靜力水準監(jiān)測在地鐵盾構(gòu)下穿建筑物過程中的應(yīng)用

李 偉，孫立光

(1.杭州市地鐵集團有限責任公司，杭州 310020;2.上海同是工程科技有限公司，上海 200092)

1 工程概況

杭州地鐵1號線某區(qū)間右線全長1 308 m，采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間沿線地質(zhì)構(gòu)造和地層為河口相沖海積堆積的粉性土及砂性土，由于堆積年代及固結(jié)條件不同，性質(zhì)不一，豎向由松散至中密狀態(tài)變化，厚度一般在20 m左右;其下為海陸交互相沉積的淤泥質(zhì)軟土及黏性土，地面下約40～45 m左右為古錢塘江河床堆積的圓礫層，中密～密實狀態(tài)，底部基巖埋深一般在地面以下55～63 m左右。隧道頂部埋深12～17 m，主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層④4、⑥1層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層⑥2、黏土⑦1、粉質(zhì)黏土層⑧2和砂粉質(zhì)黏土⑨1。

沿線淺部地下水屬潛水類型，主要賦存于上部填土層及粉土、砂土層中，補給來源主要為大氣降水及地表水，其靜止水位一般在地下1～4 m，并隨季節(jié)變化。

2 靜力水準監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測內(nèi)容及范圍

隧道沿線需下穿較多建筑物，建筑年代集中在20世紀70年代末80年代初，基礎(chǔ)多為淺基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)形式多為磚混結(jié)構(gòu)，承受變形能力較差。為了掌握盾構(gòu)穿越期間建筑物沉降及發(fā)展情況，為建筑物的安全狀況評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選取其中3幢建筑物進行靜力水準監(jiān)測，主要對建筑物沉降和差異沉降進行監(jiān)測。建筑物情況如表1所示。

表1 建筑物情況

本工程采用RJ20型電容感應(yīng)式靜力水準監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測精度可以達到0.1 mm，每2 h采集一次監(jiān)測數(shù)據(jù)，其具體指標如表2所示。

2.2 監(jiān)測點設(shè)置

為盡量減少對居民生活的影響，監(jiān)測點布置在建筑物頂部，由于建筑物本身的條件限制，住宅樓1和住宅樓2分別布設(shè)4個靜力水準監(jiān)測點，編號分別為HZ38-1～HZ38-4和HZ37-1～HZ37-4;住宅樓3共布設(shè)8個監(jiān)測點，編號為HZ34-1～HZ34-8。3幢建筑共計布設(shè)靜力水準監(jiān)測點16個。靜力水準監(jiān)測點的具體位置詳見圖1。

表2 靜力水準監(jiān)測指標

圖1 靜力水準監(jiān)測布點

2.3 靜力水準監(jiān)測原理

靜力水準監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置和一套計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)組成。靜力水準監(jiān)測具有監(jiān)測點多、測量范圍大、精度高、數(shù)據(jù)可自動化采集等優(yōu)點。

圖2 靜力水準監(jiān)測原理示意

如圖2所示，共布設(shè)有n個測點，假設(shè)1號點為相對基準點，初始狀態(tài)時各測量安裝高程相對于(基準)參考高程面 ΔH0間的距離則為 Y01，…Y0i…，Y0n(i為測點代號，i=0，1，…，n);各測點安裝高程與液面間的距離則為 h01，h0i，…，h0n，則有

當發(fā)生不均勻沉陷后，設(shè)各測點安裝高程相對于基準參考高程面 ΔH0的變化量為 Δhj1，Δhj2，Δhji，…，hjn(j為測次代號，j=0，1，……，n);各測點容器內(nèi)液面相對于安裝高程的距離為 hj1，hj2，…，hji，…，hjn。由圖2可得

則j次測量i點相對于基準點1的相對沉陷量Hi1為

由式(2)可得

由式(1)可得

將式(5)代入式(4)得

即通過傳感器測得任意時刻各測點容器內(nèi)液面相對于該點安裝高程的距離 hji(含 hj1及首次的 h0i)，則可求得該時刻各點相對于基準點1的相對高程差。如把任意點g(1，…，i，n)做為相對基準點，將f測次做為參考測次，則按式(6)同樣可求出任意測點相對g測點(以f測次為基準值)的相對高程差Hig

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 住宅樓1的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

盾構(gòu)下穿越住宅樓1的初期推進參數(shù)設(shè)定為:土倉壓力0.34 MPa，推進速度為3～4 cm/min，跟蹤注漿量為5.0 m3/環(huán)。住宅樓1的靜力水準監(jiān)測以HZ38-1監(jiān)測點為基準點。推進過程中，為了防止建筑物隆起過大，土壓力由0.34 MPa逐步降到0.32 MPa。由圖3可知，隨著土壓力的降低，建筑物明顯出現(xiàn)沉降增大的現(xiàn)象，其中位于盾構(gòu)軸線上方的HZ38-4監(jiān)測點沉降量最大。為了控制建筑物沉降的進一步發(fā)展，施工單位將跟蹤注漿量由5.0 m3/環(huán)增加至5.8 m3/環(huán)。注漿量調(diào)整以后，沉降趨勢得到明顯的控制，特別是長管注漿后建筑物的沉降變形趨勢得到更有效控制。

