地铁盾构控制测量方法探讨

薛伟 张海

【摘要】盾构施工是地铁施工安全的重要保证，本文对地铁盾构施工测量和监控进行分析，以供参考。

【关键词】地铁盾构；选型；测量；监控

一、前言

地铁是现代城市的重要出行方式。城市建设中地铁的建设是关系到国计民生的大事。盾构技术是地铁施工的安全保证，也是地铁施工的关键技术。

二、盾构选型

根据工程需求（隧道尺寸、长度、覆土厚度、地层状况、环境条件等）选定盾构机类型（具体构造、稳定掘削面的方式、施工方式等）的工作，简称为盾构选型。盾构机选型主要根据隧道工程设计及施工条件、施工规范及标准等方面；根据各工程的地质及水文特点对盾构结构形式、驱动方式、主要技术参数、后配套的配置要求等进行调查研究；借鉴国内外先进技术和经验，从经济实用、安全可靠及技术层面进行综合考虑。现在地铁盾构施工大部分均采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构。根据日本盾构施工经验，当地层中的黏土含量不足10%时，不建议使用泥水平衡盾构。当土层中黏土含量不足时，若使用泥水平衡盾构在开挖面上很难形成泥膜，开挖面易坍塌。通常而言，细颗粒渣土容易形成不透水的塑流体，能在土仓内填充密实，适用于土压平衡盾构；粗颗粒渣土流塑性差，难以填充密实，适用于泥水平衡盾构。盾构选型一般分为3个阶段：初步调查阶段、基本调查阶段和详细调查阶段。土层的流动性、可塑性、渗透性等情况，是盾构选型最基本的依据。盾构掘进会对地上建筑物、地下建筑带来不同程度的影响，因此，对施工周边环境的保护，也影响盾构的选型。

三、盾构方案比选

盾构机选型一般按照适用性、先进性、可靠性、经济性相统一的原则进行，且所选的机型要能尽量在确保开挖面稳定、施工安全可靠、地面建筑物安全的基础上减少辅助工法的使用。单从技术上来说，百—化区间选用土压平衡盾构还是选用泥水平衡盾构都是可行的，但究竟哪类盾构更适用，大致可从以下几个方面予以分析：

1、施工进度。由于地层的原因，若是采用土压平衡盾构施工，为了能形成具有塑流性的渣土，则需要添加大量的膨润土、泡沫、聚合物等进行土体改良，不仅需要在地面设置添加剂存储场地，而且还直接增加了洞内的运输量，在很大程度上制约了施工进度。而泥水平衡盾构则采用管道以流体形式将开挖渣土运输至地面，各个工序之间连续性强，有利于提高施工进度。

2、地表沉降。用土压平衡盾构进行隧道掘进地表沉降会较高，不利于地面建筑物的安全。相反，泥水平衡盾构的压力控制精度则要高许多，泥水压力的控制精度一般都在±0.01MPa，地表沉降会低于5mm。

3、装机功率。土压平衡盾构土仓内土体混合占用了很大的功率，而相比较而言泥水平衡盾构的装机功率要比土压平衡盾构小很多。

4、刀盘及刀具的磨损。土压平衡盾构由于装机功率高会造成刀盘及刀具磨损严重，很大一部分功率都消耗在土仓内土体的混合和地层与刀盘及刀具之间的摩擦上。根据以往的施工经验数据，相同直径的2种盾构机型的磨损率与其装机功率成正比，因此土压平衡盾构的刀盘及刀具的磨损相对来说比泥水平衡盾构严重，这会导致经常换刀，不仅安全性差，而且很大程度上影响了施工进度。由于泥水平衡盾构的刀具在泥水环境中工作，泥水的冷却与润滑作用使得刀具磨损较小，有利于长距离掘进，可减少或避免中途换刀，不仅降低了盾构法施工风险，也节省了成本，提高了施工进度。

四、盾构区间控制测量

由于条件的限制，盾构区问隧道平面控制网的布设只能布设成导线，因此，要求布设的导线测回数和仪器等级高于精密导线的要求。隧道导线应尽量沿线路中线布设，边长要接近等边，避免长短边相接，尽量布设成多边形闭合导线或主副导线环。由于后期沉降等因素，每1/4区间隧道长应该从车站底板控制点开始重测隧道内控制网。如导线边长较短，在曲线段，测回问仪器和目标应重新对中，以提高精度。每次测量完成，都要同车站底板控制点进行整体平差，各次测量成果再进行加权平差；

五、盾构机出洞控制测量

洞門钢环最大允许盾构机贯通偏差160mlTl，测量规范要求：横向误差限差100mm，纵向50mm。除了测量误差，还有施工误差，净空要求，所以真正留给测量的限差很少，留给控制测量的限差就更少了。盾构机出洞前的控制测量是整个控制测量中最重要的一环，需要对地面区间、车站、联系测量点、盾构始发基点、盾构接收基点全部重新测量并进行整体平差，且需要对隧道区问内导线重新测量，必要时全自动陀螺经纬仪进行定向，确保盾构机顺利出洞。

六、地铁盾构监测内容

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。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

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30～40m内，按照每隔20m布设变形监测的断面；其他影响区域则是每隔50m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。

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。

4、隧道管片水平收敛监测

在盾构隧道施工监测时，应每隔10m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。

七、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。

八、结束语

综上所述，进行盾构施工，要对建筑物进行详细的调查，对存在的风险进行评估，采取有效的方法，保证施工顺行。

参考文献

[1]陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术人民交通出版社[M]，2013

[2]叶耀东，琚娟，王如路等.盾构穿越运营地铁隧道施工技术探讨[J].施工技术，2014，21，（17）：65

[3]秦建设.盾构隧道开挖面失稳事故分析[J].浙江建筑，2014，25（47）：11