衬背注浆及其监控量测技术

1、衬背注浆及其监控量测技术第五轨道交通工程队 吕岩目录目录一、工程简介一、工程简介二、衬背注浆二、衬背注浆 2.1同步注浆 2.2二次注浆三、监控量测三、监控量测 3.1 变形监测基准点及监测点的布设 3.2 桥梁及周围建筑物沉降监测点的布设 3.3 地表沉降监测点的布设 3.4 隧道隆沉监测点的布置 3.5 数据整理、分析及反馈 3.6 监测频率 3.7 监测工作报警指标 3.8 监测成果提交2#2#盾构始发井盾构始发井DK38+359DK38+359位于东莞市大朗镇大井头村，施工左位于东莞市大朗镇大井头村，施工左线隧道长线隧道长2925m2925m，盾构机于，盾构机于20122012年年8

2、8月始发，至月始发，至20142014年年6 6月掘月掘进进870870环。隧道区间地质复杂，全断面软岩、上软下硬、全环。隧道区间地质复杂，全断面软岩、上软下硬、全断面硬岩交替出现，属于标准的复合地层，地表房屋密集，断面硬岩交替出现，属于标准的复合地层，地表房屋密集，沿线房屋覆盖率高达沿线房屋覆盖率高达90%，且多为老旧无基础的土砖房，道，且多为老旧无基础的土砖房，道路空间狭小，地表注浆加固困难，因此盾构掘进风险系数极路空间狭小，地表注浆加固困难，因此盾构掘进风险系数极大。大。一、工程简介一、工程简介1#1#盾构井盾构井2#2#盾构井盾构井风井风井左线左线左线左线1#1#盾构始发井盾构始发井D

3、K33+951DK33+951位于东莞市大朗镇黎贝岭村，位于东莞市大朗镇黎贝岭村，施工左线隧道长施工左线隧道长1452m1452m，盾构机于，盾构机于20112011年年1111月始发，月始发，20142014年年4 4月贯通。隧道区间以全断面硬岩为主，岩石硬月贯通。隧道区间以全断面硬岩为主，岩石硬度平均在度平均在80MPa80MPa以上，隧道最大埋深以上，隧道最大埋深42m42m，纵坡，纵坡24.4 24.4 ，地下水丰富，因此盾构掘进困难。，地下水丰富，因此盾构掘进困难。土压平衡盾构机土压平衡盾构机大朗镇大井头村大朗镇大井头村盾构左线盾构左线盾构右线盾构右线3030米边界线米边界线掘进方向

4、掘进方向地表密集房屋地表密集房屋密集的建筑群密集的建筑群狭小的街道和简易、狭小的街道和简易、脆弱的老旧房屋脆弱的老旧房屋二、衬背注浆二、衬背注浆由于盾构机刀盘的开挖直径大由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径，管片拼装完毕并于管片外径，管片拼装完毕并脱出盾尾后，与土体间形成一脱出盾尾后，与土体间形成一个环形间隙，简称施工间隙。个环形间隙，简称施工间隙。施工间隙如果不及时得到填充，施工间隙如果不及时得到填充，势必造成地层变形，使相邻地势必造成地层变形，使相邻地表的建筑物、构筑物沉降或隧表的建筑物、构筑物沉降或隧道本身偏移。因此衬背注浆是道本身偏移。因此衬背注浆是盾构法中必不可少的关键性辅盾构法中必

5、不可少的关键性辅助工法，合理的衬背注浆是盾助工法，合理的衬背注浆是盾构掘进施工安全顺利的保证。构掘进施工安全顺利的保证。衬背注浆目的：衬背注浆目的：1.1.控制地表沉降控制地表沉降2.2.控制管片的稳定性控制管片的稳定性3.3.提高隧道抗渗能力提高隧道抗渗能力4.4.预防盾尾水源流入密预防盾尾水源流入密封土仓而造成喷涌封土仓而造成喷涌衬背注浆形式衬背注浆形式: :1.1.同步注浆同步注浆2.2.二次注浆二次注浆2.12.1同步注浆同步注浆同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行。浆液在盾尾空隙形向前推进盾尾空

