地面沉降監測技術在盾構施工過程中的運用

尹奇瑞

（中國鐵建十一局城市軌道工程有限公司　湖北　武漢　430000）

地面沉降監測技術在盾構施工過程中的運用

尹奇瑞

（中國鐵建十一局城市軌道工程有限公司湖北武漢430000）

本文中根據天津地區的地質狀況，以津濱輕軌SZm標盾構區間工程為研究載體進行研究，根據工程的實際狀況，同時結合盾構法隧道的施工工藝，進行了盾構施工地面沉降監測技術的分析。同時也對沉降規律進行了分析，充分總結出了一整套適合于天津地區盾構法施工以及隧道地面沉降控制的技術方法。

沉降；盾構施工；監測

引言

盾構法施工掘進速度快、機械化程度高，不僅如此，盾構法施工還有對環境影響程度低、時間短、施工管理容易等優點。但是國內外的實踐充分表明，盾構施工多多少少都會擾動地層，從而在不同程度上導致對環境的影響，即使采用當前較先進的盾構技術，也難以完全避免地面隆陷以及水平位移的發生。尤其是在城市修建地鐵，埋深較淺，會波及地表而產生地表沉降。因此，監測盾構施工中的地表沉降，并研究其發展規律及影響它的主要原因，對保護周圍環境具有及其重要的意義。

1　地面沉降的原因分析

地面沉降的原因基本上是盾構掘進時，引起了地層的損失和隧道周圍地層受到剪切破壞的再固結或擾動。地層損失引起的地面沉降，大部分都在施工期間呈現出來。而再固結引起的地面沉降，在黏性土中則要延續較長時間，而在砂性土中呈現較快。嚴格控制盾構施工中的偏差量，是地面沉降的重要因素。盾構施工偏差增大，不但影響地下鐵道限界、線路等使用要求，還會過多擾動地層，進而導致地面沉降量的增加。

2　盾構施工地面沉降監測的目的

（1）認識各種因素對土體和地表變形等影響，以便有針對性地改進修改施工參數和施工工藝，減少土體和地表變形；

（2）預測下一步的土體和地表變形，根據周圍建筑物和變形發展趨勢情況，決定是否需要采取必要的保護措施，并為確定經濟合理的保護措施提供理論依據；

（3）檢查施工引起的隧道沉降和地面沉降是否控制在允許的范圍之內；

（4）控制水平位移和地面沉降及其對周圍建筑物的影響，以減少工程保護的費用；

（5）建立健全預警機制，保證工程施工安全，避免結構和環境安全事故造成工程總造價的提高；

（6）為研究巖土性質、施工方法、地下水條件與地表沉降以及土體變形的關系積累有效數據，為改進設計提供依據；

（7）為研究土體變形和地表沉降的分析計算方法等積累原始資料；

（8）在施工過程中出現意外責任事故時，能夠為后續的仲裁提供具有法律效力的根據。

3　監測內容

盾構施工監測的內容有：

（1）建筑物下降、傾斜、裂痕；

（2）隧道襯砌土應力、壓力和變形以及盾構開挖面土的壓力、推力、出土的量、注漿的量、盾構的姿態；

（3）地表的沉降、土體的沉降、土體的變形、土的壓力、空隙水的壓力等。

盾構施工地面監測的最主要內容有地表的沉降、土體的沉降以及土體的水平位移。

4　監測方法的介紹

地面沉降監測是盾構法隧道施工過程中最主要的監測項目，有多種測量方法。在施工中通常采用：①幾何水準測量法。該方法包括沉降點的監測，即每次監測從基準點開始測，高程引至工作點，采用不等距幾何水準測量的方法，后視照準讀數2次，測點可以多次進行測量。再測量中使用E500S計算機程序記錄，數據自動進行傳輸，可以大幅度的減少人為的錯誤，最后編輯成果表；②液體靜力水準測量法。垂直形變監測儀是應用水連通液面平衡的原理，自動監測隧道或地面構筑物相對垂直形變的；③分層沉降儀測定法。分層沉降儀是通過電感探測的裝置，根據電磁頻率的變化，來觀測埋設在土體不同深度的鋼環的確切位置，最后再由其所在的位置深度的變化計算出地層不同高程處的沉降變化情況；④側斜儀測定法，測斜儀是一種能有效且精確的測量土體內部水平位移或變形的工程監測儀器。應用其工作原理同樣可以監測臨時或永久性的地下結構，如樁、連續墻和沉井等的水平位移。測斜儀可以分為固定式和活動式兩種。

