;

        2. 隧道拱脚竖向位移监测点与初期支护结构拱顶沉降监测宜共同组成监测断面。 

     七、矿山法的围岩压力、初期支护结构应力、二次衬砌应力监测断面及监测点布设应符合下列规定: 

       1. 在地质条件复杂或应力变化较大的部位布设监测断面时，应力监测断面与净空收敛监测断面宜处于同 一位置: 

       2. 监测点宜布设在拱顶、拱脚、墙中、墙脚、仰拱中部等部位，监测断面上每个监测项目不宜少于5个 监测点; 

       3. 需拆除竖向初期支护结构的部位应根据需要布设监测点。 

     八、对轨道进行监测的监测点布设符合下列要求:

      1. 监测点应布置在能反映轨道及周边环境实际状态及其变化趋势的关键部位,并能满足监测要求; 

      2. 监测点布设的位置及数量应根据监测对象的类型和特征、轨道结构型式、监测要求等因素综合确定; 

      3. 在地质不良地段、沉降较大地段、有砟道床与无砟道床过渡段等线路薄弱环节宜适当增设监测点; 

      4. 监测点的安装、更换、维护不应影响轨道的正常受力和使用； 5. 监测点应设置清晰标识且具备有效的保护措施。

     九、对轨道变形进行的监测符合下列要求: 

      1. 地质活动断裂带、不均匀沉降过大地段等特殊地段宜进行轨道的竖向位移监测和水平位移监测: 

      2. 对于轨道变形监测点与所在桥梁、隧道或路基等下部结构变形监测点不一致的线路或地段,宜在桥梁、 隧道或路基的结构变形监测断面处同一里程位置增设监测点或将监测点位置调整一致; 

      3. 保护区内工程施工期间宜对轨道变形进行监测,监测项目、监测点布设、监测频率等应符合CJJ/T 202 的有关要求; 

      4. 宜采用自动变形监测系统对轨道变形进行实时监测。

     十、周边建(构)筑物竖向位移监测点布设应反映建(构)筑物的不均匀沉降，并应符合下列规定:

      1. 建(构)筑物竖向位移监测点应布设在外墙或承重柱上，且位于主要影响区时，监测点沿外墙间距宜 10m~15m，或每隔2根承重柱布设1个监测点;位于次要影响区时，监测点沿外墙间距宜为15m~30m，或每隔2根~3根承重            柱布设1个监测点;在外墙转角处应有监测点控制; 

      2. 在高低悬殊或新旧建(构)筑物连接、建(构)筑物变形缝、不同结构分界、不同基础形式和不同基础埋深 等部位的两侧应布设监测点; 

      3. 对烟囱、水塔、高压电塔等高耸构筑物，应在其基础轴线上对称布设监测点，且每栋构筑物监测点不 应少于3个; 

      4. 风险等级较高的建(构)筑物应适当增加监测点数量。

     十一、周边建(构)筑物水平位移监测点应布设在邻近基坑或隧道一侧的建(构)筑物外墙、承重柱、变形缝两侧 及其他有代表性的部位，并可与建(构)筑物竖向位移监测点布设在同一位置。

     十二、周边建(构)筑物倾斜监测点布设应符合下列规定: 

        1. 倾斜监测点应沿主体结构顶部、底部上下对应按组布设，且中部可增加监测点;

        2. 每栋建(构)筑物倾斜监测数量不宜少于2组，每组的监测点不应少于2个; 

    十三、建(构)筑物裂缝宽度监测点布设应符合下列规定: 

        1. 裂缝宽度监测应根据裂缝的分布位置、走向、长度、宽度、错台等参数，分析裂缝的性质、产生的原 因及发展趋势，选取应力或应力变化较大部位的裂缝或宽度较大的裂缝进行监测; 

        2. 裂缝宽度监测宜在裂缝的最宽处及裂缝首、末端按组布设，每组应布设2个监测点，并应分别布设在 裂缝两侧，且其连线应垂直于裂缝走向。

07 传统检测与在线自动化监测对比

08 监测系统总体框架

09 地铁监测常用仪器

10 地铁监测数据平台

     忻德云是一款基于云物联技术实现的智能结构健康安全监测在线平台，由厦门忻德自主研发运维，为结构健康监测项目提供传感器接入，通过互联网将数据实时传入忻德云平台，经由平台内置的解析系统及后端配置系统，形成可视化的数据信息，从而为终端用户提供数据分析、报表查询、险情预警等服务。