城市軌道交通盾構(gòu)法施工監(jiān)測分析

汪福源

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院）

1 引言

城市軌道交通盾構(gòu)法施工是以相關(guān)理論為指導(dǎo)，在隧道掘進(jìn)的過程中，對開挖面開展注漿和襯砌作業(yè)，提高隧道施工的可靠性。施工期間進(jìn)行監(jiān)測能為整個(gè)施工建設(shè)過程提供安全保障。

2 城市軌道交通盾構(gòu)法施工監(jiān)測的具體內(nèi)容

①要確定變形監(jiān)測的具體內(nèi)容，需考慮隧道主體埋置的深度，以及所建設(shè)的工程的地質(zhì)和環(huán)境條件特點(diǎn)，選擇主要監(jiān)測對象和具體的項(xiàng)目。

②對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測，主要監(jiān)測項(xiàng)目為隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部收斂，所使用的監(jiān)測儀器是收斂計(jì)。

③對地層進(jìn)行沉降監(jiān)測，針對地表、隧道、襯砌環(huán)進(jìn)行沉降監(jiān)測，利用的儀器是水準(zhǔn)儀。

④對周圍環(huán)境建筑物以及地下的管道交通等，進(jìn)行沉降位移的監(jiān)測，監(jiān)測是否有水平位移、傾斜或者建筑物裂縫，所采用的監(jiān)測元件以及儀器為經(jīng)緯儀、全站儀以及游標(biāo)卡尺。

2.1 布設(shè)沉降監(jiān)測觀測點(diǎn)

在開展沉降監(jiān)測之前，先要進(jìn)行沉降基準(zhǔn)點(diǎn)的選取?；鶞?zhǔn)點(diǎn)所在位置要不在施工場地影響的范圍之內(nèi)，具有較高的穩(wěn)定性。在沉降基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建設(shè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，并且確定好觀測路線，這樣能讓監(jiān)測數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

①對于地表沉降的監(jiān)測點(diǎn)而言，在布設(shè)的時(shí)候，首先要采用鉆孔機(jī)，進(jìn)行地面鉆孔，在鉆孔到一定的深度之后，進(jìn)行預(yù)制鋼筋的埋設(shè)，并且利用細(xì)沙等材料進(jìn)行填充，起到夯實(shí)的作用，這樣能對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行固定，避免其發(fā)生移動(dòng)變形。

②要利用專業(yè)機(jī)器進(jìn)行沉降監(jiān)測標(biāo)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(jìn)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(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，如果有專門的檢查井的設(shè)置，可以在管線或者承載體上布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。如果因?yàn)榈刭|(zhì)條件等因素，使管線未進(jìn)行檢查井的設(shè)置，而且也不具備條件開挖，就要設(shè)置間接沉降監(jiān)測點(diǎn)，布設(shè)在地表。

④在監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)（見圖1）的過程中，所采用的各項(xiàng)儀器都需要是國家批準(zhǔn)的、正規(guī)合格的儀器。

圖1 沉降監(jiān)測觀測點(diǎn)位布置圖

2.2 裂縫監(jiān)測

對軌道監(jiān)測來說，常見的安全隱患是管片發(fā)生裂縫現(xiàn)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(chǎn)生影響，并伴隨著施工進(jìn)展，裂縫越來越大，會(huì)對管片造成結(jié)構(gòu)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(shí)時(shí)對管片裂縫及其發(fā)展?fàn)顟B(tài)做好監(jiān)測工作。在監(jiān)測的過程中，務(wù)必注意對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行觀察，并且需要收集每一次監(jiān)測所得到的信息，將其應(yīng)用到未來的發(fā)展與建設(shè)中，不斷提升工程質(zhì)量。

2.3 管片沉降監(jiān)測

在城市軌道交通利用盾構(gòu)法施工時(shí)，需要在始發(fā)端和到達(dá)端的40m以內(nèi)進(jìn)行變形監(jiān)測斷面的布設(shè)，間隔距離為20m，這樣能夠收集到具體的管片沉降的數(shù)據(jù)信息。

2.4 管片水平收斂監(jiān)測

在利用盾構(gòu)法施工時(shí)，監(jiān)測斷面的間隔一般為10m，而且每一個(gè)斷面上，都需要進(jìn)行3個(gè)觀測點(diǎn)的布設(shè)，對主斷面來說，需要布設(shè)5個(gè)觀測點(diǎn)。利用微型鉆機(jī)鉆孔，對埋設(shè)進(jìn)行測定。斷面監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)方法大致等同于管片沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)方法。這樣通過監(jiān)測斷面，針對隧道管片水平收斂的具體狀況，實(shí)施監(jiān)測工作。

3 監(jiān)測頻率

一般來說，城市軌道交通監(jiān)測頻率需要在真實(shí)性的基礎(chǔ)上，對變形以及具體發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)行有效反映，還要能監(jiān)測到軌道施工過程所發(fā)生的每一處變形。因此，要在變形監(jiān)測目標(biāo)、變形速度、大小的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定盾構(gòu)監(jiān)測頻率（見表1）。