5　監測方法選用

監測方法的選用根據工程的實際監測的需要，在常規地表沉降監測地段采用幾何水準測量的方法，而在重點地段監測則采用幾何水準測量方法和連通管自動監測的方法相結合。天津市輕軌工程中盾構穿越蝶橋公寓1#樓期間的監測方法根據天津地區的地質情況，基本總結出了適合天津地區的地面沉降監測技術，采用連通管自動監測方法和幾何水準測量方法相結合，確保了地面沉降及傾斜介于預控范圍之內，達到了保護蝶橋公寓及其周圍環境的安全的目的，為同類工程環境安全保護技術提供了理論和實際依據。

5.1水準測量方法監測

在此工程中，于408環至440環范圍內，盾構機穿越了該公寓的1#樓。沉降監測的對象是以隧道軸線為中心，依次向外延伸30m，該輻射區內的所有的地面以上的建筑物，此次的監測重點為碟橋公寓的1#樓。每隔8～12m，一個沉降監測點將被布設在該建筑物的外墻上，一共布設32個沉降點。與此同時，也在樓道內側增加了4個點沉降點。穿越樓房，其余的區域按照正常的監測位點布設沉降點，每4環被布設一個。具體點位布設請見圖1。代表監測點的基本的標志埋設完成后，至少需經過15d的過渡期才可以進行觀測，觀測時要嚴格按照現行的國家關于水準測量的法律法規和規范執行。觀測要采用常規的光學測微法執行觀測，測前應對儀器進行檢驗和校準，標尺亦按照該方法進行。儀器的i角應保證i<5，施測方法則采用往返測，以及符合線，有時也采取閉合環法測定。視線長度要<30m和50m；前后視距差應該≯0.7m和2m；視線高度要求>0.3m和0.2m；前后視距累差應該≯1m和3m，執行時，要嚴格按照各個等級的觀測要求進行。在建筑物沉降觀測時，要采用相當于國家二等水準的測量精度的二級精度標準測量。

圖1　文中公寓的1號樓監測布點示意

5.2連通管自動監測的方法監測

采用連通管的自動監測的方法時，主要遵循的技術指標有：測量范圍±50mm，±100mm；采樣速率2min以上的任意選用；非線性度≤3%；相對濕度要求95%；環境溫度-10℃～+50℃；DC±9V （30mA）；電源220V（頻率50HZ）。監測的基準傳感器點的布設位置要求距離最近的盾構掘進軸線的垂直米數要>25m，傳感器要穩定并且科學，同時要求采用防干擾的措施，包括日照以及各種外界可避免的干擾。在布設監測傳感器時，要求其處于施工期間擾動最大的部位，同時也是建筑物最敏感最易受干擾的部位。另外，也要處于橫向沉降槽2/3的徑向范圍之內。圖2中，隧道穿越蝶橋公寓1#樓，垂直位移監測傳感器布設點如圖2。

6　結論

圖2　蝶橋公寓1#樓垂直位移監測傳感器布置示意圖

在眾多施工方法中，由于盾構法已成為我國地鐵隧道施工中一種重要的施工方法，不僅工程測量精度要求高，而且技術密集、造價昂貴。而且工程自身與工程環境的安全和穩定在施工和運營期間對社會影響頗大，社會關注程度較高，在建的廣州、上海、北京等地地鐵中都大量的采用此方法。但是，也要一分為二的看待它的作用，其在施工過程中所帶來的地表沉降是不可避免的。在盾構施工過程中，采取相應的監控量測方法是為了保證盾構施工中的安全以及地鐵線路的正常運營的關鍵所在。通過監測，不但可以有效的預測和控制沉降變形，而且還可以為研究地表與土體變形的關系、地下水積累可靠的數據，同時也為研究盾構法施工對土體變形的分析預測方法積累了大量一手資料。

[1]晏遠見.城市地鐵施工中的變形監測[J].測繪技術裝備，2007，9（1）：35～ 36.

[2]陳景平，胡鋒，劉明鋼.盾構法地鐵隧道施工中的形變監測[J].江西測繪，2007（增刊）：100～101.

[3]宋宜容，陳廣峰，桂軼雄，張文平.地鐵盾構施工中監測技術的研究[J].青海大學學報（自然科學版），2009，27（1）：20～24.

U455.43

A

1673-0038（2015）41-0282-02

2015-9-25

尹奇瑞（1988-），男，助工，本科，主要從事盾構施工工作。