盾构法地铁区间施工监测

盾构法地铁区间施工监测

曾仲钧

曾仲钧

深圳高速工程检测有限公司广东深圳518017

摘要：本文主要介绍深圳地铁轨道7号线沙尾站—石厦站区间盾构法施工监测过程及方法，并通过对区间下穿重要建筑物区域地表沉降、建筑物沉降的监测数据计算分析，得出其变形规律。

关键词：地铁；盾构法；施工监测

1盾构隧道施工监测内容

在盾构法隧道施工期间，首先应根据隧道主体的埋置深度、工程地质条件等选择变形监测的内容。盾构法隧道施工监测主要对象及其项目见表1。

表1监测项目表

1.1沉降监测观测点布设

对建（构）筑物进行沉降监测，首先必须在施工场地影响范围外，选取稳定可用的沉降基准点，建立水准控制网及固定观测路线，获得准确可靠的监测起算数据。具体要求：

1）地表沉降监测点：利用钻孔机械在地而钻孔至规定深度，并在孔中埋设预制钢筋，通过填充细沙等材料进行夯实，防止设置好的监测点位移动变形。

2）建筑物沉降监测的标志应选用专业机械进行加工，立尺部位需有较明显的突出点，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料进行防腐处理。

3）地下管线监测点布设：地下管线如设置有检查井，则可直接把监测点布设在井下管线上或管线承载体上；由于地质等其他外界条件的影响，没有设置检查井且无法开挖的管线，应在地表埋设间接的沉降观测点。

4）仪器使用经国家批准的计量检定部门检定并取得检定合格证书的仪器。

1.2裂缝监测

建（构）筑物上出现裂缝是一种较常见的安全隐患，各种裂缝由于形成的原因不同，产生的危害也不一致。多数裂缝发展初期主要是对建（构）筑物的整体性有一定影响，随着施工荷载的增加，裂缝也将不断加大，此时的裂缝能引起建（构）筑物的结构性破坏。因此，为保证建（构）筑物施工期间及投入运营后的安全，应对裂缝的现状及发展状况进行实时监测。

1.3隧道管片水平收敛监测

在盾构隧道施工监测时，应每隔10m设置一个监测断面，对隧道管片的水平收敛情况进行监测。一般情况下，每个断面布置3个收敛观测点，且在监测主断面处需增设2个，测定埋设采用微型钻机成孔。

2监测频率

通常情况下，要求盾构隧道的施工监测频率在真实反映其变形发展过程的同时，又能对隧道的每个变形进行有效监测。因此，盾构隧道的监测频率需根据变形监测的目的及变形的速度、大小而定。

若在施工过程中遇到紧急情况，需增加监测的频率，以保证施工过程的安全可靠。变形监测点的变形速率或累积变形量达到设计允许变形控制值时，变形监测频率应增加为1次/d；如果危险情况较紧急，其变形监测频率应改为1次/4h；险情一旦发展为安全事故，则应用自动化监测设备对危险点进行持续不间断的监测，如表2所示。

表2盾构隧道监测项目量测频率

3监测数据处理

通过对监测点进行定期观测，可获得现场实测的变形数据，利用天宝DINI03及徕卡DNA03对监测数据进行平差计算，确认数据的正确性后再输入数据处理系统。数据库不仅要保存经计算处理的数据，还必须保存原始观测数据。

3.1地表沉降监测结果及分析

3.1.1横向地表沉降

通过计算横向地表的实测数据可知，在隧道施工过程中，盾构机单线掘进的沉降曲线是沿中心轴线对称分布，曲线图呈正态分布。选取隧道盾构区间先行左线掘进的3个典型沉降槽进行分析研究，见图1。

图1沙石区间左线横向地表沉降分布曲线

选取盾构机始发端监测断面AD026。在盾构机的始发端，土体对隧道的压力不断变化，不能达到平衡状态，且隧道的埋深较浅，盾构机掘进时对地表扰动明显，地表沉降变形严重。通过设置合理的参数，土体损失在可控范围内，从图1中可看出，监测断面的最大沉降为一17mm，表明采用盾构机进行隧道施工始发成功。

