某地铁区间盾构法施工监测分析

曹占虎

(中山市坦洲镇工程建设中心，广东 中山 528467)

某地铁区间盾构法施工监测分析

曹占虎

(中山市坦洲镇工程建设中心，广东 中山 528467)

地铁区间盾构法施工监测是确保地铁区间施工安全的重要保障。在分析盾构隧道施工地表建(构)筑物沉降监测、建(构)筑物倾斜监测、裂缝监测、隧道管片隆沉监测、隧道管片水平收敛监测等监测内容、监测方法、监测频率及控制标准的基础上，结合某地铁区间盾构法施工监测工程实践，分析所获得的横向地表沉降、隧道管片沉降或隆起、净空水平收敛监测的结果，得到相应横向地表沉降、纵向地表沉降和沉降过程的规律，以及隧道管片沉降或隆起、净空水平收敛监测变形规律。

地铁；盾构法；施工监测

隧道的盾构法施工是在相关理论指导下，参考已建工程设计施工资料，通过监测地面建筑物变形状态，保证其施工过程的安全可靠。盾构隧道在施工过程中，既要使开挖面保持稳定，随着隧道的掘进，还必须对隧道开挖面进行衬砌及注浆作业，保证隧道的整个施工过程安全可靠。

建(构)筑物的变形监测早于其施工期，晚于竣工期。建(构)筑物设计期进行变形监测，其作用主要是对地基基础的稳定性作出分析；施工期及竣工期进行变形监测，是保证建筑物能安全施工及最终安全投入营运的保证，且在竣工之后还应维持一段时间的监控，延长建筑物的安全使用寿命。因此，建(构)筑物的变形监测贯穿整个建设过程，其作用不容忽视。

本文主要介绍某地铁区间盾构法施工监测过程及方法，并分别对地表沉降监测数据及隧道管片沉降或隆起进行计算分析。

1 盾构隧道施工监测内容

在盾构法隧道施工期间，首先应根据隧道主体的埋置深度、工程地质条件等选择变形监测的内容。盾构法隧道施工监测主要对象及其项目见表1[1-2]。

表1 监测项目表

1.1 沉降监测观测点布设

对建(构)筑物进行沉降监测，首先必须在施工场地影响范围外，选取稳定可用的沉降基准点，建立水准控制网及固定观测路线，获得准确可靠的监测起算数据[3-4]。具体要求：

1)地表沉降监测点：利用钻孔机械在地面钻孔至规定深度，并在孔中埋设预制钢筋，通过填充细沙等材料进行夯实，防止设置好的监测点位移动变形。

2)建筑物沉降监测的标志应选用专业机械进行加工，立尺部位需有较明显的突出点，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料进行防腐处理。

3) 地下管线监测点布设：地下管线如设置有检查井，则可直接把监测点布设在井下管线上或管线承载体上；由于地质等其他外界条件的影响，没有设置检查井且无法开挖的管线，应在地表埋设间接的沉降观测点。

4)仪器使用经国家批准的计量检定部门检定并取得合格证书的仪器[3-5]。

1.2 隧道管片隆沉监测

采用盾构法进行隧道施工时，盾构机影响范围为始发端前及到达端后的30～40 m内，按照每隔20 m布设变形监测的断面；其他影响区域则是每隔50 m设置。通过在每个监测断面布设管片隆起沉降监测点，可获得管片隆沉的数据。

1.3 裂缝监测

建(构)筑物上出现裂缝是一种较常见的安全隐患，各种裂缝由于形成的原因不同，产生的危害也不一致。多数裂缝发展初期主要是对建(构)筑物的整体性有一定影响，随着施工的加载，裂缝也将不断加大，此时的裂缝能引起建(构)筑物的结构性破坏。因此，为保证建(构)筑物施工期间及投入运营后的安全，应对裂缝的现状及发展状况进行实时监测[6-8]。

1.4 隧道管片水平收敛监测

在盾构隧道施工监测时，应每隔10 m设置一个监测断面，对隧道管片的水平收敛情况进行监测。一般情况下，每个断面布置3个收敛观测点，且在监测主断面处需增设2个。测定埋设采用微型钻机成孔，断面监测点的设置方法与上述管片隆起或沉降的布点方法大致相同。

2 监测频率

一般情况下，要求盾构隧道的施工监测频率在真实反映其变形发展过程的同时，又能对隧道的每个变形进行有效监测。因此，盾构隧道的监测频率需根据变形监测的目的及变形的速度、大小而定。

若在施工过程中遇到紧急情况，需增加监测的次数，以保证施工过程的安全可靠。变形监测点的变形速率或累积变形量达到设计允许变形值的80%时，或通过监测数据绘出的变形曲线图与预测变形曲线图有明显区别时，变形监测频率应增加为1次/d；如果危险情况较紧急，其变形监测频率应改为1次/4h；险情一旦发展为安全事故，则应用测量机器人对危险点进行持续不间断的监测[9-11]，如表2所示。

表2 盾构隧道监测项目量测频率

3 监测数据处理

通过对监测点进行定期观测，可获得现场实测的变形数据，利用徕卡DNA03对监测数据进行平差计算，确认数据的正确性后再输入数据处理系统。数据库不仅要保存经计算处理的数据,还必须保存原始观测数据[14]。

