20120521-地铁8号线穿老旧平房区课题-现场监测检测方案 - 图文

复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古

旧平房群关键技术研究

[现场监测检测方案]

二零一二年五月二十一日

复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

目 录

1 项目概况 ............................................................................................................. 1 2 土的分层沉降监测方案 ................................................................................. 3

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

分层沉降监测目的 ........................................................................................... 3 分层沉降监测的对象及范围 ........................................................................... 3 分层沉降监测设备 ........................................................................................... 3 分层沉降监测频率及周期 ............................................................................... 4 分层沉降监测点位的初步建议 ....................................................................... 4

2.5.1 安鼓区间............................................................................................................ 4 2.5.2 鼓什区间............................................................................................................ 5 2.5.3 什南区间............................................................................................................ 7 2.5.4 南中区间............................................................................................................ 8 2.6

分层沉降监测工作量汇总 ............................................................................... 8

3 地表及建筑物沉降监测方案 ....................................................................... 9

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

沉降监测目的 ................................................................................................... 9 沉降监测的对象及范围 ................................................................................... 9 沉降监测设备 ................................................................................................... 9 沉降监测频率及周期 ....................................................................................... 9 沉降监测点位的初步建议 ............................................................................. 10

3.5.1 鼓什区间.......................................................................................................... 10 3.5.2 什南区间.......................................................................................................... 12 3.5.3 南中区间.......................................................................................................... 19 3.6

分层沉降监测工作量汇总 ............................................................................. 19

4 盾构施工振动的现场监测方案 ................................................................. 19

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

振动监测目的 ................................................................................................. 19 振动监测的对象及范围 ................................................................................. 20 振动监测作业方法 ......................................................................................... 20 振动监测设备 ................................................................................................. 21 振动监测的频率及时长 ................................................................................. 22 盾构施工振动振源（洞内）监测点位的初步建议 ..................................... 23

－I－

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4.6.1 安鼓区间.......................................................................................................... 23 4.6.2 鼓什区间.......................................................................................................... 23 4.6.3 什南区间.......................................................................................................... 23 4.6.4 南中区间.......................................................................................................... 23 4.7

地面振动响应监测点位的初步建议 ............................................................. 23

4.7.1 安鼓区间.......................................................................................................... 23 4.7.2 鼓什区间.......................................................................................................... 25 4.7.3 什南区间.......................................................................................................... 26 4.7.4 南中区间.......................................................................................................... 30 4.8

平房结构振动响应监测点位的初步建议 ..................................................... 31

4.8.1 安鼓区间.......................................................................................................... 31 4.8.2 鼓什区间.......................................................................................................... 31 4.8.3 什南区间.......................................................................................................... 32 4.8.4 南中区间.......................................................................................................... 36 4.9

振动监测工作量汇总 ..................................................................................... 38

5 平房结构检测方案 ........................................................................................ 40

5.1 5.2 5.3

结构检测的目的 ............................................................................................. 40 结构检测的对象及范围 ................................................................................. 40 结构检测内容及设备 ..................................................................................... 40

5.3.1 建筑物现状调查.............................................................................................. 40 5.3.2 建筑物现状检测.............................................................................................. 41 5.3.3 材料强度检测.................................................................................................. 42 5.3.4 弹性波传播速度测试...................................................................................... 42

－II－

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1 项目概况

北京地铁8号线二期工程南段部分区间盾构下穿大量古旧平瓦房，穿越段主

要集中于4个区间，分别是安德里北街站～鼓楼大街站区间（以下简称安～鼓区间），鼓楼大街站～什刹海站区间（以下简称鼓～什区间），什刹海站～南锣鼓巷站区间（以下简称什～南区间），南锣鼓巷站～中国美术馆站区间（以下简称南～中区间），线路总长约4.04km。

安～鼓区间出安德里北街站后沿鼓楼外大街南下，至安德路口折向西南，下穿大量古旧平瓦房，向南下穿北护城河，旁穿旧鼓楼桥，下穿既有2号线鼓楼大街站到达旧鼓楼大街，进入鼓楼大街站。安～鼓区间全长876.334米，区间下穿平瓦房段长约203米，占区间总长度的23.2%。

鼓～什区间出明挖段后沿鼓楼外大街南行，途中绕避鼓楼，沿鼓楼西大街折向东南沿地安门内大街南行到达什刹海站，途中正穿或旁穿大量平瓦房，其中一处为文保建筑旧式铺面房。该区间盾构段全长882.722m，区间隧道覆土厚度15.8m～18.4m，下穿及旁穿平瓦房段长度约占区间总长度的70%。

什～南区间出什刹海站后，偏离地安门外大街折向东南方向，掘进至东不压桥胡同时，区间折向东直至南锣鼓巷站。区间沿线下穿大量民房和商铺、北海医院、天意商城、无线电研究所、假日酒店等4-5层楼房及万宁桥、新华书店及太医院3处文保建筑。该区间全长734.5m，左线隧道覆土厚度10.5m～16.6m，右线隧道覆土厚度14.3m～23.1m，下穿平瓦房段约占区间全长的90%。该区间在里程YDK19+731.8～YDK20+231.2范围内，隧道叠落行进，叠落段隧道净距最小为1.95m。其中什～南区间叠落段长度278.6m，包括垂直叠落段72.7m，斜向叠落段205.9m。

南～中区间出南锣鼓巷站后继续沿地安门东大街向东左右线叠落行进，至里程YDK20+418处逐渐分离。线路行进至美术馆后街交界处折向南，至美术馆东街道路下，继续南行至五四大街路口进入中国美术馆站。 区间沿线下穿文保建筑曾格林沁祠和大量古旧平瓦房，旁穿中医院门诊楼、康铭大厦、隆福医院、北京银行等楼房。区间左线隧道覆土厚度14.7m～23.3m，右线隧道覆土厚度16.8m～23.5m。盾构隧道在里程YDK20+239.225～YDK20+418范围内，隧道叠落行进，叠落段隧道净距最小1.95m，叠落段长度约178.8m。