由表3可知，盾構(gòu)完全穿出住宅樓1之后，HZ38-4的累計沉降量最大為-10.04 mm，HZ38-3和HZ38-4監(jiān)測點間的差異沉降最大為0.37‰。HZ38-4點位于盾構(gòu)中軸線上方受到盾構(gòu)施工的擾動較為明顯，其他3個監(jiān)測點的沉降量隨著距盾構(gòu)距離的增大而減小。

圖3 住宅樓1監(jiān)測點沉降時程曲線

表3 住宅樓1的監(jiān)測數(shù)據(jù)

3.2 住宅樓2的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

住宅樓2的靜力水準監(jiān)測以HZ37-4監(jiān)測點為基準點。住宅樓2監(jiān)測點沉降時程曲線如圖4所示。

截至6月7日，住宅樓2的監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 住宅樓2的監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，盾構(gòu)下穿住宅樓2期間，各監(jiān)測點的沉降曲線斜率較大，表明建筑物沉降速率較快。隨著二次注漿措施的實施，沉降速率得到明顯的減緩，但沉降量還有增大的趨勢。為了有效控制建筑物的沉降變形，5月10日施工單位采用了長管注漿加固措施。由圖4的曲線可知，長管注漿初期建筑物仍有一定的下沉趨勢，但隨著加固體強度的增加，建筑物下沉趨勢得到有效控制，沉降速率明顯變小。

3.3 住宅樓3的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

盾構(gòu)下穿住宅樓3的初始推進參數(shù)為土倉壓力0.32 MPa，推進速度 3～4 cm/min，跟蹤注漿量為 6 m3/環(huán)。由圖5可知，曲線波谷均對應(yīng)注漿加固的時間點，每次注漿后監(jiān)測點都有一定隆起，通過多次注漿可有效地控制建筑物沉降的發(fā)展。在4月24日至4月26日期間，建筑物最大隆起量接近+6 mm，遠超過+3 mm的控制值。施工單位根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時采取以下處理措施:第一將注漿量從6 m3/環(huán)逐步降低到5.5 m3/環(huán);第二將土壓力由0.32 MPa逐步降低為0.30 MPa。盾構(gòu)推進參數(shù)調(diào)整后，建筑物進一步隆起的趨勢得到有效的控制。

圖4 住宅樓2監(jiān)測點沉降時程曲線

圖5 盾構(gòu)下穿期間住宅樓3監(jiān)測點沉降時程曲線

圖6 盾構(gòu)穿出住宅樓3后監(jiān)測點沉降時程曲線

盾構(gòu)下穿期間對土體擾動較大，造成建筑物產(chǎn)生一定量的隆起變形，隨著土壓力和孔隙水壓力的逐步釋放必然會導致建筑物產(chǎn)生沉降變形。為了有效控制建筑物的工后沉降，施工單位根據(jù)靜力水準監(jiān)測數(shù)據(jù)增加了二次注漿的次數(shù)。由圖6可以看出，從4月28日至5月2日期間，每當曲線斜率較大，建筑物沉降量達到沉降曲線的波谷時，施工單位都及時采取了注漿措施，注漿頻率高達1次/d。長管注漿施工后建筑物的沉降速率和沉降量得到有效控制。

4 結(jié)論及建議

通過對3幢建筑物進行靜力水準監(jiān)測，可得到以下結(jié)論及建議:

1)盾構(gòu)下穿建筑物過程中，保持盾構(gòu)推進參數(shù)的相對穩(wěn)定是很重要的，應(yīng)根據(jù)靜力水準監(jiān)測數(shù)據(jù)進行盾構(gòu)參數(shù)的微調(diào)，以達到控制建筑物變形的最佳效果。

2)盾構(gòu)穿出建筑物后，進行及時的二次注漿是必要的。本工程根據(jù)靜力水準監(jiān)測數(shù)據(jù)及時進行二次注漿對控制建筑物變形起到了關(guān)鍵作用。

3)盾構(gòu)穿出建筑物后，采用長管注漿施工初期對控制建筑物變形效果甚微，但對于控制工后建筑物長期沉降變形及縮短建筑物變形穩(wěn)定時間有一定的作用。

4)靜力水準監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率高，數(shù)據(jù)曲線有明顯的波峰和波谷，比常規(guī)水準監(jiān)測更能詳細準確地反映建筑物變形情況。靜力水準監(jiān)測對施工單位正確分析工況、及時調(diào)整盾構(gòu)參數(shù)和進行信息化施工提供了技術(shù)支持。

5)靜力水準監(jiān)測為盾構(gòu)在相似地層條件下下穿建筑物提供了重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，也為左線盾構(gòu)再次下穿3幢建筑物時盾構(gòu)推進參數(shù)的設(shè)定提供了科學依據(jù)。

［1］鮑永亮，鄭七振，唐建忠.盾構(gòu)隧道穿越既有建筑物施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(4):52-53.

［2］章慧健，仇文革，王慶.城市地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析［J］.鐵道建筑，2008(9):64-67.