3.1 地表沉降监测结果及分析

3.1.1 横向地表沉降

通过计算横向地表的实测数据可知，在隧道施工过程中，盾构机单线掘进的沉降曲线是沿中心轴线对称分布，曲线图呈正态分布。选取隧道盾构区间左线掘进的3个典型沉降槽进行分析研究，见图1。

图1 某区间左线横向地表沉降分布曲线

选取盾构机始发端监测断面AD004。在盾构机的始发端，土体对隧道的压力不断变化，不能达到平衡状态，且隧道的埋深较浅，盾构机掘进时对地表扰动明显，地表沉降变形严重。通过设置合理的参数，土体损失在可控范围内，从图1中可看出，监测断面的最大沉降为-17 mm，表明采用盾构机进行隧道施工始发成功。

根据类似的掘进参数设置方法，结合地质条件等外界环境的分析，如AD077穿越粉质粘土层，而AD098穿越可塑状粉质粘土层，可得变形监测的断面AD077和AD098的沉降变形数值，如图1所示：AD077最大沉降变形约为-16 mm，AD098中心沉降变形量仅-6 mm左右。

通过对盾构隧道掘进的3个典型断面的实时监测及数据分析，可得以下结论：

1)采用盾构法进行隧道施工时，盾构机穿越的地质条件等外界环境的差别，与地表变形密切相关。当地质条件较差时，盾构通过对地表的扰动较大，反之则引起的地表沉降变形量较小；

2)盾构法施工中，对地表的影响主要集中在隧道中线轴线的5～7 m范围，且沉降变形曲线沿隧道的中心轴线呈对称分布，最大沉降量为中心轴线处。

3.1.2 纵向地表沉降

对盾构隧道所有变形断面的监测数据进行分析计算，可获得较为普遍的沉降变形曲线图。表3为Y(Z)DK18+733(盾构始发端)监测数据。

由表3中的变形监测数据，可绘制Y(Z)DK18+733中线上监测点的纵向曲线，如图2所示。

分析变形监测断面YDK17+830中线的地表沉降数据，见表4。

表3 Y(Z)DK18+733中线上测点地表沉降量表

图2 区间Y(Z)DK18+733地表沉降曲线图

表4 YDK17+830中线上测点地表沉降量表

由表4监测数据绘制YDK17+830监测点纵向沉降曲线,如图3所示。

图3 区间YDK17+830地表沉降曲线图

通过分析盾构始发端Y(Z)DK18+733及YDK17+830的纵向沉降曲线图，可知：

1)盾构机在Y(Z)DK18+733引起的地表沉降变形较小。随着盾构的掘进，土舱压力不断变化，土压增大；在正常施工阶段，土体逐渐趋于平衡，通过设置合理的参数，对地面的沉降变形控制较好；盾构机到达时，土压又开始减小，土压平衡不能建立将引起地层的损失，对地表的沉降变形影响较大。因此，在盾构始发端和到达端，应采取措施控制地表的沉降变形，加强地层强度及整体稳定性，如提前进行支护或加固处理[15]。

2)隧道施工过程中，对盾构机掘进时引起的地表沉降变形控制较好。

3.2 隧道管片隆起或沉降

通过对盾构隧道的施工监测，可知隧道管片的变形上浮明显，约为13～30 mm，管片上浮及盾构掘进变化曲线如图4所示。

图4 隧道管片上浮及盾构掘进变化曲线图

分析图4中的相关监测数据可知，隧道管片的隆沉具有3个明显阶段：

1)隧道管片安装到脱离阶段：由千斤顶及盾构机姿态引起的上浮量，大小控制在5 mm以内；

2)隧道管片脱离后5 m：由于注浆压力的不足引起较大上浮量，达10～20 mm；

3)后期固结阶段：由于土体固结变形及浆液的渗透引起沉降，约为-3～-4 mm。

4 结束语

周边建(构)筑物沉降和地表沉降是直接反映盾构隧道邻近地层变位的监测项目，管片拱底隆起和拱顶下沉监测、管片水平收敛监测是监测施工诱发邻近地层变位的项目。本文通过对盾构隧道施工监测数据进行分析计算，分别从地表横向沉降、纵向沉降及隧道管片的隆起或沉降等方面研究，得出以下结论：

1)盾构法施工过程中，引起地表沉降的客观影响因素有隧道的埋深及上覆土层等外界环境；主观影响因素主要有土舱压力的参数设置及盾构开挖模式的选取等。因此，在盾构隧道开挖过程中，应综合考虑客观条件，正确掌握主观方向，准确把握地表的沉降变形。

2)盾构机掘进时，地表的变形趋势主要表现在盾构掘进影响范围内。横向地表沉降变形区域主要为隧道中心轴线2～3倍直径；纵向地表沉降变形主要范围约为距刀盘前方10 m至盾构机尾40 m；隧道轴线3倍直径范围外，盾构施工几乎不产生影响。

3)盾构法施工的隧道管片隆沉过程可分为3个阶段：第一阶段上浮量在5 mm以内；第二阶段达10～20 mm；第三阶段约为-3～-4 mm。

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[责任编辑：张德福]

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，硕士，工程师.

U455.43

：A

：1006-7949(2014)09-0070-04