中铁十九局集团有限公司 三阳广场站～南禅寺站区间隧道联络通道冻结加固工程
7 信息化施工监测
应用人工制冷技术冻结加固联络通道周围的土体，使之发展为封闭的冻土结构，为联络通道的正常施工创造一个可靠的维护结构。在整个施工过程中，包括从冻结开始到掘进以及永久支护结构形成的整个时期，冻结土体的热力学性质经历了剧烈的变化，并由此对施工环境产生影响。若干重要参数的现场监测，为适时掌握和控制施工过程提供了依据，是工程安全的重要保证。现场聘请在上海具有监测业绩和良好信誉的第三方监测。
7.1监测内容
7.1.1 钻孔施工监测内容： ⑴ 钻孔长度 ⑵ 铺设冻结管长度 ⑶ 冻结管偏斜
⑷ 冻结器打压值及稳压时间 ⑸ 供液管铺设长度 ⑹ 焊缝的宽度及强度
7.1.2 冻结系统监测内容： ⑴ 冻结器去回路盐水温度 ⑵ 冷却循环水进出水温度 ⑶ 冷冻机吸排气温度 ⑷ 盐水泵工作压力 ⑸ 冷冻机吸排气压力 ⑹ 制冷系统冷凝压力 ⑺ 制冷系统汽化压力
7.1.3 冻结壁监测内容： ⑴ 冻结帷幕内外侧测温孔温度 ⑵ 冻结帷幕断面内卸压孔内温度变化
⑶ 开挖后冻结帷幕温度 ⑷ 冻胀压力监测 1) 冻结帷幕冻胀压力 2) 冻结帷幕对管片的冻胀压力 3) 冻结帷幕断面内卸压孔压力变化
- 32 -
中铁十九局集团有限公司 三阳广场站～南禅寺站区间隧道联络通道冻结加固工程
⑸ 冻土的发展速度及冻结帷幕的平均温度 ⑹ 冻土向内、外扩展范围
7.1.4 支护结构及构筑物变形的监测 7.1.5 隧道变形监测 7.1.6 地面变形监测
7.2 监测方法、手段及说明
7.2.1 冻结孔监测
冻结孔偏斜的监测使用水准仪、经纬仪进行。冻结器密封性能的监测采用管内注水，手动试压泵加压的方法试漏，试漏程序及指标符合冻结管设计要求，每孔监测一次。
7.2.2 温度监测 ⑴ 测点布置 1) 测温孔布置
为了及时掌握冻结帷幕的发展状况，在冻结帷幕的内部和周围布置6个测温孔。具体施工时根据现场情况，作适当调整。
2) 其它温度测点布置
盐水系统使用电脑测温仪测量。在去、回路盐水干管上安装热电偶传感器测量去、回路盐水温度。在关键冻结管头部焊测温插座，安装热电偶温度传感器测量盐水回路温度。冻结系统总流量在开冻时测量，其它温度与流量监测每天1次。
⑵ 测试系统
制冷系统和冷却水循环以及冻结帷幕温度使用点温仪并结合精密水银温度计监测，监测频率每天1次。
冻结帷幕温度监测使用电脑自动监测系统。硬件由计算机、调制解调器、光电隔离器、数据采集器、传感器及打印机等组成。
7.2.3 压力监测
压力监测内容为冻土帷幕内冻胀压力、冻土帷幕对管片的冻胀压力和冻结帷幕断面内水文卸压孔压力变化。
冻土帷幕内冻胀压力采用在卸压孔上安装压力表的方法进行监测。
制冷系统和盐水系统的工作压力安装氨用压力表和通用压力表测量，监测频率为每天一次。
冻胀压力监测在冻结开始后，每两天监测一次，当压力开始上升时，每天监测一次，压
- 33 -
中铁十九局集团有限公司 三阳广场站～南禅寺站区间隧道联络通道冻结加固工程
力达到0.4MPa以上时，开始进行卸压。
7.2.4 位移监测
隧道内各测点的位移监测，使用全站仪，开挖工作面帮壁位移量测使用收敛仪，钢尺、水准仪、经纬仪。
位移监测频率：隧道内每天1～2次；必要时，随时跟踪监测。 开挖工作面：每个循环一次，必要时，随时跟踪监测。 7.2.5 盐水流量测量
盐水流量监测采用涡街式流量计，二次仪表（流量积算仪）具有压力、温度自动补偿、显示瞬时流量和累计流量功能，并配有RS422标准接口，将数据传至计算机。系统框图见图10。
涡街流量计 电缆
流 量 积 算 仪
电话线
计 算 机
图7-1 流量测量系统框图