8号线二期南段工程，作为一条穿越北京市中心城中心地区的地铁建设项

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目，相比北京其他线路地铁建设工程，具有诸多显著的工程特点同样也是难点：

（1）盾构隧道长距离续连下穿成片古旧平房群，建设场区地面环境与地下条件复杂，大多不具备地表加固条件，对盾构施工提出极大的挑战；

（2）穿越段古旧平房由于大多建成年代久远，且大部分缺乏必要的修缮维护，结构现状极差，特别是一些文物古建（包括太医院、僧格林沁祠、南锣鼓巷四合院保护街区等），易受下穿盾构施工影响，这些建筑的存在对下穿盾构施工影响控制提出了更高的要求；

（3）目前包括盾构法施工在内的各项暗挖方法都会不同程度地造成开挖体周围土体的扰动和地表变形，对地面的各类建筑造成影响甚至破坏，8号线二期南段平房穿越段工程，沿线房屋大多为居民住宅，一旦施工引起建筑结构破坏，可能将造成较大的经济损失，甚至引起极为不利的社会影响。

（4）盾构施工所下穿的成片古旧平房群也是城市人口密集的地方，盾构推进过程中，其上部建筑或者人们就会受到其所引起的地基或者地表的振动以及由此产生的二次振动的影响，特别会对古、旧建筑物的结构安全带来影响，另外，可能会使人体感到不同程度的不适从而影响人们的身体健康，干扰人们的正常生活，目前已施工的线路已有多起居民反映：盾构施工引起了房屋结构和内部设施的振动问题，影响了其夜间休息。

上述问题的存在，使得8号线二期南段平房穿越段工程相比一般地铁盾构区间工程，具有更大的施工风险和环境影响风险。

在此背景下，开展“复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究”课题研究。本课题针对盾构下穿古旧平房群风险评估技术、施工变形影响分析及控制技术、施工振动影响及隔振减振技术、施工安全监控与反馈机制等进行研究，形成一套适合北京地区特点的盾构长距离下穿古旧平房群关键技术。课题研究目的不仅在于确保8号线南段盾构隧道顺利、安全施工，同时进一步还可以提升北京地铁盾构施工下的环境影响安全控制技术水平。

为了满足课题研究的需求，并在调研现有监测技术、仪器设备以及现场监测实施条件的基础上，初步提出了包括：（1）土的分层沉降监测；（2）地表及建筑物沉降监测；（3）施工振动监测；（4）平房结构检测等在内的现场监测检测方案。

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2 土的分层沉降监测方案

2.1 分层沉降监测目的

根据课题研究目标，开展土的分层沉降监测工作的目的在于：

（1）通过针对不同地层的穿越平房群地铁盾构施工设置深层土体位移监测断面，并随盾构推进过程进行定期监测，取得北京地区盾构施工影响下地层分层沉降的系统、完整的实测数据；

（2）分析盾构施工引起的在不同地层（盾构穿越以粘性土为主地层和以砂、卵砾石为主地层）条件下土体竖向位移的特点及规律；

（3）叠落隧道施工影响下的不同深度土体竖向位移规律； （4）为土体位移数值模拟提供反演分析的条件；

（5）研究实际土层变形规律，并与各类分析方法对比，改进或提出新的地层变形分析模型；

（6）研究盾构施工参数、壁后注浆参数、孔隙水压变化等多种因素对地表沉降及深层土体位移的影响。

2.2 分层沉降监测的对象及范围

土的分层沉降监测的对象包括“复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究”课题所涉及的4个区间，即安～鼓区间、鼓～什区间、什～南区间、南～中区间。

2.3 分层沉降监测设备

为保证分层沉降监测精度要求，本课题拟采用分层沉降标进行分层沉降监测工作。

分层沉降标是埋设在盾构隧道施工影响范围内不同深度的标点。用钻机或洛阳铲在预定位置上钻孔，直至分别达到预计标高；分层沉降标根据隧道上方成层土的分布情况，确定点位数量与标志的埋设深度，随导管埋入钻孔中。

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2.4 分层沉降监测频率及周期

为满足课题需要，分层沉降监测需建立各点竖向变形与隧道施工（L/D，L为隧道掌子面据监测断面水平距离，D为隧道直径）的关系，各区间隧道目前每日正常施工下推进15~20环左右，初步考虑监测频次如表1：

表1 分层沉降建议监测频次 位置 当开挖面到监测断面前后的距离L≤2D时 当开挖面到监测断面前后的距离2D5D时 基本稳定后 注：必要时需要进一步根据监测结果加密监测频次。

频次 3～4次/天 2次／天 1次／天 1次／周 2.5 分层沉降监测点位的初步建议

由于现场环境非常复杂，各类建筑，特别是旧平房密布，因此可选的监测点位非常有限。通过多次现场踏勘选点，目前拟初步在每个区间选一组监测剖面。断面的详细设计、地层以及盾构施工条件详见附图。

2.5.1 安鼓区间

监测点位：旧鼓楼桥旁护城河北侧滨河路上（YDK17+795，即右线隧道563环）。分层沉降标设3组，分别布置于右线隧道中心线正上方及右线隧道两侧各1m位置，见图1。

图1 安鼓区间分层沉降标平面布置方案（图中标绿环点，下同） 该处监测场地安鼓区间盾构隧道设计情况：双线隧道平行布置，右线隧道后

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施工，拱顶埋深约15.0m；施工掌子面地层情况为⑥粉质粘土层、⑥2粉土层、⑦4粉细砂层、⑧9卵石层、⑧粉质粘土层。

该处分层沉降标监测拟针对右线盾构隧道施工影响设计。根据该处场地地层情况，孔口附近地面标高约43.44m，每组分层沉降标监测三个不同深度处的土层沉降，沉降标监测点底部标高分别为38.44m、35.04m、31.24m，即对应埋深约5.0m、8.4m、12.2m，见图2。埋深最深的测点距右线隧道外轮廓约2.7m。

