隧道工程盾構(gòu)區(qū)間的監(jiān)測(cè)方法及精度控制

王記理

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350)

在隧道工程施工過程中，采用的施工方法主要有兩種，一種是鉆爆法施工，另一種是盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)法隧道施工作為一個(gè)綜合性的施工技術(shù)，是把隧道中的定向掘進(jìn)、運(yùn)輸、襯砌等施工工藝進(jìn)行結(jié)合后的施工方法。盾構(gòu)法施工的優(yōu)勢(shì)在于施工效率高、干擾因素少、安全系數(shù)高等優(yōu)勢(shì)，并且機(jī)械化以及自動(dòng)化水平高，是一種現(xiàn)代化的施工工藝，其主要應(yīng)用于城市地鐵等工程中。由于盾構(gòu)法在隧道施工過程中，測(cè)量環(huán)境復(fù)雜且干擾因素較多，測(cè)量精度很難得到保證，因此要保證盾構(gòu)法在施工過程中的質(zhì)量、速率及安全，提升測(cè)量精度控制是非常重要的。

一、工程概況

天津地鐵5號(hào)線津塘路站～直沽站區(qū)間為雙單線隧道，區(qū)間自津塘路站，左右線上下重疊（右線在下，左線在上）沿紅星路敷設(shè)，側(cè)穿東風(fēng)橋、城東供電公司大直沽變電站、河?xùn)|體育中心基礎(chǔ)，左線逐漸下壓，右線逐漸上抬，且左右線逐步分開，經(jīng)過渡段，最后平行進(jìn)入直沽站。區(qū)間隧道右線起訖里程為DK20+607.300～DK21+312.480，全長(zhǎng)705.18m；隧道左線起訖里程為DK20+607.300～DK21+312.480，長(zhǎng)度 2.401m，區(qū)間全長(zhǎng)707.581m。本段區(qū)間隧道全線敷設(shè)于地下，采用盾構(gòu)法施工。

本區(qū)間線路左右線由上下重疊布置逐步過渡到平行布置，右線在左線下方。線路縱斷面上，本區(qū)間線路出津塘路站后，右線以25‰的坡度下坡、18.683‰的坡度上坡到達(dá)直沽站；左線以11‰、27.283‰的坡度下坡到達(dá)直沽站。區(qū)間結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度約6.05m～21m。區(qū)間隧道最小平面曲率半徑為800m，分別出現(xiàn)在230環(huán)和330環(huán)。

本區(qū)間盾構(gòu)工程籌劃為：左右線均從津塘路站始發(fā)，直沽站結(jié)束，先掘進(jìn)下側(cè)隧道，下側(cè)隧道全線貫通后，再掘進(jìn)上側(cè)隧道。

二、隧道工程盾構(gòu)區(qū)間的監(jiān)測(cè)方法

（一）監(jiān)測(cè)目的

首先，對(duì)津塘路站～直沽站區(qū)間施工情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并分析施工中影響地表變形的各種因素，給后續(xù)施工質(zhì)量和效率的提升提供參考條件。結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)地表沉降幾率，同時(shí)分析工程對(duì)周圍建筑帶來的影響，采取對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施。其次，結(jié)合工程實(shí)際狀況，評(píng)斷其是否滿足地面沉降控制要求，探究工程項(xiàng)目土質(zhì)環(huán)境、地下水條件以及施工方式等，研究結(jié)果可以作為設(shè)計(jì)方案修改依據(jù)。通過監(jiān)測(cè)指導(dǎo)后續(xù)施工工作的順利進(jìn)行，減少不必要施工成本的投入。最后，通過施工監(jiān)測(cè)保證施工的順利進(jìn)行，降低由施工事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。