冻结站盐水流量测量采用涡街原理。在流体中插入柱状物体时，在柱状物体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，旋涡在柱状物体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质的平均流速为v，柱状物体迎流面宽度为d，管道直径为D，即可得到下列关系式：
f=V/{ Sr (1-1.25d/D)2d}
式中：Sr —为斯特罗哈尔数。
斯特罗哈尔数Ｓr与雷诺数Ｒe之间当雷诺数在2χ104～2χ107之间时呈直线关系，斯特罗哈尔数Ｓr为常数,旋涡的发生频率与流速成正比，并且不受流体的密度、温度、粘度等参数的影响，因此，只要知道了斯特罗哈尔数，通过检测旋涡的发生频率，就可以准确地测量流量。涡街流量计的原理及结构决定了其有如下特点：
⑴ 检测元件不接触流体，可靠性高，?介质适应性强。 ⑵ 流量计的流量系数与介质的温度、密度、?粘度等参数无关。 ⑶ 无可动部件，耐腐蚀，结构牢固、简单。 ⑷ 脉冲信号输出，抗电磁干扰能力强。 ⑸ 测量范围宽，准确度高。 7.2.6 隧道变形监测
隧道变形监测包括隧道管片的的水平及垂直方向的变形监测。
- 34 -
中铁十九局集团有限公司 三阳广场站～南禅寺站区间隧道联络通道冻结加固工程
⑴ 基准点布设：在联络通道40m以外的稳定区域分别布设水平位移检测基准点和两个垂直基准点（其中一个作为复合点）。 如图7-2所示。
⑵ 位移测点布设：在通道两侧20m范围内对隧道水平及垂直方向的管片变形进行监测，测点间距为2m，测点用道钉打入环片内固牢。
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9
C1 C2 C3 C4
SJ1 HJ1 HJ2 C6
C5
C7
C8 C9
W10 C10
SJ2
图7-2 隧道变形测点布置图
所用的仪器设备：
LEICA NA2 型水准仪及附设 精度：±0.3mm/Km J2型经纬仪 精度：测角±2″
特制直尺；长度8m 精度：±0.5mm ⑶ 测量方法
隧道内各测点的位移监测，使用电子经纬仪结合水准仪。
1) 水平位移检测方法：将经纬仪安置在基准点上，用视准直线法测量各测点到视准线的距离，以开工前两次测量的平均值作为起始初值，以后每次的测量值与之比较得到本次位移量和累积位移量。
2) 隧道管片垂直位移的测量方法：将特制的长6m的直尺分别置于同一环片上、下两测点上，用水准仪分别读取两次读数，相加即为直径，同样以开工前两次测量的平均值为初值，以后测量的结果与初值比较计算出竖径的变化量。
7.2.7 地表沉降监测
⑴ 测点布设，如图7-3所示。联络通道上方有一根直径为600mm的排水管，根据施工现场实际情况，加强对排水管区域地面沉降监测。
- 35 -
中铁十九局集团有限公司 三阳广场站～南禅寺站区间隧道联络通道冻结加固工程
O为监测点
图7-3 地面变形监测点布置示意图
⑵ 仪器设备
LEICA NA2 型水准仪及附设 精度：±0.3mm/Km ⑶ 测量方法
沉降监测从水准控制点出发按三、四等水准测量要求测量各监测点的高程，测量闭合差小于±0.5mm3N（N为测站数）。前后两次测量值之差为本次沉降变化量，测量值与初值之差为累计沉降变化量。
7.2.8 温度传感器布置
一个联络通道内共布置8个测温孔，分别布置于冻结站侧和其对侧隧道内，用于测量冻结温度场。在每一孔内布置3～4个测点，从孔口向内每间隔一定距离布置一个测点，测温孔布置见冻结孔布置图。
测温传感器为230.5mm的铜—康铜双绞线，型号CWR—2型。 7.2.9 几点说明
⑴ 位移的监测工作在冻结孔施工前，建立监测原始基准数据，冻结孔施工时，开始第一天监测，直至冻结帷幕融化后。
⑵ 冻结系统及冻结壁的温度等指数监测，自冻结运转开始，直至冻结停冻。 ⑶ 测温孔温度监测，冻结开机后每天监测一次。
⑷ 监测的各种数据及时反馈到项目部总工程师和生产技术部进行分析处理，以便指导施工，采取措施。
- 36 -