图2 安鼓区间分层沉降标地层情况

2.5.2 鼓什区间

监测点位：鼓楼西大街、鼓楼东大街、地安门外大街丁字路口西南角马凯餐厅院内（YDK18+823.848）。分层沉降标设5组，分别布置于右线隧道中心线正上方及距右线隧道外轮廓两侧各1m、3m的位置，见图3。

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图3 鼓什区间分层沉降标平面布置方案

该处监测场地鼓什区间盾构隧道设计情况：双线隧道平行布置，右线隧道后施工，拱顶埋深约16.7m；施工掌子面地层情况为⑤8卵石层、⑥粉质粘土层、⑧4细砂层。

该处分层沉降标监测拟针对右线盾构隧道施工影响设计。根据该处场地地层情况，孔口附近地面标高约49.41m，每组分层沉降标监测三个不同深度处的土层沉降，沉降标监测点底部标高分别为45.71m、41.01m、35.81m，即对应埋深约3.7m、8.4m、13.6m，见图4。埋深最深的测点距右线隧道外轮廓约3.1m。

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图4 鼓什区间分层沉降标处地层情况

2.5.3 什南区间

监测点位：地安门东大街北侧星海琪假日酒店院内（右线隧道578环）。分层沉降标设2组，分别布置于叠落隧道中心线正上方及隧道外轮廓南侧1m的位置，见图5。

图5 什南区间分层沉降标平面布置方案

该处监测场地什南区间盾构隧道设计情况：双线隧道叠落布置，右线隧道先施工，拱顶埋深约22.8m；左线隧道拱顶埋深约14.6m。

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该处分层沉降标监测拟针对双线盾构隧道施工影响设计。根据该处场地地层情况，孔口附近地面标高约46.79m，每组分层沉降标监测三个不同深度处的土层沉降，沉降标监测点底部标高分别为42.19m、35.09m、27.89m，即对应埋深约4.6m、11.7m、18.9m，见图6。

图6 什南区间分层沉降标地层情况

2.5.4 南中区间

位置待选。

2.6 分层沉降监测工作量汇总

表2 分层沉降监测测点汇总

序号 1 监测对象 安鼓区间 右线隧道 监测断面位置 右线隧道563环 右线隧道2 鼓什区间 右线隧道 YDK18+823.848处 3 4 什南区间 南中区间 －8－

隧道埋深 15.9m 隧道施工地层 以粉土层、粉质粘土层为主 以卵石层为主 以卵石层、粉细砂层为主 以卵石层为主 监测断面点数 3组 16.7m 5组 右线隧道 左线隧道 右线隧道578环 22.8m 14.6m 位置待定 2组 复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

3 地表及建筑物沉降监测方案

以下简称“沉降监测”。

3.1 沉降监测目的

根据课题研究目标，开展地表及建筑物沉降监测工作的目的在于： （1）分析在不同地层及埋深条件下盾构施工引起的地表及建筑物变形特点及规律；

（2）叠落隧道施工影响下的地表及建筑物变形的发展特点及规律； （3）为土体位移数值模拟提供反演分析的条件；

（4）研究盾构隧道施工下的天然地表变形规律，以及建筑物刚度对地表沉降规律的影响。并与现有实际预测方法（例如Peck公式、BGI刚度修正法）进行对比，改进或提出新的变形预测实用方法；

（5）研究盾构施工参数、壁后注浆参数、孔隙水压变化等多种因素对地表沉降的影响。

3.2 沉降监测的对象及范围

地表及建筑物沉降监测的对象以鼓什区间、什南区间和南中区间作为重点监测区间。

3.3 沉降监测设备

本课题采用沉降监测仪器及监测精度详见表3。

表3 沉降监测项目、监测仪器、监测精度

序号 1 2 监测对象 周边环境 监测项目 建（构）筑物沉降监测 道路及地表沉降 监测仪器 水准仪 水准仪 监测精度 1.0mm 1.0mm 3.4 沉降监测频率及周期

为满足课题需要，沉降监测需建立各点竖向变形与隧道施工（L/D，L为隧道掌子面据监测断面水平距离，D为隧道直径）的关系，各区间隧道目前每日正常施工下推进15~20环左右，初步考虑监测频次如表4：

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表4 地表及建筑物沉降监测频次 位置 当开挖面到监测断面前后的距离L≤2D时 当开挖面到监测断面前后的距离2D5D时 基本稳定后 注：必要时需要进一步根据监测结果加密监测频次。

频次 3~4次/天 2次／天 1次／天 1次／周 3.5 沉降监测点位的初步建议 3.5.1 鼓什区间

（1）隧道横向地面监测断面

1）张旺胡同监测剖面（左线隧道80环、右线隧道117环） 监测剖面情况：监测剖面与隧道走向正交，共8个沉降监测点，监测范围为强烈影响区（最远监测点距离隧道外轮廓线约10m），见图7；

隧道情况：双线平行叠落，隧道间距约8.5m。双线隧道穿越地层以粉土地层为主。

图7 鼓什区间地表沉降监测剖面1

2）豆腐池胡同监测剖面（左线隧道144环左右，右线隧道179环） 监测剖面情况：监测剖面与隧道走向正交，共7个沉降监测点（(GS)HT3-1～(GS)HT3-7），监测范围为强烈影响区（最远监测点距离隧道外轮廓线约12m），见图8；

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隧道情况：双线平行叠落，隧道间距约6.0m。双线隧道穿越地层以粉质粘土、粘土地层为主。

图8 鼓什区间地表沉降监测剖面2

（2）建筑物沉降监测点

1）B区段1#、2#和3#房屋（民居）（临近鼓什区间地表监测剖面1，左线隧道80环、右线隧道117环） 选择B区段1#、2#和3#房屋（民居）的监测点（B1-1～B1-3、B2-1～B2-4和B3-1～B3-3）。与鼓什区间地表监测剖面1对应的监测结果进行对比，研究B区段1#、2#和3#房屋对沉降规律的影响。

