盾构施工对建(构)筑物沉降监测及分析*

王 淼，杨 喆

(1.西安市地下铁道有限责任公司，陕西 西安710018;2.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安710054)

0 引 言

随着西安市城市化进程步伐的加快，城区可利用资源越来越狭小的矛盾越来越突出，开发利用城市地下空间已成为必然趋势，城市地铁建设的兴起应运而生，相应引起的环境问题也受到了工程师和学者们极大的关注。地铁作为一种解决城市交通问题的有效手段，其在地下空间开发利用中占据重要地位，地铁路线一般错综复杂，穿越城市繁华区段是不可避免的，在外部荷载的作用下，地铁隧道的开挖往往会引起地层移动和地表下沉，对周边建筑物及设施的安全造成威胁，表现在以下几个方面:首先，由于地表下沉等，周边建筑物将随之产生沉降、倾斜，较严重时甚至可导致建筑物倒塌;其次，地表变形可引起城市交通路面的破坏;最后，开挖引起的岩层移动可造成燃气、供水等城市地下管线的破裂。由此可见，如何避免地铁施工对周围邻近建筑物所构成的威胁是地铁施工过程中的重点和难点。故分析地铁建设过程对邻近建筑物的影响并对建筑物的安全稳定性作出评估成了当前城市地铁建设过程中迫切需要研究的问题［1-3］。

地表沉降是地铁施工过程中最大的环境问题，这就需要在此过程中采取有效措施，并且根据建筑物的沉降控制标准，对地铁施工过程进行有效的管理，严格控制地表沉降，以保证周边建筑物的安全和使用，而城市地铁施工监测是保证施工安全和工程质量十分重要的措施［4-6］。在地铁施工期间，为业主提供及时、可靠的监测数据和信息，进而实时监控沿线地表重要建(构)筑物、道路以及地下管线等设施的沉降和水平变形，以便及时、准确地评定地铁施工对周边环境的影响，并对可能发生的安全隐患或事故进行预警、预报;从而，让相关单位可及时做出正确决策，避免重大事故的发生;是业主为地铁工程土建施工加设的一道安全防线，适合中国在重大工程建设领域与国际接轨的要求［7-9］。西安市地质情况复杂程度非常大，其湿陷性黄土分布之广、厚度之大、湿陷性之强处于中国城市前列，每年由此所造成的损失巨大。依据勘察结果，五路口—朝阳门段地层主要有饱和性黄土、饱和性砂土以及较厚的人工填土，处于本路段内的地铁施工所面临的工程地质条件极差，地铁隧道的开挖所面临的主要问题为上部岩土层和地表产生过大的沉降和不均匀沉降等，加之上部护城河和明城墙是西安的标志性建筑物，具有很高的历史价值，因此对该地段进行地表沉降监测则显得尤为重要。

1 工程概况

西安市地铁一号线(后围寨—纺织城段)工程的五路口站—朝阳门站区间(简称:五朝区间)隧道起讫里程为Z(Y)DK21 +536.250—Z(Y)DK22+ 384. 200(其中ZDK22 + 274. 282—ZDK22 +270.274 长链4. 008 m)，左、右线区间分别长851.958 m 和847.95 m，均采用盾构法施工，目前左、右线盾构隧道已于2011 年5 月完成贯通。

五朝区间护城河段盾构隧道主要位于老黄土层，隧道底部位于粉质粘土层区间隧道与护城河底最小净距约为8.46 m，地下水埋深约6.5 m.

右线在YDK22 +225.703—YDK22 +258.273长度约32 m 范围内穿越朝阳门护城河老桥，老桥为预制200 号混凝土拱单拱桥，桥台为80 号水泥砂浆砌块石，桥宽17.8 m，老桥扩大基础底与右线区间洞顶最小净距11.58 m.左线在老桥北穿越护城河，河宽约30 m.

右线在YDK22 +165.234—YDK22 +203.232段下穿朝阳门明城墙城门洞，本城墙于1993 年重新修缮，城墙北部为含2 层地下室的钢筋砼框架结构，门洞基础为5 排静压桩基，桩长为15.5 m，与右线竖向最小净距约0.742 m，平面最小净距为2.863 m.左线下穿朝阳门北城墙下的地下室，地下室底板埋深约3.7 m，地下室底板下承双排静压桩，桩长14.4 m，盾构隧道与静压桩平面最小净距约为2.441 m.朝阳门城墙于2010 年8 月至10 月，完成了对城墙的袖阀管注浆加固，有效加固深度3 m.

