深層監(jiān)測(cè)方式在軟土地層盾構(gòu)施工中的應(yīng)用研究

王峰++穆世旭

摘 要：施工監(jiān)測(cè)是地鐵施工過程控制必不可少的手段，為探究地層的變形情況，在地面監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，合理的布置深層分層監(jiān)測(cè)，可以詳細(xì)的反應(yīng)出盾構(gòu)通過前后各個(gè)地層的變形情況，尤其是在流變性較好的軟土地層。結(jié)合軟土地層中盾構(gòu)下穿航煤管道的契機(jī)，利用深層分層監(jiān)測(cè)方式，掌握盾構(gòu)掘進(jìn)過程中上部軟土的變形情況，為盾構(gòu)近距離下穿航煤管道提供參數(shù)調(diào)整的依據(jù)，也通過此次研究，了解盾構(gòu)施工中上部軟土的變形情況，為后續(xù)軟土地層盾構(gòu)施工提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：軟土地層 盾構(gòu) 深層監(jiān)測(cè) 分層監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0025-04

1 工程概況

在寧波軌道交通2號(hào)線盾構(gòu)施工調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)櫟社機(jī)場(chǎng)站-櫟社站區(qū)間上方有一條航空煤油管道，盾構(gòu)隧道與管道相交位于位于櫟社站以西250 m處，機(jī)場(chǎng)路南側(cè)，地面為機(jī)場(chǎng)路綠化草坪，管道位于區(qū)間隧道上行線210、211環(huán)，下行線206、207環(huán)上方，該文研究數(shù)據(jù)取之以先施工的下行線。航煤管道采用拖拉管施工，在盾構(gòu)下穿段深度無法核實(shí)，施工前通過管線儀判定大致區(qū)域，然后通過鉆孔方式直接打到航煤管道上才確認(rèn)深度，鉆頭為塑料鉆孔。從發(fā)現(xiàn)航煤管道，到判定航煤管道，設(shè)計(jì)上重新調(diào)整縱坡，施工上編制以深層分層監(jiān)測(cè)為核心的施工方案，最終安全、順利的通過了航煤管道段。

1.1 工程地質(zhì)條件

盾構(gòu)施工的該段地層主要不良地質(zhì)作用為區(qū)域地面沉降、淺層天然氣、厚層填土以及軟土地基強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生不均勻沉降和變形大等問題。

下穿航煤管道處主要地層分布為：①2粘土、①3淤泥質(zhì)粘土、②2a淤泥質(zhì)粘土、②2c淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑤1層粘土，盾構(gòu)下穿⑤1層粘土層，隧道埋深12 m，管道埋深約10 m。

1.2 管道概況

鎮(zhèn)海煉化-寧波機(jī)場(chǎng)航空煤油輸油管道全長(zhǎng)50 km，采用Ф219.1*6.3 mm的高頻直縫電阻焊鋼管，鋼級(jí)為L(zhǎng)245MB，焊縫抗拉強(qiáng)度為485 MPa。輸油時(shí)出口處壓力2 MPa，油庫入口壓力0.2 MPa，輸油頻率為每個(gè)月3～4次，每次間隔時(shí)間3～4天。

航煤管道采用拖拉管施工，隧道正交段管道施工長(zhǎng)度為522 m，入土點(diǎn)距離隧道157 m，入土點(diǎn)位于航空路路邊，金星物流門前，出土口位于機(jī)場(chǎng)跑道外的菜地內(nèi)。管道埋深約10 m，埋深地層為②2c淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層（如圖1）。

2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)，線路上方中線點(diǎn)5環(huán)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置3排，第一排位于200環(huán)，斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)7個(gè)，第二排位于205環(huán)，斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)，第三排位于210環(huán)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距2.4 m，在194環(huán)、202環(huán)分別埋設(shè)深層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，埋設(shè)深度8 m。

3 盾構(gòu)機(jī)過航煤管道過程地面監(jiān)測(cè)分析及措施

3.1 參數(shù)試驗(yàn)段

1月30號(hào)，掘進(jìn)190環(huán)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)距離航煤管道16環(huán)，刀盤距離航煤管道13.2 m時(shí)，刀盤前地面沉降變化在2 mm內(nèi)，沉降監(jiān)測(cè)變化圖如圖2。