B区段1#、2#和3#房屋代表安全现状一般的一层砖木房屋，见图9。

图9 B区 2号房 民居 砖木结构 北面 外观尚可 瓦面较好 墙体局部灰缝空蚀

2）B区段37#、38#房屋（民居）（临近鼓什区间地表监测剖面2，左线隧－11－

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道144环左右，右线隧道179环） 选择B区段37#、38#房屋（民居）的监测点（B37-1～B37-4、B38-1～B38-4）。与鼓什区间地表监测剖面2对应的监测结果进行对比，研究B区段37#、38#房屋对沉降规律的影响。

B区段37#、38#房屋代表安全现状一般的一层砌体房屋，见图10。

图10 B区 37号房 西面 门面房 墙体开裂

3.5.2 什南区间

（1）隧道横向地面监测断面

1）东不压桥胡同监测剖面（右线隧道395～400环） 监测剖面情况：监测剖面与隧道走向斜交，共10个沉降监测点（(SN)DB38－1～(SN)DB38－10），监测范围为强烈影响区和显著影响区（最远监测点距离隧道外轮廓线约19.1m），见图11；

隧道情况：双线叠落，左线隧道穿越地层以卵石圆砾为主；右线隧道以粉质粘土为主。

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图11 什南区间地表沉降监测剖面1

2）南锣鼓巷站西侧胡同中的监测剖面（右线隧道603环） 监测剖面情况：剖面与隧道走向正交，共11个沉降监测点（(SN)DB63－1～(SN)DB63－11），监测范围为强烈影响区和显著影响区（最远监测点距离隧道外轮廓线约22.9m），见图12；

图12 什南区间地表沉降监测剖面2

隧道情况：双线隧道叠落布置，右线隧道先建，埋深较深，拱顶埋深约24m；左线隧道埋深较浅，拱顶埋深约16m。右线隧道穿越地层为粉细砂、卵石层；左线隧道穿越地层以卵石、圆砾层为主。

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（2）隧道纵向地面沉降监测断面

选择右线隧道555环～580环范围内，叠落隧道正上方共6个沉降监测点：（(SN)DB54－1、(SN)DB55－1、(SN)DB56－1、(SN)DB57－1、(SN)DB58－1和(SN)DB59－1），建立沿隧道纵向地面监测断面，见图13；

图13 什南区间沿隧道纵向地表沉降监测点

（3）建筑物沉降监测点

选择地表监测剖面附近的建筑物变形监测点，与地面变形监测结果进行对比，研究建筑物对地表沉降规律的影响。

1）A区段54#、57#等房屋（北京市文化艺术人才服务中心）（右线隧道120～140环左右） 选择A区段54#、57#、68#、70#、71#、73#、75#、76#、80#、81#、82#房屋（北京市文化艺术人才服务中心）的监测点（A54-1、A57-1～A57-3、A68-1～A68-3、A70-1～A70-3、A71-1～A71-5、A73-1～A73-2、A76-1～A76-4、A80-1～A80-2、A81-1～A81-2、A82-1～A82-3）,共计28个，研究该类房屋对沉降规律的影响。

北京市文化艺术人才服务中心代表建成时间较长、安全现状一般或较差的一层砖木平房，见图14。

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图14 A区57#房屋北京汇华文众人才服务有限公司办公室

2）C区段51#房屋（成仁华艺艺术馆）（右线隧道310～340环左右） 选择C区段51#房屋（成仁华艺艺术馆）的监测点（JCJ-11-1～JCJ-11-9）,见图15。研究该类房屋对沉降规律的影响。

C区段51#房屋代表建成时间较短（近5年内）、安全现状较好的多层框架结构房屋，见图16。

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图15 C区51#房屋（成仁华艺艺术馆）监测点位（图中蓝色阴影部分，下同）

图16 C区51#房屋（成仁华艺艺术馆）现场照片

3）D区段61、70#房屋（龙海鑫洗浴中心）（右线隧道603环） 选择D区段61、70#房屋（龙海鑫洗浴中心）的监测点（JCJ-15-1～JCJ-15-8）,见图17。与地表监测剖面2对应的监测结果进行对比，研究D区段61、70#房屋对沉降规律的影响。

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D区段61、70#房屋代表建成时间较长（上世纪70年代）、安全现状一般的多层钢混（框架）房屋，见图18。

图17 D区段61、70#房屋（龙海鑫洗浴中心）监测点位

图18 D区段61、70#房屋（龙海鑫洗浴中心）楼房外观

4）太医院（右线隧道290环附近） －17－

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B区段44#房屋（太医院）的监测点（JCJ-10-1～JCJ-10-4、B44-1～B44-5）,见图19。

B区段44#房屋代表建成时间较长（1905年建成）、安全现状较差的一层砖木房屋，见图20。

图19 B区44#房屋（太医院）监测点位

图20 B区44#房屋（太医院）部分木质构件有腐蚀痕迹

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3.5.3 南中区间

剖面位置和监测建筑物待选，特别是选择什南区间中尚未包含的建筑物类型，重点进行房屋沉降监测。

3.6 分层沉降监测工作量汇总

表5 沉降监测测点汇总

序隧道号 区间 1 2 3 4 5 6 监测内容 沿隧道横向地表沉降监鼓什区间 建筑物沉降监测 沿隧道横向地表沉降监测 沿隧道纵向7 8 9 10 11 12 13 南中区间 什南区间 建筑物沉降监测 地表沉降监测 A区段54#、57#等房屋（北京市文化艺术人才服务中心） C区段51#房屋（成仁华艺艺术馆） D区段61、70#房屋（龙海鑫洗浴中心） B区段44#房屋（太医院） 位置待定 28 9 8 9 星海琪假日酒店院内 6 测 豆腐池胡同监测剖面 B区段1#、2#和3#房屋（民居） B区段37#、38#房屋（民居） 东不压桥胡同监测剖面 南锣鼓巷站西侧胡同中的监测剖面 7 10 8 10 11 监测点位置 张旺胡同监测剖面 监测点数 8 备注 （左线隧道80环、右线隧道117环） （左线隧道144环左右，右线隧道179环） 临近鼓什区间地表监测剖面1 临近鼓什区间地表监测剖面2 右线隧道395～400环 右线隧道603环 右线隧道555环～580环 右线隧道120～140环左右 右线隧道310～340环左右 临近鼓什区间地表监测剖面2 右线隧道290环附近 4 盾构施工振动的现场监测方案

