淺談軟土地區地鐵盾構施工監測控制技術

宋家承 蘇厚慶

摘要：施工監測是地鐵施工中必不可少的一項工作內容，尤其是在不良地質條件下的地鐵隧道施工中，通過監測手段能夠掌握實時施工信息，優化施工方案，確保工程施工質量及安全。基于此，文章結合工程實例，重點探討了軟土地質條件下盾構施工監控量測技術。

關鍵詞：軟土地層；地鐵盾構；監控量測

0 引言

隨著城市發展，城市中的高層建筑日趨增多，密集度越來越大，能夠被利用的城市地面空間已經越來越少，城市地下空間的開發利用迫在眉睫，為緩解日益擁擠的交通，充分利用城市地下空間，城市地下軌道交通工程方興未艾。盾構法隧道施工是地鐵隧道施工常見施工方法，監控量測作為盾構施工的眼睛，是施工成敗的關鍵。

1 研究背景

某城區地鐵隧道采取盾構法施工，在施工前期勘察中，發現施工場地上方有天然氣管道一條，盾構隧道和管道相交的位置位于A站以西238m的位置，管道位于區間隧道上行線第210，211環，下行線第206，207環上方。因盾構下穿段管道埋深無相關資料記載，施工之前采用管線儀對其位置進行大致測定，之后采用鉆探勘測得其深度，為確保天然氣管道安全，鉆探使用鉆頭為塑料鉆頭。鑒于該區間軟土地質特征，在盾構隧道施工過程中，易發生區域性地面沉降；盾構在軟土地層中穿越天然氣管道，地面沉降不易控制，直接導致管道變形不易控制，極易造成管道破裂等事故。該區間隧道埋深為12m，管道的埋深為1.0m。

2盾構施工原理及監控量測必要性

盾構法工作原理是：盾構機刀片在前面切削巖體時，盾構外殼在隧道開挖前端進行預先支護，形成外部支撐；盾構機在盾構外殼的支護下繼續向前開挖巖體和拼裝隧道管片襯砌；盾構外殼由內部結構支承，而盾尾部分則無內部結構進行支承，故盾尾需及時拼裝隧道管片襯砌；盾構機掘進或調整方向是通過頂在己經拼裝完成的隧道管片襯砌上的液壓千斤頂操作的。在地質環境較惡劣時，通常還需要利用其它相應措施對盾構掘進前方工作面進行土體改良。

盾構隧道施工監控量測是盾構施工過程的一部分，是指導施工、發現問題解決問題的唯一途徑。隧道設計和施工過程是處理好土力學、巖體力學等各種力學問題的過程，施工現場監控量測直接記錄和反映著各種力學作用現象，為施工提供第一手資料。一方面通過對監測信息進行分析、處理直接指導隧道施工；另一方面根據監控量測數據，做到動態設計，隨時對不合理的設計方案進行優化，提高施工質量，不斷提升隧道工程建設的水平，不斷優化盾構隧道施工技術。

3地鐵盾構監控量測施工措施

盾構監控量測是盾構施工成敗的關鍵，監測內容及方法在不同施工條件下有所不同。

（一）一般條件下的沉降及水平位移監測

一般條件下的地鐵盾構監測施工，應根據地鐵施工現場的實際條件，按照一定的施工等級分別對基準點、施工基點及沉降監測點進行控制。當基準點和監測點兩者之間形成閉合或者是與水準路線附合后，應取兩次監測數值的平均值，并將該平均值當作初始高程值，與此同時，在對水準線路進行觀測時應與基準點或者是施工基點保持同步，監測得出的各項數值結果的偏差應控制在相關要求范圍內。另外，對于地鐵普通部位的水平位移監測，應采取小角度觀測法對地鐵盾構普通部位的各個基點進行監測，監測達到相關施工要求合格后，應利用高精度電子全站儀對已經監測過的各基點之間的小角度及距離進行準確測量，并精確計算各基點與實際基準線之間存在的偏差，計算得到的偏差就是地鐵盾構垂直線路方向的位移量。