表1 城市軌道交通監(jiān)測頻率（部分）

在施工的開展中，如果遭遇緊急狀況，要適當(dāng)增加監(jiān)測頻率，多次開展監(jiān)測工作，確保施工的安全性。對變形監(jiān)測點(diǎn)來說，發(fā)生變形速率或是累積的變形量，超過允許變形值的80%時(shí)，或者預(yù)測變形的曲線圖相比監(jiān)測測繪的曲線有較大差異時(shí)，就需要增加變形監(jiān)測頻率，將其增至1次/d。若出現(xiàn)緊急危險(xiǎn)狀況，就要將監(jiān)測頻率調(diào)整到1次/4h。如果危險(xiǎn)情況進(jìn)一步發(fā)展，變?yōu)榘踩[患以后，就要通過測量機(jī)器人，對危險(xiǎn)點(diǎn)做持續(xù)監(jiān)測。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

定期進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的觀測工作能夠通過現(xiàn)場實(shí)測收集到具體的變形數(shù)據(jù)，并且利用特定軟件，針對所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步開展偏差計(jì)算，同時(shí)，要保證數(shù)據(jù)的精確性，才能在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行輸入。對數(shù)據(jù)庫來說，要保存原始的觀測數(shù)據(jù)以及計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)。

4.1 橫向地表沉降監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)對橫向地表沉降的實(shí)際測量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行具體分析和計(jì)算，可以得到這樣的結(jié)果：對盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)端來說，由于土地所產(chǎn)生的壓力具有不斷變化的特點(diǎn)，無法處于平衡狀態(tài)，而且隧道埋深不深，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過程中，對地表具有顯著擾動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的地表變形現(xiàn)象。首先，對城市軌道交通來說，利用盾構(gòu)法施工，其所發(fā)生的地表變形與盾構(gòu)機(jī)所掘進(jìn)的地質(zhì)環(huán)境的差別有著密切關(guān)系。如果地質(zhì)條件較差，那么在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的時(shí)候，就會(huì)對地表造成較大的擾動(dòng)，相反，就會(huì)使擾動(dòng)較小。因此，導(dǎo)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(chǎn)生影響的范圍在隧道中線軸線的5m～7m之內(nèi)，中心軸線處是沉降值最大的位置。

4.2 縱向地表沉降監(jiān)測結(jié)果分析

在進(jìn)一步計(jì)算和分析盾構(gòu)隧道變形斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)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(gòu)始發(fā)端的掘進(jìn)不會(huì)引起較大的地表沉降變形，而且隨著掘進(jìn)的不斷推進(jìn)，也會(huì)使土壓一直處于變化的狀態(tài)，不斷增大。所以對于盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)以及到達(dá)端來說，都要應(yīng)用控制措施實(shí)現(xiàn)對地表沉降變形的有效緩解，提高底層整體的穩(wěn)定性，提高地層強(qiáng)度。

4.3 隧道管片沉降

在開展具體的監(jiān)測時(shí)，通過所得數(shù)據(jù)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(jìn)行了關(guān)于管片上浮以及盾構(gòu)掘進(jìn)變化的具體曲線圖的繪制。通過對曲線圖中監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理，將隧道管片隆沉概括為如下三個(gè)具有顯著特征的階段：首先，在管片安裝到脫離這一時(shí)期，因?yàn)榍Ы镯敽投軜?gòu)機(jī)所帶來的管片上浮，其上浮可以控制在5m空間范圍內(nèi)；其次，在管片脫離之后，大約5m的距離會(huì)在注漿壓力不夠的情況下，使上浮量明顯上漲，達(dá)到10mm～20mm；最后，對于后期固結(jié)時(shí)期來說，也會(huì)因?yàn)橥馏w的固結(jié)變形和漿液滲透產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，一般在-3mm左右。

5 結(jié)語

對于周邊建筑物以及地表沉降的監(jiān)測項(xiàng)目來說，能夠?qū)Χ軜?gòu)隧道所引起的底層變位進(jìn)行直接反映。如果要想對施工所導(dǎo)致的鄰近底層的變位進(jìn)行具體監(jiān)測，就要開展管片隆沉監(jiān)測以及水平收斂監(jiān)測。在本文的具體論述中，在對盾構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析以及計(jì)算的基礎(chǔ)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(jié)論。首先，在實(shí)際的盾構(gòu)施工時(shí)，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(shù)的具體設(shè)置以及盾構(gòu)的開挖模式，也在主觀層面上影響地表的沉降。其次，在盾構(gòu)機(jī)的主要影響范圍中，體現(xiàn)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(qū)域，而在刀盤前10m到盾構(gòu)機(jī)尾部的40m這一區(qū)間內(nèi)，是縱向地表沉降變形的范圍。盾構(gòu)機(jī)的施工一般不會(huì)影響軸線3倍直徑以外的范圍。