4.1 振动监测目的

1）为盾构施工振源的模拟分析提供可靠依据；

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2）了解目前常态下（地面交通等其他因素引起的，盾构施工未影响）地表及平房结构的振动情况；

2）为盾构施工引起的振动在地表的传播规律分析提供可靠依据； 3）为盾构施工引起的古旧平房群的振动响应分析提供可靠依据； 4）为提出老旧平房群容许振动控制标准以及正确评价平房群安全性提供依据；

5）了解盾构施工过程中典型横断面及纵断面的地表响应规律，为盾构施工下穿古旧平房群的施工振动影响分区研究提供依据；

6）为盾构施工振动与地面交通等因素引起的振动相互叠加而产生的古旧平房群的动力反应分析提供依据。

4.2 振动监测的对象及范围

各区间监测涉及到的主要对象为盾构、沿线平房结构和地质体。平房结构监测对象包括工程沿线大量老旧平瓦房及古文物建筑等。地质体监测对象主要为工程沿线周围地表土体。

盾构法施工隧道，工程安全等级为一级，根据设计文件，结合周边环境特点及以往工程、研究经验，确定施工振动监测范围为地铁隧道结构轴线两侧各30m的范围。

4.3 振动监测作业方法

（1）盾构施工振动振源监测

根据盾构施工作业面的典型性，在盾构机的典型部位设置振动监测点，测试盾构机在施工过程中产生的振动情况，以获得较为可靠的振源数据。

（2）平房结构、地表的振动响应监测

振动响应监测点的布置应针对典型断面及典型老旧平房结构特别是文物保护单位等敏感单位设点，对于建筑物的监测，测量点可置于建筑物典型结构构件振动敏感处或其0.5m以内：测砖石结构的振动响应，测点应沿两个主轴方向分别布置在承重结构的最高处；测木结构的振动响应，测点应布置在两个主轴中跨的顶层柱顶。测点布置同时考虑以下影响因素：沿线的场地岩土类别；工作断面

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形式及线路平面形状；测线工作断面的埋置深度及测点至隧道中心的水平距离；工作断面老旧平房群情况；断面城市主干道路及其他交通的影响；等等。

建筑物振动响应的测试应符合下列要求：测试仪器应满足低频、微幅的要求，其低频起始频率不应高于0.5Hz，测振系统的分辨率不应低于10-6m/s；测试仪器应在标准振动台上进行系统灵敏度系数的标定，并给出灵敏度系数随频率的变化曲线；传感器应牢固固定在被测结构构件上；测线电缆应与结构构件固定在一起，不得悬空；测试时应详细记录测试日期、周边环境、风向风速、测试次数、记录时间、测试方向、测点位置、各测点对应的通道号、传感器编号、放大倍数以及标定值、各通道的记录情况等。

根据《城市区域环境振动标准》（GB10071-88）（有相关新规范征求意见稿，内容变化不大），并考虑以上要求及影响因素，选定典型断面（涉及地表和平房结构两个方面），每次布设5个测点，尽管GB10070-88中只规定以铅垂向振动作为环境振动的评价和控制标准，为了对盾构施工引起的环境振动有全面的认识，对两个水平方向的振动也进行测量。另外对于典型建筑例如古文物建筑可单独设置监测点。

4.4 振动监测设备

现场振动监测设备拟采用941B（新）型速度和位移传感器（国家地震局工程力学研究所研制）、INV3060A24位网络分布式采集分析仪（中国东方振动和噪声技术研究所制）、高性能笔记本电脑（数据采集处理）等，检测数据处理与分析采用北京东方振动及噪声研究所编制的DASP-V10工程版平台软件，具体的仪器配置、型号、性能及数量等如表6所示。

表6 DASP监测系统配置方案 No. 仪器型号 仪器名称 仪器说明 基本信号分析全部功能（含壹只软件狗）:数据采集（含网络采集控制）、时域分析和自谱FFT分析功能，其中包含了INV高精度频率计、INV高精度1 DASP-V10工程版 工程版平台软件 幅值计等领先技术； AVD三测量和虚拟扩展通道技术、变时基采样、波形编辑和滤波、倍频程谱CPB分析、波形公式运算、波形全景分析等内容；概率、自相关、互相关、X-Y图、互谱、传函、三维谱阵、长数据LFFT、幅域统计等分析模块。 2 INV3060A 24位网络分布式采集最高采样频率：每路51.2kHz； A/D分辨率：24位；并行通道数目：16；并行通道一致性：幅值1 1 数量 －21－

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仪 0.05dB,相位0.1度；动态范围：120dB（典型值），110dB（保证值）；输入噪声：0.03mVrms @±10V量程；输入量程：±10V或±60V可选； 抗混叠滤波：256倍过采样＋数字滤波，外加8阶模拟抗混叠滤波器，总衰减陡度：超过-300 dB/oct； 总谐波失真：<0.02%；输入方式：电压DC、电压AC、ICP；采集深度：连续海量，仅受硬盘和系统限制；接口：网络接口，即插即用，支持热插拔 超低频或低频振动测量的多功能仪器，主要用于地3 941B（V）速度和位移垂直型 传感器 面和结构物的脉动测量，超低频大幅度测量和微弱振动测量，频率范围：0.17~100HZ，4档灵敏度，可直接测量加速度和速度信号 超低频或低频振动测量的多功能仪器，主要用于地4 941B（H）速度和位移水平型 传感器 普通屏蔽电缆线 面和结构物的脉动测量，超低频大幅度测量和微弱振动测量，频率范围：0.17~100HZ，4档灵敏度，可直接测量加速度和速度信号 5 6 GLN-28NC 普通2芯屏蔽电缆线，两头BNC接头 特制，铝合金，INV硬件用 450(m) 1 10 5 INV-BOX 仪器专用箱 4.5 振动监测的频率及时长