（二）監(jiān)測(cè)內(nèi)容

結(jié)合工程實(shí)際情況以及周圍環(huán)境，安排工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容。首先，在周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，包含了周圍管線垂直度監(jiān)測(cè)以及沉降量監(jiān)測(cè)；周圍建筑物、橋梁工程垂直位移監(jiān)測(cè)；周圍橋墩沉降量監(jiān)測(cè)；周圍建筑物以及橋墩傾斜量的監(jiān)測(cè)；周圍建筑以及橋梁裂縫監(jiān)測(cè)。其次，在盾構(gòu)管片施工過程中，包含了管片結(jié)構(gòu)垂直位移監(jiān)測(cè)以及管片結(jié)構(gòu)凈空收斂變形監(jiān)測(cè)。最后，現(xiàn)場(chǎng)巡視監(jiān)測(cè)，涉及了盾構(gòu)工程自身以及周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)完成程度等。

（三）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

1.布設(shè)原則及工作量

結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在建筑工程周圍以及外墻每隔13m的位置設(shè)定一個(gè)建筑垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且東風(fēng)立交橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)定在墩柱上，每一個(gè)墩柱對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為2個(gè)。盾構(gòu)區(qū)間線路兩側(cè)每隔30m內(nèi)包含了建（構(gòu)）筑物沿，津塘路站～直沽站區(qū)間線路依次為大直沽西路變電站，一共設(shè)有30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)具體埋設(shè)見圖1：

圖1 基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志埋設(shè)形式圖

2.周邊建筑物、橋梁裂縫監(jiān)測(cè)

在裂縫監(jiān)測(cè)過程中，涉及了裂縫形態(tài)、長(zhǎng)度、寬度等內(nèi)容。在進(jìn)行工程監(jiān)測(cè)過程中，需要在盾構(gòu)區(qū)間上方和側(cè)穿位置找出裂縫位置并做出標(biāo)記，實(shí)施裂縫監(jiān)測(cè)，裂縫一般采用鋼卷尺測(cè)量的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)和存檔。選擇一些具備代表性的裂縫，在原有裂縫不斷增加或者存在新裂縫的情況下，需要結(jié)合實(shí)際情況及時(shí)添加新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每條裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量不得少于2個(gè)，并且布置在裂縫最寬位置處，觀察連線垂直裂縫情況，在裂縫周圍做好標(biāo)記。

3.布設(shè)方法

根據(jù)建筑外墻以及四個(gè)角，分別在頂端、底端等位置做好標(biāo)記，并將其當(dāng)作監(jiān)測(cè)點(diǎn)。橋墩柱上、下各貼一個(gè)反光片作為傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（四）周邊地表垂直位移監(jiān)測(cè)

1.布設(shè)原則及工作量

橫向布置過程中，在垂直于隧道軸線方向設(shè)定監(jiān)測(cè)橫斷面，同時(shí)監(jiān)測(cè)斷面之間的距離是48m，設(shè)定的盾構(gòu)環(huán)片數(shù)量為32個(gè)。左右線重疊區(qū)域加密至24m，為16個(gè)盾構(gòu)環(huán)片以左、右線軸線為中心，向兩側(cè)各延伸34m，按2.5m、3.5m、5m、6m、17m間距布設(shè)，每組剖面測(cè)點(diǎn)的編號(hào)為：DBC-i-1～DBC-i-11（i為相應(yīng)隧道環(huán)號(hào)）。左右線不重疊部分測(cè)點(diǎn)的編號(hào)為：左線：DBC-Zi-1～DBC-Zi-11,右線：DBC-Yi-1～DBC-Yi-11（i為相應(yīng)隧道環(huán)號(hào)）。在縱向布置過程中，根據(jù)盾構(gòu)隧道軸線布設(shè)測(cè)點(diǎn)，距離設(shè)定為24m，為16個(gè)盾構(gòu)環(huán)片。盾構(gòu)始發(fā)、吊出段100m和盾構(gòu)重疊段及穿越承壓水層范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)加密至12m，為8個(gè)盾構(gòu)環(huán)片，其中，盾構(gòu)始發(fā)段加固區(qū)范圍內(nèi)間隔2個(gè)盾構(gòu)環(huán)片。測(cè)點(diǎn)編號(hào)為：線路重合部分DBC-i，線路不重合部分左線DBC-Zi，右線DBC-Yi（i為相應(yīng)隧道環(huán)號(hào)）。隧道主斷面測(cè)點(diǎn)分布見圖2。