6、隙形成的同时进行。浆液在盾尾空隙形成的瞬间及时起到充填作用，从而使周围岩体获得及时成的瞬间及时起到充填作用，从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。在地层稳定性差，采用在地层稳定性差，采用EPB模式掘进时，同步注浆的重模式掘进时，同步注浆的重要意义更为明显。要意义更为明显。理论注浆方量：理论注浆方量：Q=（8.86-8.5）/4*3.14*1.6=7.8 m实际注浆方量：实际注浆方量：Q1=Q* 注入率，一般为130%180%浆液配比及主要物理力学指标浆液配比及主要物理力学指标地层地层软土层软土层上软下硬上软下硬全断

7、面硬岩全断面硬岩注入率1.51.41.1实际注浆方量11-12m10-11m8-9m水泥水泥粉煤灰粉煤灰砂砂膨润土膨润土水水初凝时间初凝时间7d强度强度（MPa）压注效果压注效果硬岩段12042067010040046h2不常堵管软土段9045070010037068h2不常堵管良好的浆液性能体现良好的浆液性能体现在以下几个方面：在以下几个方面：1 1、浆液充填性好；、浆液充填性好；2 2、浆液和易性好；、浆液和易性好；3 3、浆液初凝时间适当，、浆液初凝时间适当，早期强度高，浆液硬化后早期强度高，浆液硬化后体积收缩率小；体积收缩率小；4 4、浆液稠度合适，以不、浆液稠度合适，以不被地下水过度

8、稀释为宜。被地下水过度稀释为宜。注浆压力控制：注浆压力控制：同步注浆压力一般为同步注浆压力一般为3-3-5bar5bar1 1、不得大于尾盾密封压力、不得大于尾盾密封压力2 2、不得大于管片能承受的、不得大于管片能承受的最大压力最大压力3 3、根据管片脱出盾尾后的、根据管片脱出盾尾后的位移情况及时进行调整位移情况及时进行调整4 4、根据地表建筑物沉降情、根据地表建筑物沉降情况及时进行调整况及时进行调整2.22.2二次注浆二次注浆二次注浆在复合地层盾构施工尤为重要，二次注浆在复合地层盾构施工尤为重要，使管片背后填充密实且浆液能在短时间使管片背后填充密实且浆液能在短时间瞬凝和提高浆液的早期强度，让

9、管片和瞬凝和提高浆液的早期强度，让管片和土层快速成为一个整体使其均匀受力。土层快速成为一个整体使其均匀受力。具有固定管片、防止隧道渗漏水、防止具有固定管片、防止隧道渗漏水、防止地表沉降、防止管片上浮的作用。地表沉降、防止管片上浮的作用。二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆。二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆。具体作用如下：具体作用如下：1.1.补足一次注浆未充填的部分；补足一次注浆未充填的部分；2.2.补充由浆体收缩引起的体积减小；补充由浆体收缩引起的体积减小；3.3.以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。由于本段盾构施工由于本段盾构

10、施工地下水丰富，二次地下水丰富，二次注浆采用水泥浆与注浆采用水泥浆与水玻璃的混合浆液，水玻璃的混合浆液，胶凝时间控制在胶凝时间控制在15s15s，注浆压力小，注浆压力小于于5bar5bar。n工程实例实例：实例：盾构掘进至全断面硬岩段时，由盾构掘进至全断面硬岩段时，由于地下水丰富，管片出现上浮，于地下水丰富，管片出现上浮，成环管片顶部连续数环出现成环管片顶部连续数环出现1cm1cm左右的错台。左右的错台。措施：措施：1.1.调整同步注浆浆液配比，缩短调整同步注浆浆液配比，缩短浆液胶凝时间，及时固定管片浆液胶凝时间，及时固定管片2.2.再次复紧螺栓，固定管片，防再次复紧螺栓，固定管片，防止错台继