为满足课题需要，振动监测应建立各点振动响应与隧道施工的关系，各区间隧道目前每日正常施工下推进15~20环左右，初步考虑监测频率及时长如表7所示（L为隧道掌子面据监测断面水平距离）：

表7 振动响应开始监测的位置及时长 开始监测的位置 当开挖面到监测断面前后的距离L=24m(20环)时 当开挖面到监测断面前后的距离L=12m(10环)时 当开挖面到监测断面前后的距离L=6m(5环)时 当开挖面到监测断面前后的距离L=2.4m(2环)时 当开挖面到监测断面前后的距离L=1.2m(1环)时 当开挖面到监测断面的距离L=0m(0环)时 工过程。

监测时长 2小时 2小时 2小时 2小时 2小时 2小时 注：监测频率及时长可根据现场实际情况进行适当调整，每次监测时长应包含一环完整的施

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4.6 盾构施工振动振源（洞内）监测点位的初步建议 4.6.1 安鼓区间

盾构施工振源监测点所在的作业面位置及具体的仪器安放部位视现场条件而定。

4.6.2 鼓什区间

盾构施工振源监测点所在的作业面位置及具体的仪器安放部位视现场条件而定。

4.6.3 什南区间

盾构施工振源监测点所在的作业面位置及具体的仪器安放部位视现场条件而定。

4.6.4 南中区间

盾构施工振源监测点所在的作业面位置及具体的仪器安放部位视现场条件而定。

4.7 地面振动响应监测点位的初步建议 4.7.1 安鼓区间

区间穿越的地层主要为⑥粉质粘土层、⑥1粘土层、⑥2粉土层、⑦4粉细砂砂、⑧2粉土层。粉质粘土层：33.3%，粉土层：21%，细粉砂层：46%。地面振动响应的典型监测断面布置在右线YDK17+620左右，右线隧道埋深约18m，施工作业面为复合地层，从上到下依次为粉质粘土、粉细砂、卵石、粉质粘土，其中粉细砂和卵石层占作业面的50%左右。

监测点布置，以右线隧道正上方为起始测点，垂直于隧道方向共设五个测点，间距分别为5m，5m，10m，10m。监测点布置及地层断面如图21和图22所示。

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图21 监测点布置

图22 监测断面地层情况

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4.7.2 鼓什区间

区间穿越的地层主要为⑤9卵石圆砾层、⑥粉质粘土层、 ⑥1粘土层、⑥2粉土层、⑧4 细砂粉砂、⑧9卵石层、 ⑥4中砂细砂层。粉质粘土层：26.8%，卵石圆砾层：16.4%，粉土层：43.2%，粘土层：3.4%。地面振动响应的典型监测断面布置在右线YDK18+920左右，位于大石碑胡同内部，右线隧道埋深约15m，施工作业面为复合地层，从上到下依次为卵石、粉质粘土，其中卵石层占作业面的60%左右。

监测点布置，以右线隧道正上方为起始测点，垂直于隧道方向共设五个测点，间距分别为5m，5m，10m，10m。监测点布置及地层断面如图23和图24所示。

图23 监测点布置

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图24 监测断面地层情况

4.7.3 什南区间

区间穿越的地层主要为⑤9卵石圆砾层、⑥粉质粘土层、 ⑥1粘土层、⑥2粉土层、⑧4 细砂粉砂、⑧9卵石层、 ⑥4中砂细砂层。粉土层：35%，粉质粘土层：29.5%，卵石圆砾层：12%，卵石层：8.4%。

1）天汇大院

隧道左线埋深约16m，施工作业面为复合地层，从上到下依次为：卵石、粉土、粘土。其中卵石层占作业面的50%左右。

监测点布置，以左线隧道正上方为起始测点，垂直于隧道方向共设五个测点，间距分别为5m，5m，10m，10m。监测点布置及地层断面如图25和图26所示。

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图25 监测点布置

图26 监测断面地层情况

2）五中分校

隧道转弯，双线曲率不同，即将进入叠落，左线隧道埋深约14.0m，施工作业面为复合地层，从上到下依次为卵石、中砂细砂、粉土。其中卵石和中细砂占作业面的75%左右。

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监测点布置，以左线隧道正上方为起始测点，垂直于隧道方向共设五个测点，间距分别为5m，5m，10m，10m。监测点布置及地层断面如图27和图28所示。

图27 监测点布置

图28 监测断面地层情况

3）巴国布衣风味酒楼

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与星海琪同院，盾构叠落段旁穿，约在550~602环，隧道埋深约为14.0m。施工作业面为复合地层，从上到下依次为卵石、粉质粘土。其中卵石层占作业面的90%左右。

监测点布置，以左线隧道正上方为起始测点，垂直于隧道方向共设五个测点，间距分别为5m，5m，10m，10m。监测点布置及地层断面如图29和图30所示。

图29 监测点布置

图30 监测断面地层情况

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4.7.4 南中区间

区间穿越的地层主要为⑤9卵石圆砾层、⑥粉质粘土层、 ⑥1粘土层、⑥2粉土层、⑧4 细砂粉砂、⑧9卵石层、 ⑥4中砂细砂层。粉质粘土层：24.7%，细砂粉砂层：26.1%，卵石层：28.2%，粉土层：17.4%。地面振动响应的典型监测断面布置在北京市地毯研究所，右线隧道埋深约20m，施工作业面为复合地层，从上到下依次为粉质粘土、粉细砂、卵石。其中卵石层和砂层约占工作面的40%左右。

监测点布置，以右线隧道正上方为起始测点，垂直于隧道方向共设五个测点，间距分别为5m，5m，10m，10m。监测点布置及地层断面如图31和图32所示。

图31 监测点布置图

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图32 监测断面地层情况

4.8 平房结构振动响应监测点位的初步建议 4.8.1 安鼓区间

平房振动响应的典型断面监测布置根据现场具体情况进行选择。初步拟定选择一个典型断面（由五个测点组成），选择的原则为：尽量与地表响应监测断面接近，监测的平房结构具有代表性。

