城市軌道交通盾構法施工監測分析

汪福源

（南昌市城市規劃設計研究總院）

1 引言

城市軌道交通盾構法施工是以相關理論為指導，在隧道掘進的過程中，對開挖面開展注漿和襯砌作業，提高隧道施工的可靠性。施工期間進行監測能為整個施工建設過程提供安全保障。

2 城市軌道交通盾構法施工監測的具體內容

①要確定變形監測的具體內容，需考慮隧道主體埋置的深度，以及所建設的工程的地質和環境條件特點，選擇主要監測對象和具體的項目。

②對隧道結構進行結構變形的監測，主要監測項目為隧道結構內部收斂，所使用的監測儀器是收斂計。

③對地層進行沉降監測，針對地表、隧道、襯砌環進行沉降監測，利用的儀器是水準儀。

④對周圍環境建筑物以及地下的管道交通等，進行沉降位移的監測，監測是否有水平位移、傾斜或者建筑物裂縫，所采用的監測元件以及儀器為經緯儀、全站儀以及游標卡尺。

2.1 布設沉降監測觀測點

在開展沉降監測之前，先要進行沉降基準點的選取。基準點所在位置要不在施工場地影響的范圍之內，具有較高的穩定性。在沉降基準點的基礎上，進一步建設水準控制網，并且確定好觀測路線，這樣能讓監測數據更準確。

①對于地表沉降的監測點而言，在布設的時候，首先要采用鉆孔機，進行地面鉆孔，在鉆孔到一定的深度之后，進行預制鋼筋的埋設，并且利用細沙等材料進行填充，起到夯實的作用，這樣能對監測點進行固定，避免其發生移動變形。

②要利用專業機器進行沉降監測標志的加工，要顯著突出立尺部位。在加工過程中，也可以選擇讓其成為半球狀，這樣更加利于立尺。加工完后，要在上方進行防腐材料的涂抹，做好防腐處理工作。

③在對地下管線的監測點進行設置時，如果有專門的檢查井的設置，可以在管線或者承載體上布設監測點。如果因為地質條件等因素，使管線未進行檢查井的設置，而且也不具備條件開挖，就要設置間接沉降監測點，布設在地表。

④在監測點布設（見圖1）的過程中，所采用的各項儀器都需要是國家批準的、正規合格的儀器。

圖1 沉降監測觀測點位布置圖

2.2 裂縫監測

對軌道監測來說，常見的安全隱患是管片發生裂縫現象。由于這種裂縫問題的形成原因多種多樣，因此造成的危害也具有一定差異。對于大部分的裂縫類型來說，一般都是從整體上對管片產生影響，并伴隨著施工進展，裂縫越來越大，會對管片造成結構性損害。所以，為了提高建筑施工的安全性，保障軌道投入使用的可靠性，要實時對管片裂縫及其發展狀態做好監測工作。在監測的過程中，務必注意對監測結果進行觀察，并且需要收集每一次監測所得到的信息，將其應用到未來的發展與建設中，不斷提升工程質量。

2.3 管片沉降監測

在城市軌道交通利用盾構法施工時，需要在始發端和到達端的40m以內進行變形監測斷面的布設，間隔距離為20m，這樣能夠收集到具體的管片沉降的數據信息。

2.4 管片水平收斂監測

在利用盾構法施工時，監測斷面的間隔一般為10m，而且每一個斷面上，都需要進行3個觀測點的布設，對主斷面來說，需要布設5個觀測點。利用微型鉆機鉆孔，對埋設進行測定。斷面監測點的布設方法大致等同于管片沉降觀測點的布設方法。這樣通過監測斷面，針對隧道管片水平收斂的具體狀況，實施監測工作。

3 監測頻率

一般來說，城市軌道交通監測頻率需要在真實性的基礎上，對變形以及具體發展狀況，進行有效反映，還要能監測到軌道施工過程所發生的每一處變形。因此，要在變形監測目標、變形速度、大小的基礎上，進一步確定盾構監測頻率（見表1）。