1月31號(hào)，掘進(jìn)193、194環(huán)、195環(huán)時(shí)，分別監(jiān)測(cè)沉降變化，195環(huán)時(shí)盾構(gòu)機(jī)刀盤距離航煤管道7 m左右，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力850左右，注漿壓力0.34 MPa，上部土壓控制在0.12，注漿量3 m，地面監(jiān)測(cè)沉降變化 如圖3。

夜班掘進(jìn)到197環(huán)時(shí)，刀盤距離航煤管道4.5 m，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力780～800左右，注漿壓力0.32 MPa，土壓控制在0.12，注漿量3 m，測(cè)量地面沉降變化如圖4。

3.2 參數(shù)確定段

2月1號(hào)早晨第199環(huán)開始掘進(jìn)時(shí)間17點(diǎn)35分，8點(diǎn)20結(jié)束掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力790～810左右，注漿壓力0.32 MPa，土壓控制在0.12，注漿量3 m，刀盤距離航煤管道2.1 m左右，地面監(jiān)測(cè)沉降變化在2 mm之內(nèi)如圖5。

掘進(jìn)200環(huán)前，刀盤距離航煤管道0.9 m，地面沉降監(jiān)測(cè)變化在1 mm之內(nèi)（如圖6）。

200環(huán)處橫斷面監(jiān)測(cè)沉降變化量如圖7。

在掘進(jìn)201環(huán)后，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力790～820左右，注漿壓力0.33 MPa，土壓控制在0.12，注漿量3 m，刀盤穿過航煤管道1.5 m，地面沉降變化累計(jì)-1.6 mm，地面上升最大1.45 mm（如圖8）。

掘進(jìn)202環(huán)后，刀盤穿過航煤管道2.7 m，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力780～820，注漿壓力0.33 MPa，土壓控制在0.12，注漿量3 m，地面監(jiān)測(cè)最大變化在200環(huán)處，下沉-2.3 mm（如圖9）。

2月1日晚上掘進(jìn)205環(huán)后，刀盤遠(yuǎn)離航煤管道6 m，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力770～790，注漿壓力0.32 MPa，土壓控制在0.12，注漿量3 m，地面累計(jì)沉降變化在5 mm之內(nèi)，沉降部分都在盾構(gòu)機(jī)盾體上部和刀盤前面（如圖10）。

3.3 通過后

2月2號(hào)，白班掘進(jìn)209環(huán)時(shí)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，推力790～810左右，注漿壓力0.32 MPa，土壓控制在0.12，注漿量3 m，盾構(gòu)機(jī)盾尾穿過航煤管道1.1 m（如圖11、12）。

4 深層分層監(jiān)測(cè)分析

盾構(gòu)機(jī)通過航煤管道后，對(duì)200環(huán)、205環(huán)、210環(huán)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，在累計(jì)沉降變量中，分析出掘進(jìn)過程中地面有下沉，通過后變化趨于上升，最后保持穩(wěn)定，地面最大變化量下沉5 mm，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)推力800左右、土壓0.12、出土量38方、注漿量都是3 m，在埋深12 m的地層中掘進(jìn)參數(shù)適合，保證地面沉降控制在規(guī)定范圍之內(nèi)（如圖13）。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)200環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在1 mm內(nèi)，下沉在3 mm內(nèi)，沉降變化較小（如圖14）。endprint

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)205環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在2 mm內(nèi)，下沉在4 mm內(nèi)，沉降變化較?。ㄈ鐖D15）。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)215環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在2 mm內(nèi)，下沉在5 mm內(nèi)，沉降比較穩(wěn)定（如圖16）。

在200環(huán)、205環(huán)、210環(huán)的累計(jì)沉降變量中，沉降變化隆起最大達(dá)到4 mm，下沉最大在5 mm，保證地面沉降控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。

194環(huán)埋設(shè)深層監(jiān)測(cè)管，深層監(jiān)測(cè)管有兩個(gè)監(jiān)測(cè)深度，上部3.1 m，下部7.6 m。盾構(gòu)機(jī)通過深層監(jiān)測(cè)管時(shí)，多次測(cè)量，沉降變化如圖17、18。