4.8.2 鼓什区间

平房振动响应的典型断面监测布置根据现场具体情况进行选择。初步拟定选择一个典型断面（由五个测点组成），选择的原则为：尽量与地表响应监测断面接近，监测的平房结构具有代表性。

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4.8.3 什南区间

平房振动响应的典型断面监测布置根据现场具体情况进行选择。选择的原则为：尽量与地表响应监测断面接近，监测的平房结构具有代表性。初步拟选断面：

1）天汇大院

（受监测条件限制，其房屋振动响应监测视现场情况确定，主要以老旧危房监测为主，布置1-2个测点）

2）北京市文化艺术人才服务中心

与天汇大院相距不远，地层和施工条件接近，在左线隧道ZDK19+450左右，隧道埋深约16m，施工作业面为复合地层，从上到下依次为卵石、粉细砂、粉质粘土，其中卵石层和粉细砂层占作业面的65%左右。初步拟定选择一个典型断面（由五个测点组成）进行平房振动响应监测，房屋分布及地层情况如图33和图34所示。

图33 房屋分布情况

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图34 监测断面地层情况

3）五中分校

初步拟定选择一个典型断面（由五个测点组成）进行平房振动响应监测。房屋分布如图35所示。

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图35 房屋分布情况

4）太医院

双线隧道转弯，双线曲率不同，即将进入叠落，盾构下穿，260~308环左右，隧道埋深为11.5m左右，盾构斜向下穿该建筑，该建筑全部为砖木结构，年代久远，属危旧建筑，左线区间距离建筑底部竖向距离10m以上。左线穿越土层以卵石层为主，有少量中砂细砂。此区域主要是对古文物建筑的振动响应情况进行监测（布置1-2个测点）。房屋分布及地层情况如图36和图37所示。

图36 房屋分布情况

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图37 监测断面地层情况

5）巴国布衣风味酒楼

初步拟定选择一个典型断面（由五个测点组成）进行平房振动响应监测。房屋分布如图38所示。

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图38 房屋分布情况

4.8.4 南中区间

平房振动响应的典型断面监测布置根据现场具体情况进行选择。初步拟定选择一个典型断面（由五个测点组成），选择的原则为：尽量与地表响应监测断面接近，监测的平房结构具有代表性。

另外，在曾格林沁祠设置1-2个测点，对古文物建筑的振动响应情况进行监测。房屋分布及地层情况如图39和图40所示。盾构即将推离叠落段，并旁穿建筑物，左线隧道埋深约为15.0m。施工作业面为复合地层，从上到下依次为卵石、粉质粘土。其中卵石层约占工作面的70%左右。

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图39 房屋分布情况

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图40 监测断面地层情况

4.9 振动监测工作量汇总

以上提出了研究域内（四个区间）初步拟定的监测对象，振动监测典型断面及测点的布置，在满足课题研究内容需求的基础上，充分考了：沿线的场地岩土类别，特别注重作业断面地层条件的典型性（例如较硬地层主要是指卵石和砂层占作业面的比例，从40%到90%不等）；监测工作断面的施工条件主要是埋置深度（隧道埋深从11m到20m不等）；监测工作断面老旧平房群的情况及其代表性（主要涉及房屋的结构类型、修建年代等等），特别针对文物保护建筑进行布点监测；断面城市主干道路及其他交通的影响；等等。综上所述，各区间监测对象、项目及监测工作量如表8所示。

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表8 各区间测对象、项目及监测工作量 监测现场情况 序号 监测对象 监测项目 测点数 隧道埋深 （m） 1 2 安鼓区间 3 4 5 鼓什区间 6 7 8 9 10 11 什南区间 12 13 14 15 16 17 18 19 南中区间 平房 平房 (曾格林沁祠) 断面振动响应 测点振动响应 5 1-2 15.0 盾构机 地表 平房 盾构机 地表 平房 盾构机 地表 (天汇大院) 地表 (五中分校) 振源振动 断面振动响应 断面振动响应 振源振动 断面振动响应 断面振动响应 振源振动 断面振动响应 断面振动响应 1 5 18.0 5 1 5 5 1 5 5 5 1-2 5 5 1-2 5 1 5 15.0 待定 16.0 14.0 14.0 16.0 16.0 14.0 11.5 14.0 待定 20.0 待定 待定 作业面地层 （自上而下） 待定 粉质粘土、粉细砂、卵石、粉质粘土，其中粉细砂和卵石层占50%左右 待定 卵石、粉质粘土，其中卵石层占作业面的60%左右 待定 卵石、粉土、粘土，其中卵石层占作业面的50%左右 卵石、中砂细砂、粉土，其中卵石和中细砂占作业面的75%左右 卵石、粉质粘土，其中卵石层占作业面的90%左右 卵石、粉土、粘土，其中卵石层占作业面的50%左右 卵石、粉质粘土，其中卵石层和粉细砂层占65%左右 卵石、中砂细砂、粉土，其中卵石和中细砂占75%左右 以卵石层为主，有少量中砂细砂 卵石、粉质粘土，其中卵石层占90%左右 待定 粉质粘土、粉细砂、卵石，其中卵石层和砂层约占40%左右 卵石、粉质粘土。其中卵石层约占70%左右 地表 断面振动响应 (巴国布衣酒楼) 平房 (天汇大院) 测点振动响应 平房 (北京文化人才断面振动响应 服务中心) 平房 (五中分校) 断面振动响应 平房 测点振动响应 (太医院) 平房 断面振动响应 (巴国布衣酒楼) 盾构机 地表 振源振动 断面振动响应 注：1.考虑根据施工进度及现场条件，设置监测试验段；

2.根据平房振动响应典型监测断面（点）的布置，选择相应的平房结构进行弹性波传播测试。

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复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

5 平房结构检测方案

5.1 结构检测的目的

本项工作立足于为“复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究”课题研究提供支持。其中，结构检测工作的目的和意义在于：

