轨道交通盾构施工监测技术运用

2023-11-09姚德峰

工程建设与设计 2023年20期

姚德峰

（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101）

1 引言

轨道交通线路穿越老城区时，建筑物与施工区间会形成复杂的空间关系，施工人员必须根据相关数据加强分析研究，结合地质水文条件及周边环境，采用合适的施工方法。盾构法是一种在软土和软岩中均能获得良好效果的隧道施工方法，但同时也会引发意外情况。通过全面、准确的监测技术，能够获取相关的变形数据，及时采取有效措施，防止不良影响的进一步扩大。

2 工程概况

郑州市轨道交通5#线工程花园路站—经三路站区间工程，自经三路站西端盾构井始发，沿黄河路向西敷设，至花园路站东端盾构井处接收，区间长度约为643.8 m。河南省供销合作社家属院位于郑州市政六街—政七街间黄河路南侧，建造于20 世纪80 年代初。区间左线侧穿23#楼，最近距离为0.36 m；侧穿11#楼，最近距离2.11 m。右线隧道下穿23#楼、11#楼、综合楼，穿越长度207.890 m。侧穿22#楼，最近距离1.73 m。在竖向空间上，区间右线下穿23#楼、侧穿22#楼，区间隧道顶距离居民楼竖向距离为8.52～9.14 m。右线下穿11#楼、左线侧穿11#楼，区间隧道顶距离居民楼竖向距离为9.18～10.32 m。右线下穿综合楼，区间隧道顶距离居民楼竖向最大距离10.36 m。

3 轨道交通盾构施工监测技术运用

3.1 盾构施工工艺

盾构机由经三路站始发，花园路站接收。为避免盾构刚进洞即下穿既有的居民楼，盾构区间先施工左线，左线施工完成后，再利用左线施工经验指导右线施工。左右线应分别设置试验段，试验段长度为100 m。试验段施工注入克泥效，检验克泥效工法效果，以选取合理的克泥效注入参数和盾构施工参数。在到达风险源前，全面检查和维护盾构机，包括刀具、刀盘、注浆系统、监控系统、密封系统、千斤顶等主要设施，保证机械设备处于良好的运行状态。加强对同步注浆量、浆液质量、注浆压力的控制。盾构推进施工时，及时填充隧道壁后管片空隙，并加强监控量测。在施工中，做到勤量测、速反馈，及时掌握重要建构筑物沉降情况，若监测数据达到黄色预警值时，应加强监测；达到橙色报警值，应立即进行二次补充注浆，直至土体变形稳定，若发现建筑物与地面沉降超限达到红色预警控制值，并且可能出现影响房屋安全的情况，应立即停止推进。区间下穿和侧穿房屋段管片增设注浆孔，采用径向注浆加固。

3.2 监测方案设计

区间接收风险等级为二级，周边环境最大风险等级为一级，根据GB 50911—2013 《城市轨道交通工程监测技术规范》，本工程监测等级为一级，监测范围为工程自身施工及影响范围内的周边环境和岩土体。采用自动化监测与人工监测相结合的监测方式，通过静力水准仪、水准仪、游标卡尺等设备、设施监测建筑物沉降及差异沉降。周边环境监测主要为自动化监测法，辅以人工监测，监测频率应满足监测对象所测项目的重要变化过程。根据设计文件及评估文件要求，在对房屋加固前即进行自动化监测，直至工程完成为止，贯穿于整个施工全过程。自动化监测设计周期为6 个月，人工监测设计周期为8 个月。同时，加强现场巡查管理，着重将家属楼、地下管线、周边道路及地表、裂缝等作为巡查对象，现场巡查频率、周期与人工监测保持一致。当存在勘察未发现的不良地质条件、周边环境发生较大沉降、不均匀沉降造成监测数据异常或变化速率较大等特殊情况时，应立即提高监测频率。科学制定监测控制值和预警管理标准，当监测项目监测数值超过控制值时，应及时采取妥善的处置措施，保证施工过程安全、顺畅。各监测项目的监测点均应在房屋加固前一周完成监测点布设，并进行初始值的采集工作。初始值采集应取3 次测量值的平均值作为各监测项目监测点的初始值[1]。

3.3 自动化监测与人工监测技术结合运用

3.3.1 建筑物沉降及差异沉降监测

因在盾构下穿期间，供销社家属楼风险系数较高，设计要求监测频率较密，人工监测无法保证所需要的日常监测工作，所以，采用自动化监测技术，通过静力水准仪对23#楼、11#楼、综合楼3 栋建筑物进行全天候不间断监测。通过计算机平台进行数据处理，确保在盾构施工期间监测数据反馈的准确性和及时性，如果出现异常状况，能够及时给予科学指导，保证施工安全可控。在23#楼、11#楼、综合楼南侧及23#楼西侧两个单元1 楼地基基础上布设静力水准仪，其他单元全部布设在2 楼区域。各监测项目控制值见表1。

