某地鐵區(qū)間盾構(gòu)法施工監(jiān)測分析

曹占虎

(中山市坦洲鎮(zhèn)工程建設(shè)中心，廣東 中山 528467)

某地鐵區(qū)間盾構(gòu)法施工監(jiān)測分析

曹占虎

(中山市坦洲鎮(zhèn)工程建設(shè)中心，廣東 中山 528467)

地鐵區(qū)間盾構(gòu)法施工監(jiān)測是確保地鐵區(qū)間施工安全的重要保障。在分析盾構(gòu)隧道施工地表建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測、建(構(gòu))筑物傾斜監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、隧道管片隆沉監(jiān)測、隧道管片水平收斂監(jiān)測等監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、監(jiān)測頻率及控制標準的基礎(chǔ)上，結(jié)合某地鐵區(qū)間盾構(gòu)法施工監(jiān)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(jiān)測的結(jié)果，得到相應(yīng)橫向地表沉降、縱向地表沉降和沉降過程的規(guī)律，以及隧道管片沉降或隆起、凈空水平收斂監(jiān)測變形規(guī)律。

地鐵；盾構(gòu)法；施工監(jiān)測

隧道的盾構(gòu)法施工是在相關(guān)理論指導下，參考已建工程設(shè)計施工資料，通過監(jiān)測地面建筑物變形狀態(tài)，保證其施工過程的安全可靠。盾構(gòu)隧道在施工過程中，既要使開挖面保持穩(wěn)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(yè)，保證隧道的整個施工過程安全可靠。

建(構(gòu))筑物的變形監(jiān)測早于其施工期，晚于竣工期。建(構(gòu))筑物設(shè)計期進行變形監(jiān)測，其作用主要是對地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性作出分析；施工期及竣工期進行變形監(jiān)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(yīng)維持一段時間的監(jiān)控，延長建筑物的安全使用壽命。因此，建(構(gòu))筑物的變形監(jiān)測貫穿整個建設(shè)過程，其作用不容忽視。

本文主要介紹某地鐵區(qū)間盾構(gòu)法施工監(jiān)測過程及方法，并分別對地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及隧道管片沉降或隆起進行計算分析。

1 盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測內(nèi)容

在盾構(gòu)法隧道施工期間，首先應(yīng)根據(jù)隧道主體的埋置深度、工程地質(zhì)條件等選擇變形監(jiān)測的內(nèi)容。盾構(gòu)法隧道施工監(jiān)測主要對象及其項目見表1[1-2]。

表1 監(jiān)測項目表

1.1 沉降監(jiān)測觀測點布設(shè)

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

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

2)建筑物沉降監(jiān)測的標志應(yīng)選用專業(yè)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(jiān)測點布設(shè)：地下管線如設(shè)置有檢查井，則可直接把監(jiān)測點布設(shè)在井下管線上或管線承載體上；由于地質(zhì)等其他外界條件的影響，沒有設(shè)置檢查井且無法開挖的管線，應(yīng)在地表埋設(shè)間接的沉降觀測點。

4)儀器使用經(jīng)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(jiān)測

采用盾構(gòu)法進行隧道施工時，盾構(gòu)機影響范圍為始發(fā)端前及到達端后的30～40 m內(nèi)，按照每隔20 m布設(shè)變形監(jiān)測的斷面；其他影響區(qū)域則是每隔50 m設(shè)置。通過在每個監(jiān)測斷面布設(shè)管片隆起沉降監(jiān)測點，可獲得管片隆沉的數(shù)據(jù)。

1.3 裂縫監(jiān)測

建(構(gòu))筑物上出現(xiàn)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(chǎn)生的危害也不一致。多數(shù)裂縫發(fā)展初期主要是對建(構(gòu))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(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)性破壞。因此，為保證建(構(gòu))筑物施工期間及投入運營后的安全，應(yīng)對裂縫的現(xiàn)狀及發(fā)展狀況進行實時監(jiān)測[6-8]。