（1）通过针对盾构施工前后的建筑结构检测、评估，研究施工对房屋影响； （2）根据影响分析和结构归类，确定盾构施工影响范围和房屋变形控制指标。

（3）通过对平房结构的弹性波速测试，为提出老旧平房群容许振动控制标准以及正确评价平房群安全性提供依据；

5.2 结构检测的对象及范围

研究区内房屋数量众多，若针对所有房屋进行结构评估，并不现实，也不经济。

在4条区间前期房屋调查、评估的基础上，本课题拟以什南区间为研究重点，进一步从房屋结构形式、房屋层数、建筑年代和使用功能进行区分，对房屋进行分类，并挑选部分房屋进行盾构施工前后的结构检测、评估。

5.3 结构检测内容及设备 5.3.1 建筑物现状调查

（1）建筑物基本情况调查

建筑物基本情况调查包括调查建筑物的名称和用途、使用单位与管理单位；建筑物的建造历史、竣工时间，使用环境、工作条件及改造历史等；收集建筑物的相关图纸资料。

以上内容通过查阅资料、走访相关人员等方法完成。 （2）建筑物现状图纸绘制

现场调查建筑物平面、立面尺寸，层数、层高，底层标高，地下室情况等，并根据以上调查结果绘制建筑物现状图纸。

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复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

使用仪器：经纬仪，激光测距仪等。

检测依据：《工程测量规范》（GB 50026－2007）。

5.3.2 建筑物现状检测

（1）结构外观状况检查

在条件许可的情况下对所有构件的外观状况进行全面检查，依据《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344－2004），根据外观检查结果，将结构构件进行分类。对变形大、有损伤等存在质量缺陷和耐久性问题的构件进行有针对性的检测。

对混凝土构件检查钢筋锈蚀、裂缝、缺陷、变形、损伤等外观质量；对砌体构件检查风化、腐蚀、松动、外闪、砌筑质量、表面平整度等情况，特别是查清结构裂缝的分布、类型、开展的情况，及其对结构安全度的影响。

使用仪器：裂缝显微镜、工程检测尺、水准仪、激光测距仪等。 检测依据：《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292－1999），《工程测量规范》（GB50026－2007）、《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344－2004）等。

（2）结构体系检查

现场检查结构型式、结构构件基本尺寸、高宽比、跨度、承重构件和抗侧力构件的布置、主要传力途径、楼屋面结构型式及荷载情况等，确定检测鉴定的重点部位。

使用仪器：经纬仪，激光测距仪。

检测依据：《工程测量规范》（GB 50026－2007）、《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344－2004）等。

（3）建筑物垂直度检测

对建筑物上部结构的整体和层间垂直度进行检查，了解建筑物上述结构目前是否有倾斜。

使用仪器：激光垂准仪、经纬仪及全自动全站仪等。

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复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

检测依据：《工程测量规范》（GB 50026－2007）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8－2007）等。

（4）主要构件截面尺寸检测

对混凝土构件、砌筑墙体等主要构件的截面尺寸进行检测，并绘制相应图表。

使用仪器：钢卷尺、卡尺、超声测厚仪等。

检测依据：《工程测量规范》（GB 50026－2007）等。

5.3.3 材料强度检测

（1）砖墙材料强度检测

砖墙材料强度检测包括砖和砂浆强度检测，砖强度检测采用回弹法，砂浆强度检测采用回弹法和点荷法进行检测。

使用仪器：砖回弹仪、砂浆回弹仪、点荷仪。

检测依据：《砌体工程现场检测技术标准》(GB/T50315－2000)。 （2）混凝土强度检测

本项检测适用于钢筋混凝土结构。

采用回弹法对混凝土强度进行检测，必要时采用取芯法进行修正。 使用仪器：混凝土回弹仪，混凝土取芯机。

检测依据：《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23－2001）、《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS 03:88）等。

5.3.4 弹性波传播速度测试

针对房屋结构进行弹性波的传播速度测试：

采用平测法测试（即发射换能器和接收换能器均布置在构件同一平面内）；测点处的表面宜清洁、平整；采用纵波换能器，换能器和测点表面间用黄油耦合；用钢卷尺测量发射换能器和接收换能器两者中心的距离（以下简称测距），记录

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复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

数据应精确到1mm；

木结构的弹性波传播速度测试尚应符合下列规定：测试柱子和主梁的顺纹纵波传播速度；测点应布置在靠近柱底、主梁两端和跨中以及柱和主梁上有木节、裂缝、腐朽和虫蛀处；布置测点的柱子(包括金柱、檐柱和廊柱)和主梁分别不应少于其总数的20%；测距宜选择400-600mm。砖石结构的弹性波传播速度测试尚应符合下列规定：测试砖石砌体的纵波传播速度；测点应布置在承重墙底部和拱顶以及风化、开裂、鼓凸处；每层测点不应少于10；测距宜选择200~250mm。

使用仪器：非金属超声检测分析仪，其声时测读精度不低于0.1。 检测依据：《古建筑防工业振动技术规范》（GBT50452-2008）。

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复杂地层环境条件下盾构长距离下穿古旧平房群关键技术研究

数据应精确到1mm；

木结构的弹性波传播速度测试尚应符合下列规定：测试柱子和主梁的顺纹纵波传播速度；测点应布置在靠近柱底、主梁两端和跨中以及柱和主梁上有木节、裂缝、腐朽和虫蛀处；布置测点的柱子(包括金柱、檐柱和廊柱)和主梁分别不应少于其总数的20%；测距宜选择400-600mm。砖石结构的弹性波传播速度测试尚应符合下列规定：测试砖石砌体的纵波传播速度；测点应布置在承重墙底部和拱顶以及风化、开裂、鼓凸处；每层测点不应少于10；测距宜选择200~250mm。

使用仪器：非金属超声检测分析仪，其声时测读精度不低于0.1。 检测依据：《古建筑防工业振动技术规范》（GBT50452-2008）。

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