2 测点埋设及技术要求

2.1 基点及测点埋设方法

地表基准点及工作基点的埋设步骤如下:首先使用洛阳铲和工程钻机成孔［10-11］。当地表为土层时，一般采用洛阳铲开口，地表为混凝土路面等较硬地层时一般使用开孔直径为8 cm 的工程钻机开孔，其深度不宜小于1 m;然后将孔底夯实，清除孔内渣土，并向其中注入适量清水养护;随后将标号不低于C20 的混凝土倒入孔中，使用振动棒将之捣实整平，整平后的混凝土面应低于地面50 mm左右;最后将长度大于0.8 m 的钢筋插入孔中心位置，要求其头部高于混凝土面10 ～20 mm，并加保护盖养护半个月以上即成。地表基准点及工作基点埋设形式如图1 所示。

图1 地表基准标志埋设形式图(mm)Fig.1 Surface datum mark buried from sketch

建筑物上布设的基准点的埋设步骤如下:首先使用电动钻具在选定建筑物部位成孔。其成孔直径为0.65 m，深度约1.22 m;然后将空洞内渣质清除，并向其中注入适量清水养护;随后将已经搅拌均匀的锚固剂注入到孔内;最后将观测标志放入其中，并用锚固剂将观测标志和孔洞侧壁之间的空隙填实，养护半个月以上即成。埋设形式如图2 所示。

图2 建筑物基准标志埋设形式图(mm)Fig.2 Reference mark buildings buried form sketch

不同结构的建(构)筑物采用不同的埋点形式，钢结构建(构)筑物的测点一般采用焊接式，框架、砖混结构建(构)筑物的测点一般采用钻孔埋入式，对于一些装修较好的建(构)筑物，为不破坏其外表，其测点一般采用隐蔽式。

2.2 埋设技术要求

1)沉降监测点在埋设时一定要尽量避开城市雨污管道、地下电缆线等妨碍观测的障碍物［12-13］。

2)立尺一般要和墙(柱)面有一定距离，并应离开地面，一般不小于室内地坪20 ～50 cm.

3)为防止腐蚀，一般在测点埋设完后，要在监测点的断头部位涂防腐剂。

3 监测结果与分析

朝阳门护城河老桥和朝阳门城墙为五朝区间盾构施工段重要监测对象，监测点位严格按照设计图纸结合现场情况埋设，同时盾构下穿施工期间加大了对现场巡视和监测。

朝阳门护城河老桥的监测项目有:老桥基础沉降、老桥桥拱沉降、老桥桥拱收敛3 个监测项目，朝阳门城墙的监测项目有:朝阳门城墙构筑物主体沉降和城墙周边地表沉降2 个监测项目。其监测结果如图3 ～7 和见表1.

图3 护城河老桥基础沉降量随时间变化曲线图Fig.3 Settlement of the moat old bridge foundation with times

图4 护城河老桥拱顶沉降量随时间变化曲线图(部分监测点)Fig.4 Settlement of the moat of old bridge vault with times(part of the monitoring)

图5 护城河老桥桥拱净空收敛变化曲线图Fig.5 Settlement of the moat old bridge arches headroom convergence with time

图6 城墙主体地表沉降量随时间变化曲线图(部分监测点)Fig.6 Ground surface settlement of the principal parts of the wall with time (part of the monitoring)

图7 城墙周边地表沉降量随时间变化曲线图(部分监测点)Fig.7 Ground surface settlement of the surrounding wall with time (part of the monitoring)

盾构下穿护城河、朝阳门城墙期间，护城河老桥和朝阳门城墙均出现了盾构掘进工后正常变形沉降，但沉降变化趋势较缓，至盾构掘进出变形影响范围后趋于稳定。其中，护城河老桥最大累计沉降量为5.1 mm，最大差异沉降量为1.6 mm，最大累计桥拱沉降量为2.4 mm，最大累计桥拱收敛为1.8 mm;朝阳门城墙主体最大累计沉降量为4. 5mm，周边地表最大累计沉降为5.2mm;各监测项最大累计沉降量均在控制值的25% 之内［14-15］，且无突变现象。现场巡视正常，无新增裂缝、无凹凸现象，隧道内无渗水情况。

表1 各监测项目监测情况一览表Tab.1 Schedule about monitors circumstance of monitoring programs

结合现场监测和巡视情况，分析判定在盾构机穿越护城河和城墙期间，盾构掘进对构筑物护城河老桥和明城墙变形影响较小，盾构机掘进出影响范围后，监测数据稳定，该老桥和明城墙处于安全可控状态。

4 结 论

1)护城河老桥及城墙监测点埋设符合设计和方案要求，埋点科学合理，监测方法正确，监测数据采集真实有效，数据处理准确，信息反馈及时清晰。

2)对地质条件复杂或地面有特殊建(构)物的地段，在该地段进行盾构施工时，应对其进行地表沉降监测、沉降速率监测、收敛监测等综合方法，以确保上部建(构)物的安全。

3)监测点沉降量曲线图表明，盾构法施工对其上部老桥和明城墙变形影响较小，本次监测可为后期地铁工程的设计、建设和维修管理提供经验。

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