盾構(gòu)機(jī)在1月30日2點(diǎn)刀盤到達(dá)194環(huán)深層沉降管處，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，30號(hào)監(jiān)測(cè)單次變化隆起6 mm，通過后下沉6 mm，31號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化很小，變化在2 mm左右，盾構(gòu)機(jī)穿過時(shí)，對(duì)隧道上部2 m左右的擾動(dòng)變化在6 mm左右（如圖19、20）。

盾構(gòu)機(jī)在1月31號(hào)21點(diǎn)刀盤到達(dá)深層沉降管處，監(jiān)測(cè)變化上部2.3 m處上升4 mm，下部上升4 mm，穿過管道后，監(jiān)測(cè)變化上部在3 mm左右，下部變化在2 mm左右，通過上述數(shù)據(jù)，顯示，盾構(gòu)機(jī)在通過兩個(gè)深層沉降管時(shí)，對(duì)于地下7 m多處，沉降變化很小，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，刀盤對(duì)上部?jī)擅锥嗖糠值耐馏w擾動(dòng)較小，變化值最大都在5 mm左右。通過后注漿部分對(duì)土體的擾動(dòng)很小，變化在2 mm左右。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道的過程中，我們?cè)诰蜻M(jìn)196～203環(huán)過程中，對(duì)每一環(huán)進(jìn)行了4次取樣，經(jīng)過檢測(cè)，取土樣品沒有油質(zhì)在里面，土質(zhì)無變化。航煤燃油管道沒有發(fā)生滲漏等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

對(duì)于近距離下穿重要管線，地面變化較為滯后，而軟土地層的流變性使得地面監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)無法判定管線地層的實(shí)際變形情況，通過深層監(jiān)測(cè)方式，將管線地層的實(shí)際變形情況形象、具體的表現(xiàn)出來，可以直接用于調(diào)整施工參數(shù)和判定管線安全狀況。深層監(jiān)測(cè)的布置最好布置在到達(dá)管線之前，這樣才能起到調(diào)整參數(shù)的作用。隨著地鐵施工的大規(guī)模開展，在城市中下穿的重要風(fēng)險(xiǎn)源也越來越多，精細(xì)化的控制地面沉降，已成為地鐵施工中不得不面臨的課題，通過此次盾構(gòu)下穿航煤管道的實(shí)施，為相似工程可提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。endprint

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)205環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在2 mm內(nèi)，下沉在4 mm內(nèi)，沉降變化較小（如圖15）。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)215環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在2 mm內(nèi)，下沉在5 mm內(nèi)，沉降比較穩(wěn)定（如圖16）。

在200環(huán)、205環(huán)、210環(huán)的累計(jì)沉降變量中，沉降變化隆起最大達(dá)到4 mm，下沉最大在5 mm，保證地面沉降控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。

194環(huán)埋設(shè)深層監(jiān)測(cè)管，深層監(jiān)測(cè)管有兩個(gè)監(jiān)測(cè)深度，上部3.1 m，下部7.6 m。盾構(gòu)機(jī)通過深層監(jiān)測(cè)管時(shí)，多次測(cè)量，沉降變化如圖17、18。

盾構(gòu)機(jī)在1月30日2點(diǎn)刀盤到達(dá)194環(huán)深層沉降管處，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，30號(hào)監(jiān)測(cè)單次變化隆起6 mm，通過后下沉6 mm，31號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化很小，變化在2 mm左右，盾構(gòu)機(jī)穿過時(shí)，對(duì)隧道上部2 m左右的擾動(dòng)變化在6 mm左右（如圖19、20）。

盾構(gòu)機(jī)在1月31號(hào)21點(diǎn)刀盤到達(dá)深層沉降管處，監(jiān)測(cè)變化上部2.3 m處上升4 mm，下部上升4 mm，穿過管道后，監(jiān)測(cè)變化上部在3 mm左右，下部變化在2 mm左右，通過上述數(shù)據(jù)，顯示，盾構(gòu)機(jī)在通過兩個(gè)深層沉降管時(shí)，對(duì)于地下7 m多處，沉降變化很小，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，刀盤對(duì)上部?jī)擅锥嗖糠值耐馏w擾動(dòng)較小，變化值最大都在5 mm左右。通過后注漿部分對(duì)土體的擾動(dòng)很小，變化在2 mm左右。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道的過程中，我們?cè)诰蜻M(jìn)196～203環(huán)過程中，對(duì)每一環(huán)進(jìn)行了4次取樣，經(jīng)過檢測(cè)，取土樣品沒有油質(zhì)在里面，土質(zhì)無變化。航煤燃油管道沒有發(fā)生滲漏等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