11、续增大止错台继续增大3.3.管片底部放水，减小水压，防管片底部放水，减小水压，防止错台继续增大止错台继续增大4.4.管片顶部进行二次注浆，直到管片顶部进行二次注浆，直到底部有浆液流出底部有浆液流出三、监控量测三、监控量测地表监测是为了预测在施工过程中对地表监测是为了预测在施工过程中对地层的不同扰动程度。地层中的应力地层的不同扰动程度。地层中的应力扰动区延伸及扩散，有可能引起地表、扰动区延伸及扩散，有可能引起地表、附近重要或高大建筑物产生沉降、隆附近重要或高大建筑物产生沉降、隆起或倾斜，根据地表监测成果及时反起或倾斜，根据地表监测成果及时反馈信息指导和控制施工。同时为盾构馈信息指导和控制施工。同

12、时为盾构机在掘进过程中正确调整技术参数提机在掘进过程中正确调整技术参数提供信息，优化设计及施工参数，使隧供信息，优化设计及施工参数，使隧道施工时达到优质、安全、经济合理、道施工时达到优质、安全、经济合理、施工快捷的目的。施工快捷的目的。地表监测的意义在于：使工程施工在可靠状态，满足设计及施地表监测的意义在于：使工程施工在可靠状态，满足设计及施工要求，使工施工过程中的地表允许隆陷值（工要求，使工施工过程中的地表允许隆陷值（10/-30mm）。）。序号序号监测项目监测项目位置或监测对象位置或监测对象测点布置测点布置（个、孔）（个、孔）测点布置测点布置仪器设备仪器设备1 1基准点的布置基准点的布置施

13、工影响范围外的稳固施工影响范围外的稳固地区地区1010整线越，按每左右范围内布置一个整线越，按每左右范围内布置一个基准点，共基准点，共1010个基准点个基准点切割机、混凝土、切割机、混凝土、基准点基准点2 2监测点的布置监测点的布置施工影响范围内的建筑施工影响范围内的建筑物及隧道管片物及隧道管片2500+17602500+1760房屋及桥梁约房屋及桥梁约25002500个监测点隧道隆个监测点隧道隆沉约沉约17601760个监测点个监测点冲击钻、监测点冲击钻、监测点3 3桥梁沉降监测桥梁沉降监测施工影响范围内的桥梁施工影响范围内的桥梁6 6每个桥墩布置每个桥墩布置1 1个监测点个监测点电子水准仪

14、电子水准仪4 4地表沉降监测地表沉降监测施工影响范围内的地表施工影响范围内的地表每监测断面约每监测断面约1010个监测点个监测点每一个监测断面，通过既有建筑物每一个监测断面，通过既有建筑物时，按一个监测断面布设及监测时，按一个监测断面布设及监测电子水准仪电子水准仪5 5房屋沉降监测房屋沉降监测施工影响范围内的房屋施工影响范围内的房屋25002500每个房屋平均每个房屋平均5 5个监测点，总过穿越个监测点，总过穿越约约500500栋房屋栋房屋电子水准仪电子水准仪6 6隧道隆起、沉隧道隆起、沉降降左右两条隧道管片上左右两条隧道管片上17601760每隔布置一个监测点每隔布置一个监测点电子水准仪电子

15、水准仪莞惠城际轨道莞惠城际轨道GDK38+359.000GDK33+951.219段监测内容表段监测内容表 3.1 3.1 变形监测基准点及监测点的布设变形监测基准点及监测点的布设在隧道基坑影响范围外、稳固的地在隧道基坑影响范围外、稳固的地方按约方按约500m左右范围布置一个沉左右范围布置一个沉降基准点，共布置降基准点，共布置10个沉降基准点。个沉降基准点。具体的布置位置根据现场实际情况具体的布置位置根据现场实际情况确定。基准点的布设，一般采用钻确定。基准点的布设，一般采用钻孔灌注法，标石底部应埋设在天然孔灌注法，标石底部应埋设在天然致密层以下，并浇注混凝土基础。致密层以下，并浇注混凝土基础。

