某地鐵區間盾構法施工監測分析

曹占虎

(中山市坦洲鎮工程建設中心，廣東 中山 528467)

某地鐵區間盾構法施工監測分析

曹占虎

(中山市坦洲鎮工程建設中心，廣東 中山 528467)

地鐵區間盾構法施工監測是確保地鐵區間施工安全的重要保障。在分析盾構隧道施工地表建(構)筑物沉降監測、建(構)筑物傾斜監測、裂縫監測、隧道管片隆沉監測、隧道管片水平收斂監測等監測內容、監測方法、監測頻率及控制標準的基礎上，結合某地鐵區間盾構法施工監測工程實踐，分析所獲得的橫向地表沉降、隧道管片沉降或隆起、凈空水平收斂監測的結果，得到相應橫向地表沉降、縱向地表沉降和沉降過程的規律，以及隧道管片沉降或隆起、凈空水平收斂監測變形規律。

地鐵；盾構法；施工監測

隧道的盾構法施工是在相關理論指導下，參考已建工程設計施工資料，通過監測地面建筑物變形狀態，保證其施工過程的安全可靠。盾構隧道在施工過程中，既要使開挖面保持穩定，隨著隧道的掘進，還必須對隧道開挖面進行襯砌及注漿作業，保證隧道的整個施工過程安全可靠。

建(構)筑物的變形監測早于其施工期，晚于竣工期。建(構)筑物設計期進行變形監測，其作用主要是對地基基礎的穩定性作出分析；施工期及竣工期進行變形監測，是保證建筑物能安全施工及最終安全投入營運的保證，且在竣工之后還應維持一段時間的監控，延長建筑物的安全使用壽命。因此，建(構)筑物的變形監測貫穿整個建設過程，其作用不容忽視。

本文主要介紹某地鐵區間盾構法施工監測過程及方法，并分別對地表沉降監測數據及隧道管片沉降或隆起進行計算分析。

1 盾構隧道施工監測內容

在盾構法隧道施工期間，首先應根據隧道主體的埋置深度、工程地質條件等選擇變形監測的內容。盾構法隧道施工監測主要對象及其項目見表1[1-2]。

表1 監測項目表

1.1 沉降監測觀測點布設

對建(構)筑物進行沉降監測，首先必須在施工場地影響范圍外，選取穩定可用的沉降基準點，建立水準控制網及固定觀測路線，獲得準確可靠的監測起算數據[3-4]。具體要求：

1)地表沉降監測點：利用鉆孔機械在地面鉆孔至規定深度，并在孔中埋設預制鋼筋，通過填充細沙等材料進行夯實，防止設置好的監測點位移動變形。

2)建筑物沉降監測的標志應選用專業機械進行加工，立尺部位需有較明顯的突出點，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料進行防腐處理。

3) 地下管線監測點布設：地下管線如設置有檢查井，則可直接把監測點布設在井下管線上或管線承載體上；由于地質等其他外界條件的影響，沒有設置檢查井且無法開挖的管線，應在地表埋設間接的沉降觀測點。

4)儀器使用經國家批準的計量檢定部門檢定并取得合格證書的儀器[3-5]。

1.2 隧道管片隆沉監測

采用盾構法進行隧道施工時，盾構機影響范圍為始發端前及到達端后的30～40 m內，按照每隔20 m布設變形監測的斷面；其他影響區域則是每隔50 m設置。通過在每個監測斷面布設管片隆起沉降監測點，可獲得管片隆沉的數據。

1.3 裂縫監測

建(構)筑物上出現裂縫是一種較常見的安全隱患，各種裂縫由于形成的原因不同，產生的危害也不一致。多數裂縫發展初期主要是對建(構)筑物的整體性有一定影響，隨著施工的加載，裂縫也將不斷加大，此時的裂縫能引起建(構)筑物的結構性破壞。因此，為保證建(構)筑物施工期間及投入運營后的安全，應對裂縫的現狀及發展狀況進行實時監測[6-8]。