表1 城市軌道交通監測頻率（部分）

在施工的開展中，如果遭遇緊急狀況，要適當增加監測頻率，多次開展監測工作，確保施工的安全性。對變形監測點來說，發生變形速率或是累積的變形量，超過允許變形值的80%時，或者預測變形的曲線圖相比監測測繪的曲線有較大差異時，就需要增加變形監測頻率，將其增至1次/d。若出現緊急危險狀況，就要將監測頻率調整到1次/4h。如果危險情況進一步發展，變為安全隱患以后，就要通過測量機器人，對危險點做持續監測。

4 監測數據處理

定期進行監測點的觀測工作能夠通過現場實測收集到具體的變形數據，并且利用特定軟件，針對所獲得的監測數據，進一步開展偏差計算，同時，要保證數據的精確性，才能在數據處理系統中進行輸入。對數據庫來說，要保存原始的觀測數據以及計算處理后的數據。

4.1 橫向地表沉降監測結果分析

根據對橫向地表沉降的實際測量數據信息進行具體分析和計算，可以得到這樣的結果：對盾構機的始發端來說，由于土地所產生的壓力具有不斷變化的特點，無法處于平衡狀態，而且隧道埋深不深，在盾構機掘進的過程中，對地表具有顯著擾動，就會出現嚴重的地表變形現象。首先，對城市軌道交通來說，利用盾構法施工，其所發生的地表變形與盾構機所掘進的地質環境的差別有著密切關系。如果地質條件較差，那么在盾構機掘進的時候，就會對地表造成較大的擾動，相反，就會使擾動較小。因此，導致底邊具有較小幅度的沉降變形。其次，在矛盾法施工過程中，對地表產生影響的范圍在隧道中線軸線的5m～7m之內，中心軸線處是沉降值最大的位置。

4.2 縱向地表沉降監測結果分析

在進一步計算和分析盾構隧道變形斷面監測數據的基礎上，得到具有普遍意義的沉降變形圖。通過對縱向沉降曲線的分析，可以得知，盾構始發端的掘進不會引起較大的地表沉降變形，而且隨著掘進的不斷推進，也會使土壓一直處于變化的狀態，不斷增大。所以對于盾構機的始發以及到達端來說，都要應用控制措施實現對地表沉降變形的有效緩解，提高底層整體的穩定性，提高地層強度。

4.3 隧道管片沉降

在開展具體的監測時，通過所得數據觀察到，隧道的管片變形具有顯著的上浮趨勢，大概在13mm～33mm之間，進行了關于管片上浮以及盾構掘進變化的具體曲線圖的繪制。通過對曲線圖中監測數據的分析和處理，將隧道管片隆沉概括為如下三個具有顯著特征的階段：首先，在管片安裝到脫離這一時期，因為千斤頂和盾構機所帶來的管片上浮，其上浮可以控制在5m空間范圍內；其次，在管片脫離之后，大約5m的距離會在注漿壓力不夠的情況下，使上浮量明顯上漲，達到10mm～20mm；最后，對于后期固結時期來說，也會因為土體的固結變形和漿液滲透產生沉降現象，一般在-3mm左右。

5 結語

對于周邊建筑物以及地表沉降的監測項目來說，能夠對盾構隧道所引起的底層變位進行直接反映。如果要想對施工所導致的鄰近底層的變位進行具體監測，就要開展管片隆沉監測以及水平收斂監測。在本文的具體論述中，在對盾構監測數據進一步分析以及計算的基礎上，從地表的橫縱向沉降以及管片隆沉的具體方面作出了研究，并得出結論。首先，在實際的盾構施工時，隧道埋深、上覆土層等外在條件，都屬于影響地表沉降情況的客觀因素，而土艙壓力參數的具體設置以及盾構的開挖模式，也在主觀層面上影響地表的沉降。其次，在盾構機的主要影響范圍中，體現地表的變形走向。一般在隧道中心軸線的2到3倍直徑上為橫向地表沉降的主要變形區域，而在刀盤前10m到盾構機尾部的40m這一區間內，是縱向地表沉降變形的范圍。盾構機的施工一般不會影響軸線3倍直徑以外的范圍。