16、也可借助于既有环境，利用基岩或也可借助于既有环境，利用基岩或坚固的永久性建筑物上凿埋标志；坚固的永久性建筑物上凿埋标志；对符合高程基准点布设技术要求的对符合高程基准点布设技术要求的平面控制点，也可以合理选用。在平面控制点，也可以合理选用。在建筑区内，点位与邻近建筑物的距建筑区内，点位与邻近建筑物的距离应大于建筑物基础宽度的离应大于建筑物基础宽度的2倍，倍，其埋深应大于邻近建筑物基础的深其埋深应大于邻近建筑物基础的深度。常用岩层与土层沉降、水平位度。常用岩层与土层沉降、水平位移基准点示意图如图所示：移基准点示意图如图所示：常用基准点示意图常用基准点示意图3.2 3.2 桥梁及周围建筑物桥梁及周围

17、建筑物沉降监测点的布设沉降监测点的布设盾构施工穿越桥梁及大量盾构施工穿越桥梁及大量的房屋建筑群，考虑到盾的房屋建筑群，考虑到盾构施工时候，地层会有部构施工时候，地层会有部分脱空，地表会出现沉降，分脱空，地表会出现沉降，会对周围的桥梁、建筑物会对周围的桥梁、建筑物等产生一定的影响，桥梁、等产生一定的影响，桥梁、房屋监测点的布置示意图房屋监测点的布置示意图如图所示如图所示: :“L”字型水平埋入点桥梁、房屋监测点标字型水平埋入点桥梁、房屋监测点标示意图示意图3.3 3.3 地表沉降监测点的布设地表沉降监测点的布设在隧道施工影响范围内的地表布设沉降监测点，每个监测断在隧道施工影响范围内的地表布设沉降

18、监测点，每个监测断面监测点的布设位置如图所示，整个监测路线中，按设计要面监测点的布设位置如图所示，整个监测路线中，按设计要求，每求，每30米布设一个监测断面，过既有建筑物时加密，按每米布设一个监测断面，过既有建筑物时加密，按每10米布设一个监测断面。米布设一个监测断面。地表沉降监测点布设示意图地表沉降监测点布设示意图3.4 3.4 隧道隆沉监测点的布置隧道隆沉监测点的布置为了解隧道的变形情况，在隧为了解隧道的变形情况，在隧道拼装管片后，在隧道的管片道拼装管片后，在隧道的管片顶部或底部布置沉降监测点，顶部或底部布置沉降监测点，在注浆过程中，地层脱空，以在注浆过程中，地层脱空，以及隧道底部的土体消

19、失，底部及隧道底部的土体消失，底部压力减小，隧道底部隆起变形，压力减小，隧道底部隆起变形，了解在施工完毕后隧道的变形了解在施工完毕后隧道的变形情况，预防管片受力不均与产情况，预防管片受力不均与产生变形，影响隧道的正常使用，生变形，影响隧道的正常使用，在管片拼装后布置沉降监测点。在管片拼装后布置沉降监测点。隧道变形监测范围示意图隧道变形监测范围示意图隧道沉降监隧道沉降监测点测点新建、既有桥梁，既有建筑物及地表的沉降监测，为了提高监测精度，应按以下规定进行：1）担任长期监测的工作人员固定，以利于工作的连续性和掌握工作的全过程；2）测量仪器及测量线路、顺序需固定；3）对监测点的测量应选择在凌晨以后气

20、温变化较为稳定、车流量较小的时段进行，以尽量消除因气温变化、车辆振动所引起的误差；4）测量人员必须精通测量专业知识和相关工作经验，具有变形观测方案实施能力；5）测量仪器必须满足相应的精度要求，且在使用前须使各项计量特性得到确认。在现场实际监测时，一般采取下列措施减小误差，保证监测精度；6）观测在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；7）尽量选择在每一天同一时间内进行观测，观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定；8）每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测，其误差不得超过0.6 mm（n为测站数）。3.5 3.5 数据整理