2.布設(shè)方法

地面沉降點(diǎn)設(shè)置在地面硬化區(qū)域中，在測(cè)點(diǎn)位置鉆進(jìn)一個(gè)直徑大于110mm、深度超出硬化層厚度，在孔內(nèi)插入長(zhǎng)1m的圓頭鋼筋至軟土層中，鋼筋頭低于地面5cm，并用細(xì)砂將鋼筋頭以下部位填實(shí)。在地面沉降點(diǎn)設(shè)定在泥土地面中，需要直接在地面中插入直徑為12mm的圓頭鋼筋，并超出凍土深度影響范疇，地面則需要采用保護(hù)措施，保證測(cè)點(diǎn)不會(huì)遭受損壞。

三、隧道工程盾構(gòu)區(qū)間精度控制對(duì)策

（一）加強(qiáng)異?，F(xiàn)象監(jiān)測(cè)

首先，針對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)被損壞或者監(jiān)測(cè)點(diǎn)工作異?，F(xiàn)象，則需要采用以下兩種方式進(jìn)行處理：(1）如果測(cè)點(diǎn)在被測(cè)對(duì)象表面，應(yīng)該重新設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如果不滿足工程要求的，則需要向相關(guān)部門說明情況并得到協(xié)助。(2）如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)物中，則需廢除該監(jiān)測(cè)點(diǎn)，且盡可能在被廢除監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置周邊設(shè)置相對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。其次，對(duì)于首次測(cè)量超差現(xiàn)象，則需要進(jìn)行重新監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)次數(shù)不得少于3次。

圖2 隧道主斷面測(cè)點(diǎn)分布

（二）強(qiáng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

在工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過程中，通過獲取原始數(shù)據(jù)，能夠防止離散現(xiàn)象的出現(xiàn)，假設(shè)沒有對(duì)其進(jìn)行處理，將會(huì)影響最終的測(cè)量結(jié)果。因此，在工程現(xiàn)場(chǎng)獲取原始數(shù)據(jù)以后，需要對(duì)其加以綜合分析和處理。通過比較各種數(shù)據(jù)信息，能夠保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和精準(zhǔn)性。根據(jù)位移變化情況進(jìn)行評(píng)斷，可以將變形曲線劃分三個(gè)階段。首先，變形急劇增長(zhǎng)階段——變形速度大于1mm/d時(shí)；其次，變形緩慢增長(zhǎng)階段——變形速度1～0.2mm/d時(shí)；最后，基本穩(wěn)定階段——變形速度小于0.2mm/d時(shí)。如果結(jié)合位移測(cè)量值或者最終位移值情況進(jìn)行評(píng)斷，在盾構(gòu)施工時(shí)，如果出現(xiàn)監(jiān)測(cè)位移總量或單次監(jiān)測(cè)結(jié)果超出某一臨界點(diǎn)，則預(yù)示著圍巖不平穩(wěn)，需要做好加固處理。反之，假設(shè)量測(cè)位移總量或單次測(cè)量位移量接近臨界值范疇，則需要考慮重新做好支護(hù)工作，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

四、結(jié)束語

總而言之，本文通過對(duì)隧道工程情況的分析，提出工程監(jiān)測(cè)和精度控制方式，并從始發(fā)臺(tái)定位、盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)測(cè)量等方面入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工情況的監(jiān)測(cè)和管理。綜合上述控制要點(diǎn)，將其運(yùn)用到天津地鐵5號(hào)線津塘路站～直沽站區(qū)間為雙單線隧道工程中，獲得了理想的施工效果，有效提升了工程測(cè)量精度和水平。