表1 各监测项目控制值

在开展自动化监测时，同步进行人工监测。按照设计文件、安全评估报告及现场情况，监测范围取1.5～2.0 倍隧道埋深，在建筑物四角、新旧连接、高低悬殊、伸缩缝、不同埋设基础两侧和沉降缝等部位，沿外墙间隔10～15 m，或间隔2～3 根柱基布点，且每侧不少于3 个监测点。建筑物内部监测点布置在每根结构柱或承重墙下。同时，在盾构影响范围之外，设置人工水准基准点，用于校核静力水准基准点。监测点埋设要满足相关技术要求，采用预制件进行竖向位移监测点埋设。将外露端顶部加工成球形，标志采用钻孔埋入的方式，用锚固剂把周围缝隙回填密实，严格控制各距离尺寸。埋设测点时，应尽可能避开障碍物，比如，电器开关、窗台线、雨水管等。根据立尺需要，与墙柱面及地面保持一定距离，埋设完毕后，在端头立尺部位做好防腐处理[2]。

本工程自动化监测采用压力式静力水准仪，经过实践验证，该仪器设备具备良好的操作性和精确度。由计算机及相关数据采集管理软件构成信息管理系统，能够实现远程在线监测，进行高效的数据处理和成果输出。通过分析计算各期变形观测点高程值，得到各期阶段变形速率、阶段沉降量以及累计沉降量，遵循监测点稳定性分析和监测点预警判断分析原则，基于平差计算结果，合理判断监测点的有效变动情况，根据阶段变形速率和累积变形量与设计控制值的对比，判断相应警戒状态。如果出现预警，应该结合施工情况和巡查信息，着重检查盾构掘进参数、注浆压力及注浆量等相关方面，通过综合分析得出科学论断，并及时采取有效处置措施。为了提高建筑物沉降及差异沉降的准确性，本工程采用自动化监测与人工监测成果相互校正分析的方法，通过两种监测方法的数据比对与校验，保证监测数据的准确性和全面性，以指导信息化监测施工。

3.3.2 道路及地表沉降监测

盾构隧道穿越及邻近工程，会对地表下方土体进行扰动，从而造成地表变形，甚至开裂、塌陷等事故。根据设计文件要求，本工程花园路站盾构接收端100 m、下穿建筑物范围内在沿隧道轴线上方，每隔5 m 布置1 个地表沉降测点，每隔20 m设1 个监测断面，每个主断面设13 个监测点，测点的埋设要符合相关技术要求。采用几何水准测量的方法进行地表竖向位移观测，并采用天宝DINI03 电子水准仪，通过内置记录软件记录外业观测相关数据。严格按照垂直沉降监测三等技术要求施测，将道路及地表竖向位移监测点纳入附和或闭合路线观测。在特殊情况下，可以采用间视法观测。当水准测量采用闭合水准路线时，可以只观测单程，如果采用附合水准路线，那么则应该往返观测。严格按照观测顺序执行，取2 次观测高差中数进行平差，主水准路线视线长度不能超过50 m，观测前后视的距离较差不能超过2 m，前后视距差累积值不能超过3 m，视线离地面高度不能小于0.3 m。地表沉降监测点布置如图1 所示。

图1 地表沉降监测点

本工程监测点按照三等垂直位移监测精度进行观测，能够达到垂直变形监测要求。在监测开始前、过程中、结束后，都要对仪器设备进行检验，正确设置各项控制参数。如果出现与仪器设备有关的异常结果，要及时进行检验和校正。监测过程中，应做到测站固定、仪器固定、人员固定，在标尺分划线成像稳定的条件下进行观测，同时，还应注意外部环境的影响，保证仪器温度与外界温度的一致性。数字水准仪的望远镜要避免太阳直射，不得遮挡视线。如果出现较大振动，要适当增加重复观测次数。每测段往测和返测的测站数应该为偶数。当从往侧转向反侧时，注意仪器设备的重新整置。完成附和或闭合路线时，注意检查电子记录的附和或闭合差情况。观测完成后，形成原始电子观测文件，使用专业水准网平差软件严密平差，平差后数据应该精确到0.1 mm，最后得到各点高程值。通过高程值计算沉降数据，得到道路及地表沉降情况，分析施工活动的影响程度和影响范围[3]。

3.3.3 地下管线沉降及差异沉降

按监测断面间距5～15 m 布点，在位移变化敏感处、变径处、拐弯处单加测点。对于埋设在3 m 及以上的管线，可采用位移杆法侧埋至管底旁的测点形式；对于埋设在3 m 以下的管线，将位移杆底部埋至管线上方2 m 左右。如果2 条管线外皮水平距离在2 m 之内，可以按1 条管线处理；2 条管线外皮水平距离大于2 m 时，应分别考虑各布点。观测点埋设时，有检查井的管线应打开井盖，直接将监测点布设到管线上或管线承载体上；无检查井的管线可在对应的地表埋设间接观测点。管侧土体竖向位移测点布设在管线旁边，测杆深度应与管外底标高持平。管线竖向位移测点埋设时，应注意准确调查核实管线位置，确保测点能够准确反映管线变形。采用钻孔埋设方式测点埋设前，应探明有无其他管线，确保埋设安全。地下管线沉降及差异沉降监测方法、数据采集及分析处理同道路地表沉降监测相关内容，通过变形观测点各期高程值，计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。