21、、分析及反馈数据整理、分析及反馈盾构施工监测的所有数据应及时整理并绘制成有关的图表，施工监测数据的整理和分析必须与盾构的施工进度、参数采集相结合，大多数监测项目的实测值的变化与时间与空间位置有关，因此，在时程曲线上要尽量表明盾构推进的位置，而在纵向和横向沉降槽曲线、深层沉降和水平位移曲线等的图表上面，要绘出典型工况和典型时间点的曲线。采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。绘制测点时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图。如果位移的变化随时间而渐趋稳定，说明隧道结构及周围土层处于稳定状态，如图中的正常曲线。图

22、中的反常曲线中，出现了反弯点，这说明位移出现反常的急骤增长现象，表明隧道结构体系已呈不稳定状态，应立即采取措施进行处理。在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测下一步土体的变形和位移。正常曲线0反常曲线(d)0正常曲线反常曲线位移（mm）位移（mm）(m)时间时间-位移曲线和距离位移曲线和距离-位移曲线位移曲线3.6 3.6 监测频率监测频率施工监测工作基本上伴随盾构施工的全过程，盾构施工前布置好监测点，并且校准基准网，监测2次结果取平均值作为初始值。各项监测工作的监测频率随施工进程而变化。序号序号监测项目监测项目位置或监测对象位置或监测

23、对象监测频率监测频率1 1监测基准网监测基准网基准网基准网每每2 2个月校核一次个月校核一次2 2施工影响范围内施工影响范围内桥梁、房屋等桥梁、房屋等房屋、桥梁沉降监测点房屋、桥梁沉降监测点掘进面前后掘进面前后20m时，测时，测12次次/天天掘进面前后掘进面前后50m时，测时，测1次次/周周3 3地表隆陷地表隆陷隧道施工影响范围内地表隧道施工影响范围内地表4 4隧道隆陷隧道隆陷隧道管片隧道管片 当出现下列情况时，监测单位协同委托方研究加密监测次数： （1）监测数据达到报警值。 （2）监测数据变化较大或者速率较快。 （3）存在勘察未发现的不良地质。 （4）超深、超长开挖或未及时注浆等违反设计工况

24、施工。 （5）支护结构出现开裂。 （6）周边地面突发较大沉降或出现严重开裂。 （7）邻近建筑物突发较大沉降、不均匀沉降或出现严重开裂。 （8）当或场地出现危险征兆时，对影响范围内进行连续监测。3.7 3.7 监测工作报警指标监测工作报警指标 隧道工程发生重大事故前都有预兆，这些预兆首先反映在监测数据中，要从数据中发现工程问题，则需通过确定监控报警值来实现。 而报警值的确定又是一个比较复杂的过程，具体报警的大小取决于工程、工况等具体条件，又根据监测点的重要程序不同，而有所不同。 在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。在隧道工程监测中，

25、每一项监测的项目都应该根据工程的实际情况、周边环境和设计计算书，事先确定相应的监控报警值，用以判断隧道结构的受力情况、位移是否超过允许的范围，进而判断隧道施工的安全性，决定是否对设计方案和施工方法进行调整，并采取有效及时的处理措施。 根据以往经验以铁路隧道喷锚构筑法技术规则的级管理制度作为监测管理方式。 表中：U0实测位移值 Un允许位移值管理等级管理等级管理位移管理位移施工状态施工状态U0Un/3可正常施工可正常施工Un/3U02Un/3应注意，并加强监测应注意，并加强监测U02Un/3应采取加强支护等措施应采取加强支护等措施 根据盾构施工设计要求，确定施工影响范围内的地表、桥梁、房屋监测点，监测项目的警戒值及控制值参考莞惠城际轨道其他标段