對(duì)于近距離下穿重要管線，地面變化較為滯后，而軟土地層的流變性使得地面監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)無法判定管線地層的實(shí)際變形情況，通過深層監(jiān)測(cè)方式，將管線地層的實(shí)際變形情況形象、具體的表現(xiàn)出來，可以直接用于調(diào)整施工參數(shù)和判定管線安全狀況。深層監(jiān)測(cè)的布置最好布置在到達(dá)管線之前，這樣才能起到調(diào)整參數(shù)的作用。隨著地鐵施工的大規(guī)模開展，在城市中下穿的重要風(fēng)險(xiǎn)源也越來越多，精細(xì)化的控制地面沉降，已成為地鐵施工中不得不面臨的課題，通過此次盾構(gòu)下穿航煤管道的實(shí)施，為相似工程可提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。endprint

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)205環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在2 mm內(nèi)，下沉在4 mm內(nèi)，沉降變化較?。ㄈ鐖D15）。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道過程對(duì)215環(huán)斷面監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)通過斷面過程中，單次變化地面隆起在2 mm內(nèi)，下沉在5 mm內(nèi)，沉降比較穩(wěn)定（如圖16）。

在200環(huán)、205環(huán)、210環(huán)的累計(jì)沉降變量中，沉降變化隆起最大達(dá)到4 mm，下沉最大在5 mm，保證地面沉降控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。

194環(huán)埋設(shè)深層監(jiān)測(cè)管，深層監(jiān)測(cè)管有兩個(gè)監(jiān)測(cè)深度，上部3.1 m，下部7.6 m。盾構(gòu)機(jī)通過深層監(jiān)測(cè)管時(shí)，多次測(cè)量，沉降變化如圖17、18。

盾構(gòu)機(jī)在1月30日2點(diǎn)刀盤到達(dá)194環(huán)深層沉降管處，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，30號(hào)監(jiān)測(cè)單次變化隆起6 mm，通過后下沉6 mm，31號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化很小，變化在2 mm左右，盾構(gòu)機(jī)穿過時(shí)，對(duì)隧道上部2 m左右的擾動(dòng)變化在6 mm左右（如圖19、20）。

盾構(gòu)機(jī)在1月31號(hào)21點(diǎn)刀盤到達(dá)深層沉降管處，監(jiān)測(cè)變化上部2.3 m處上升4 mm，下部上升4 mm，穿過管道后，監(jiān)測(cè)變化上部在3 mm左右，下部變化在2 mm左右，通過上述數(shù)據(jù)，顯示，盾構(gòu)機(jī)在通過兩個(gè)深層沉降管時(shí)，對(duì)于地下7 m多處，沉降變化很小，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，刀盤對(duì)上部?jī)擅锥嗖糠值耐馏w擾動(dòng)較小，變化值最大都在5 mm左右。通過后注漿部分對(duì)土體的擾動(dòng)很小，變化在2 mm左右。

在盾構(gòu)機(jī)下穿航煤管道的過程中，我們?cè)诰蜻M(jìn)196～203環(huán)過程中，對(duì)每一環(huán)進(jìn)行了4次取樣，經(jīng)過檢測(cè)，取土樣品沒有油質(zhì)在里面，土質(zhì)無變化。航煤燃油管道沒有發(fā)生滲漏等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

對(duì)于近距離下穿重要管線，地面變化較為滯后，而軟土地層的流變性使得地面監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)無法判定管線地層的實(shí)際變形情況，通過深層監(jiān)測(cè)方式，將管線地層的實(shí)際變形情況形象、具體的表現(xiàn)出來，可以直接用于調(diào)整施工參數(shù)和判定管線安全狀況。深層監(jiān)測(cè)的布置最好布置在到達(dá)管線之前，這樣才能起到調(diào)整參數(shù)的作用。隨著地鐵施工的大規(guī)模開展，在城市中下穿的重要風(fēng)險(xiǎn)源也越來越多，精細(xì)化的控制地面沉降，已成為地鐵施工中不得不面臨的課題，通過此次盾構(gòu)下穿航煤管道的實(shí)施，為相似工程可提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。endprint