1.4 隧道管片水平收斂監(jiān)測

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

2 監(jiān)測頻率

一般情況下，要求盾構(gòu)隧道的施工監(jiān)測頻率在真實反映其變形發(fā)展過程的同時，又能對隧道的每個變形進行有效監(jiān)測。因此，盾構(gòu)隧道的監(jiān)測頻率需根據(jù)變形監(jiān)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(jiān)測的次數(shù)，以保證施工過程的安全可靠。變形監(jiān)測點的變形速率或累積變形量達到設(shè)計允許變形值的80%時，或通過監(jiān)測數(shù)據(jù)繪出的變形曲線圖與預測變形曲線圖有明顯區(qū)別時，變形監(jiān)測頻率應(yīng)增加為1次/d；如果危險情況較緊急，其變形監(jiān)測頻率應(yīng)改為1次/4h；險情一旦發(fā)展為安全事故，則應(yīng)用測量機器人對危險點進行持續(xù)不間斷的監(jiān)測[9-11]，如表2所示。

表2 盾構(gòu)隧道監(jiān)測項目量測頻率

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

通過對監(jiān)測點進行定期觀測，可獲得現(xiàn)場實測的變形數(shù)據(jù)，利用徠卡DNA03對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行平差計算，確認數(shù)據(jù)的正確性后再輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫不僅要保存經(jīng)計算處理的數(shù)據(jù),還必須保存原始觀測數(shù)據(jù)[14]。

3.1 地表沉降監(jiān)測結(jié)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(shù)據(jù)可知，在隧道施工過程中，盾構(gòu)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(tài)分布。選取隧道盾構(gòu)區(qū)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(qū)間左線橫向地表沉降分布曲線

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

根據(jù)類似的掘進參數(shù)設(shè)置方法，結(jié)合地質(zhì)條件等外界環(huán)境的分析，如AD077穿越粉質(zhì)粘土層，而AD098穿越可塑狀粉質(zhì)粘土層，可得變形監(jiān)測的斷面AD077和AD098的沉降變形數(shù)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(gòu)隧道掘進的3個典型斷面的實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，可得以下結(jié)論：

1)采用盾構(gòu)法進行隧道施工時，盾構(gòu)機穿越的地質(zhì)條件等外界環(huán)境的差別，與地表變形密切相關(guān)。當?shù)刭|(zhì)條件較差時，盾構(gòu)通過對地表的擾動較大，反之則引起的地表沉降變形量較??；

2)盾構(gòu)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(gòu)隧道所有變形斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)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(gòu)始發(fā)端)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

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

分析變形監(jiān)測斷面YDK17+830中線的地表沉降數(shù)據(jù)，見表4。

表3 Y(Z)DK18+733中線上測點地表沉降量表

圖2 區(qū)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(jiān)測數(shù)據(jù)繪制YDK17+830監(jiān)測點縱向沉降曲線,如圖3所示。

圖3 區(qū)間YDK17+830地表沉降曲線圖

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

1)盾構(gòu)機在Y(Z)DK18+733引起的地表沉降變形較小。隨著盾構(gòu)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(shè)置合理的參數(shù)，對地面的沉降變形控制較好；盾構(gòu)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(gòu)始發(fā)端和到達端，應(yīng)采取措施控制地表的沉降變形，加強地層強度及整體穩(wěn)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(gòu)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(gòu)隧道的施工監(jiān)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(gòu)掘進變化曲線如圖4所示。

圖4 隧道管片上浮及盾構(gòu)掘進變化曲線圖

分析圖4中的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(gòu)機姿態(tài)引起的上浮量，大小控制在5 mm以內(nèi)；

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

4 結(jié)束語

周邊建(構(gòu))筑物沉降和地表沉降是直接反映盾構(gòu)隧道鄰近地層變位的監(jiān)測項目，管片拱底隆起和拱頂下沉監(jiān)測、管片水平收斂監(jiān)測是監(jiān)測施工誘發(fā)鄰近地層變位的項目。本文通過對盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jié)論：

1)盾構(gòu)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(huán)境；主觀影響因素主要有土艙壓力的參數(shù)設(shè)置及盾構(gòu)開挖模式的選取等。因此，在盾構(gòu)隧道開挖過程中，應(yīng)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(gòu)機掘進時，地表的變形趨勢主要表現(xiàn)在盾構(gòu)掘進影響范圍內(nèi)。橫向地表沉降變形區(qū)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(gòu)機尾40 m；隧道軸線3倍直徑范圍外，盾構(gòu)施工幾乎不產(chǎn)生影響。

3)盾構(gòu)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(nèi)；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