1.4 隧道管片水平收斂監測

在盾構隧道施工監測時，應每隔10 m設置一個監測斷面，對隧道管片的水平收斂情況進行監測。一般情況下，每個斷面布置3個收斂觀測點，且在監測主斷面處需增設2個。測定埋設采用微型鉆機成孔，斷面監測點的設置方法與上述管片隆起或沉降的布點方法大致相同。

2 監測頻率

一般情況下，要求盾構隧道的施工監測頻率在真實反映其變形發展過程的同時，又能對隧道的每個變形進行有效監測。因此，盾構隧道的監測頻率需根據變形監測的目的及變形的速度、大小而定。

若在施工過程中遇到緊急情況，需增加監測的次數，以保證施工過程的安全可靠。變形監測點的變形速率或累積變形量達到設計允許變形值的80%時，或通過監測數據繪出的變形曲線圖與預測變形曲線圖有明顯區別時，變形監測頻率應增加為1次/d；如果危險情況較緊急，其變形監測頻率應改為1次/4h；險情一旦發展為安全事故，則應用測量機器人對危險點進行持續不間斷的監測[9-11]，如表2所示。

表2 盾構隧道監測項目量測頻率

3 監測數據處理

通過對監測點進行定期觀測，可獲得現場實測的變形數據，利用徠卡DNA03對監測數據進行平差計算，確認數據的正確性后再輸入數據處理系統。數據庫不僅要保存經計算處理的數據,還必須保存原始觀測數據[14]。

3.1 地表沉降監測結果及分析

3.1.1 橫向地表沉降

通過計算橫向地表的實測數據可知，在隧道施工過程中，盾構機單線掘進的沉降曲線是沿中心軸線對稱分布，曲線圖呈正態分布。選取隧道盾構區間左線掘進的3個典型沉降槽進行分析研究，見圖1。

圖1 某區間左線橫向地表沉降分布曲線

選取盾構機始發端監測斷面AD004。在盾構機的始發端，土體對隧道的壓力不斷變化，不能達到平衡狀態，且隧道的埋深較淺，盾構機掘進時對地表擾動明顯，地表沉降變形嚴重。通過設置合理的參數，土體損失在可控范圍內，從圖1中可看出，監測斷面的最大沉降為-17 mm，表明采用盾構機進行隧道施工始發成功。

根據類似的掘進參數設置方法，結合地質條件等外界環境的分析，如AD077穿越粉質粘土層，而AD098穿越可塑狀粉質粘土層，可得變形監測的斷面AD077和AD098的沉降變形數值，如圖1所示：AD077最大沉降變形約為-16 mm，AD098中心沉降變形量僅-6 mm左右。

通過對盾構隧道掘進的3個典型斷面的實時監測及數據分析，可得以下結論：

1)采用盾構法進行隧道施工時，盾構機穿越的地質條件等外界環境的差別，與地表變形密切相關。當地質條件較差時，盾構通過對地表的擾動較大，反之則引起的地表沉降變形量較小；