（二）地鐵盾構關鍵部位沉降監測

地鐵盾構關鍵部位沉降監測一般采用電水平尺法，電水平尺具有較全面的功能及良好的效果。電水平尺在安裝時緊貼被測對象的，不會對行車帶來影響，同時能自動讀取監測數據，適合于行車封閉路段時進行全方位連續的沉降監測。電水平尺具有較高的精度，利用該工具對地鐵盾構關鍵部位進行監測，能夠捕捉小到1”的傾角變化，使用電水平測量出來的數據具有較高可靠性。在地鐵盾構關鍵部位沉降監測過程中將多個電水平尺首尾相連進行測量，能夠準確計算出地鐵盾構的絕對位移，并且根據這些測量數據可推斷出地鐵盾構的沉降斷面。此外，在盾構監測中運用電水平尺與數據采集器進行相互配合，能夠實現盾構實際狀況的連續監測，實時掌握盾構施工中的沉降變化，如果遇過大或者影響盾構施工安全的沉降量，即啟動自動報警功能。綜上，電水平尺在盾構各個部位沉降測量中的應用給盾構施工提供了安全保障。

4監測控制具體研究方法

（一）監測點布置

地面監測點埋設，沿線路方向每5環布設一個監測斷面，橫斷面監測點布置3排，第一排位于200環，斷面監測點7個，第二排位于205環，斷面監測點3個，第三排位于210環，監測點3個，監測點間距2.4 m，在194環、202環分別埋設深層沉降監測點，埋設深度8m。

（二）深層分層監測技術

盾構機通過天然氣管道后，對200環、205環、210環監測結果進行比較分析。掘進過程中地面下沉，通過后變化速率趨于0，并略有回升，最后保持穩定，地面最大變化量下沉5 mm。盾構機掘進推力800t左右、土壓0.12、出土量38方、注漿量都是3 m3，在埋深12 m的地層中此為合理掘進參數，地面沉降能控制在規定范圍之內。第200環斷面監測數據顯示，盾構機通過斷面過程中，地面隆起單次變化在1mm內，下沉在3mm內，沉降變化速率小。第205環斷面監測據顯示，盾構機通過斷面過程中，地面降起單次變化在2mm內，下沉在4mm內，沉降變化較小。第215環斷面監測數據顯示，盾構機通過斷面過程中，地面隆起單次變化在2mm內，下沉在5mm內，沉降比較穩定。在200環、205環、210環的累計沉降變量中，隆起最大值為4 mm，下沉最大值為5 mm，控制地面沉降在規定范圍之內。盾構機刀盤到達194環深層沉降管處，監測數據顯示，30號監測點隆起6 mm，通過后下沉6 mm，監測數據變化小，變化在2 mm左右，盾構機下穿時，對隧道上部2 m左右地層的擾動變化在6mm左右。盾構機刀盤到達深層沉降管處，上部2.3 m處上升4 mm，下部上升4mm，穿過管道后，上部變化在3 mm左右，下部變化2mm左右。

上述數據顯示，盾構機在穿越管道過程中，地下7 m處，沉降變化小。在盾構機掘進過程中，刀盤對上部兩米左右部分土體擾動較小，變化值最大為5 mm左右。盾構通過后注漿對土體的擾動很小，變化在2 mm左右。在盾構機下穿天然氣管道的過程中，即196-203環推進過程中，對每一環進行了4次取樣，經過檢測，取土樣品不含油脂，土質無污染。天然氣管道沒有發生滲漏等現象。通過深層分層監測，最終保證了盾構順利穿越天然氣管道。

5 小結

盾構法是當前城市地鐵隧道施工中的常用方法，本工程運用深層監測技術對軟土地層中的盾構地鐵隧道施工進行了監測，將施工現場地下管線的地層實際變形情況實時反饋至操作面，直接用于調整施工參數和判定管線的安全情況。最終保證了工程的順利實施，并確保了管線的安全性，為以后類似工程提供參考和借鑒。

參考文獻：

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