根据类似的掘进参数设置方法，结合地质条件等外界环境的分析，如AD096穿越粉质粘土层，而AD116穿越可塑状粉质粘土层，可得变形监测的断而AD096和AD116的沉降变形数值，如图1所示：AD096最大沉降变形约为一16mm，AD116中心沉降变形量仅一6mm左右。

通过对盾构隧道掘进的3个典型断面的实时监测及数据分析，可得以下结论：

1）采用盾构法进行隧道施工时，盾构机穿越的地质条件等外界环境的差别，与地表变形密切相关。当地质条件较差时，盾构通过对地表的扰动较大，反之则引起的地表沉降变形量较小；

2）盾构法施工中，对地表的影响主要集中在隧道中线轴线的5~7m范围，且沉降变形曲线沿隧道的中心轴线呈对称分布，最大沉降量为中心轴线处。

3.1.2纵向地表沉降

对盾构隧道所有变形断面的监测数据进行分析计算，可获得较为普遍的沉降变形曲线图。表3为ZDK16+242（盾构始发端）监测数据。

表3ZDK16+242中线上测点地表沉降量表

图2区间ZDK16+242地表沉降曲线图

分析变形监测断面YDK16+124中线的地表沉降数据，见表4

表4YDK16+124中线上测点地表沉降量表

图3区间YDK16+124地表沉降曲线图

通过分析盾构始发端ZDK16+242及YDK16+124的纵向沉降曲线图，可知：

1）盾构机在ZDK16+242引起的地表沉降变形较小。随着盾构的掘进，土舱压力不断变化，土压增大；在正常施工阶段，土体逐渐趋于平衡，通过设置合理的参数，对地面的沉降变形控制较好；盾构机到达时，土压又开始减小，土压平衡不能建立将引起地层的损失，对地表的沉降变形影响较大。因此，在盾构始发端和到达端，应采取措施控制地表的沉降变形，加强地层强度及整体稳定性，如提前进行支护或加固处理。

2）隧道施工过程中，对盾构机掘进时引起的地表沉降变形控制较好。

3.2隧道周边建筑物沉降

通过对盾构隧道的施工监测，可知隧道管片的变形上浮明显，约为13~30mm，管片上浮及盾构掘进变化曲线如图4所示。

图4隧道管片上浮及盾构掘进变化曲线图

分析图4中的相关监测数据可知，隧道管片的隆沉具有3个明显阶段：

1）隧道管片安装到脱离阶段：由千斤顶及盾构机姿态引起的上浮量，大小控制在5mm以内；

2）隧道管片脱离后5m：由于注浆压力的不足引起较大上浮量，达10~20mm；

3）后期固结阶段：由于土体固结变形及浆液的渗透引起沉降，约为—3~—4mm。

4结语

周边建（构）筑物沉降和地表沉降是直接反映盾构隧道邻近地层变位的监测项目，管片拱底隆起和拱顶下沉监测、管片水平收敛监测是监测施工诱发邻近地层变位的项目。本文通过对盾构隧道施工监测数据进行分析计算，分别从地表横向沉降、纵向沉降及隧道管片的隆起或沉降等方面研究，得出以下结论：

1）盾构法施工过程中，引起地表沉降的客观影响因素有隧道的埋深及上覆土层等外界环境；主观影响因素主要有土舱压力的参数设置及盾构开挖模式的选取等。因此，在盾构隧道开挖过程中，应综合考虑客观条件，正确掌握主观方向，准确把握地表的沉降变形。

2）盾构机掘进时，地表的变形趋势主要表现在盾构掘进影响范围内。横向地表沉降变形区域主要为隧道中心轴线2~3倍直径；纵向地表沉降变形主要范围约为距刀盘前方10m至盾构机尾40m；隧道轴线3倍直径范围外，盾构施工几乎不产生影响。

3）盾构法施工的隧道管片隆沉过程可分为3个阶段：第一阶段上浮量在5mm以内；第二阶段达10~20mm；第三阶段约为一3~一4mm。