2)盾構法施工中，對地表的影響主要集中在隧道中線軸線的5～7 m范圍，且沉降變形曲線沿隧道的中心軸線呈對稱分布，最大沉降量為中心軸線處。

3.1.2 縱向地表沉降

對盾構隧道所有變形斷面的監測數據進行分析計算，可獲得較為普遍的沉降變形曲線圖。表3為Y(Z)DK18+733(盾構始發端)監測數據。

由表3中的變形監測數據，可繪制Y(Z)DK18+733中線上監測點的縱向曲線，如圖2所示。

分析變形監測斷面YDK17+830中線的地表沉降數據，見表4。

表3 Y(Z)DK18+733中線上測點地表沉降量表

圖2 區間Y(Z)DK18+733地表沉降曲線圖

表4 YDK17+830中線上測點地表沉降量表

由表4監測數據繪制YDK17+830監測點縱向沉降曲線,如圖3所示。

圖3 區間YDK17+830地表沉降曲線圖

通過分析盾構始發端Y(Z)DK18+733及YDK17+830的縱向沉降曲線圖，可知：

1)盾構機在Y(Z)DK18+733引起的地表沉降變形較小。隨著盾構的掘進，土艙壓力不斷變化，土壓增大；在正常施工階段，土體逐漸趨于平衡，通過設置合理的參數，對地面的沉降變形控制較好；盾構機到達時，土壓又開始減小，土壓平衡不能建立將引起地層的損失，對地表的沉降變形影響較大。因此，在盾構始發端和到達端，應采取措施控制地表的沉降變形，加強地層強度及整體穩定性，如提前進行支護或加固處理[15]。

2)隧道施工過程中，對盾構機掘進時引起的地表沉降變形控制較好。

3.2 隧道管片隆起或沉降

通過對盾構隧道的施工監測，可知隧道管片的變形上浮明顯，約為13～30 mm，管片上浮及盾構掘進變化曲線如圖4所示。

圖4 隧道管片上浮及盾構掘進變化曲線圖

分析圖4中的相關監測數據可知，隧道管片的隆沉具有3個明顯階段：

1)隧道管片安裝到脫離階段：由千斤頂及盾構機姿態引起的上浮量，大小控制在5 mm以內；

2)隧道管片脫離后5 m：由于注漿壓力的不足引起較大上浮量，達10～20 mm；

3)后期固結階段：由于土體固結變形及漿液的滲透引起沉降，約為-3～-4 mm。

4 結束語

周邊建(構)筑物沉降和地表沉降是直接反映盾構隧道鄰近地層變位的監測項目，管片拱底隆起和拱頂下沉監測、管片水平收斂監測是監測施工誘發鄰近地層變位的項目。本文通過對盾構隧道施工監測數據進行分析計算，分別從地表橫向沉降、縱向沉降及隧道管片的隆起或沉降等方面研究，得出以下結論：

1)盾構法施工過程中，引起地表沉降的客觀影響因素有隧道的埋深及上覆土層等外界環境；主觀影響因素主要有土艙壓力的參數設置及盾構開挖模式的選取等。因此，在盾構隧道開挖過程中，應綜合考慮客觀條件，正確掌握主觀方向，準確把握地表的沉降變形。

2)盾構機掘進時，地表的變形趨勢主要表現在盾構掘進影響范圍內。橫向地表沉降變形區域主要為隧道中心軸線2～3倍直徑；縱向地表沉降變形主要范圍約為距刀盤前方10 m至盾構機尾40 m；隧道軸線3倍直徑范圍外，盾構施工幾乎不產生影響。

3)盾構法施工的隧道管片隆沉過程可分為3個階段：第一階段上浮量在5 mm以內；第二階段達10～20 mm；第三階段約為-3～-4 mm。

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[責任編輯：張德福]

Monitoring analysis of subway interval shield method construction

CAO Zhan-hu

(Tanzhou Town Engineering Construction Center of Zhongshan, Zhongshan 528467,China)

Metro shield method construction monitoring is the importance of safety guarantee to ensure the metro construction.Analysis is made on the shield tunnel construction on the surface of building (structure) settling monitoring, building (structure) tilt, crack monitoring, tunnel segment lung sink monitoring, tunnel segment level convergence monitoring based on monitoring content, monitoring methods,monitoring frequency and control standard.Combined with monitoring engineering practice of a metro shield method construction, analysis is made on the obtained lateral surface subsidence, and tunnel segment settlement or uplift, clearance level convergence monitoring results.The corresponding transverse, longitudinal surface subsidence of the ground surface settlement and settlement process rules and tunnel segment settlement or uplift, clearance level convergence monitoring deformation are obtained.

subway; shield method; construction monitoring

2014-04-22

曹占虎(1966-)，男，碩士，工程師.

U455.43

：A

：1006-7949(2014)09-0070-04