地铁盾构隧道施工监测

第12章地地铁盾盾构隧隧道施施工监监测主要内内容概述施工监监测内内容与与方法法地铁盾盾构隧隧道监监测方方案设设计监测数数据整整理与与分析析工程实实例12.1概述概述盾构掘掘进机机是集集机、、电、、液、、传感感、信信息技技术于于一体体，具具有开开挖切切削土土体、、输送送土碴碴、拼拼装隧隧道衬衬砌、、测量量导向向纠偏偏等功功能的的工程程机械械。盾构法法隧道道的基基本原原理是是利用用一件件有形形的钢钢质组组件沿沿隧道道设计计轴线线开挖挖土体体而向向前推推进。。这个钢钢质组组件在在初步步或最最终隧隧道衬衬砌建建成前前，主主要起起防护护开挖挖出的的土体体、保保证作作业人人员和和机械械设备备安全全的作作用，，同时时还承承受来来自地地层的的压力力、防防止地地下水水或流流沙的的入侵侵。隧道拱拱内圈圈的空空洞由由盾构构本体体防护护，同同时还还需要要其他他辅助助措施施对工工作面面进行行支护护。图12-1盾构掘掘进机机示意意图支护土土体方方法和和相匹匹配的的盾构构类型型示意意图图12-3各种盾盾构掘掘进机机的支支护面面板图12-4土压平平衡盾盾构工工法和和盾构构结构构示意意图图12-5土压平平衡盾盾钩掘掘进机机图12-6泥水加加压平平衡盾盾构掘掘进机机图12-7泥水加加压平平衡盾盾构掘掘进机机工法法示意意图监测的的主要要作用用（1）监测测和判判断各各种施施工因因素对对地表表变形形的影影响，，提供供改进进施工工的方方法和和减少少地面面沉降降的重重要依依据；；（2）根据据前一一段的的观测测结果果，预预测下下一段段的地地表沉沉降和和对周周围建建筑物物及其其它设设施的的影响响；（3）检验验施工工方法法是否否达到到控制制地面面沉降降和隧隧道沉沉降的的要求求；（4）研究究土壤壤特性性、地地下水水条件件、施施工方方法与与地表表沉降降的关关系，，作为为将来来设计计的参参考依依据；；（5）通过过施工工监测测可取取得减减少沉沉降、、减少少保护护工程程费的的效果果；（6）保证证工程程安全全，减减少总总造价价。施工监监测管管理（1）工程程施工工前，，根据据现场场的实实际情情况(尤其危危房建建筑)及工程程的施施工进进度，，编制制详细细的监监测实实施作作业计计划及及其相相应的的保证证措施施，作作为施施工生生产计计划中中的一一项重重要内内容，，同时时报请请监理理工程程师和和业主主批准准。（2）成立立专门门的监监测小小组，，保证证监测测人员员有确确定的的时间间、空空间和和相应应的监监测工工具，，确保保监测测成果果及时时准确确。（3）施施工工监监测测紧紧密密结结合合施施工工步步骤骤，，测测出出每每一一施施工工步步骤骤时时的的变变形形影影响响，，同同时时计计算算出出各各测测点点的的累累计计变变形形。。（4）监监测测人人员员及及时时整整理理分分析析监监测测数数据据，，绘绘制制各各种种变变形形和和时时间间的的关关系系曲曲线线，，预预测测变变形形发发展展趋趋向向，，及及时时向向总总工工程程师师、、监监理理和和业业主主汇汇报报，，若若发发现现异异常常情情况况，，随随时时与与监监理理、、业业主主联联系系，，采采取取有有效效措措施施，，做做好好预预防防。。（5）根根据据监监测测结结果果及及时时调调整整施施工工步步骤骤及及采采取取相相应应的的技技术术措措施施，，确确保保施施工工及及周周围围环环境境的的安安全全。。12.2施工工监监测测内内容容与与方方法法监测测依依据据（1）正正常常施施工工情情况况下下的的具具体体监监测测要要求求，，如如不不同同的的施施工工工工艺艺对对各各项项变变形形的的限限差差等等；；（2）施施工工区区域域土土壤壤及及地地下下水水情情况况；；（3）隧隧道道施施工工影影响响范范围围内内现现有有房房屋屋建建筑筑、、各各种种构构筑筑物物的的形形状状、、尺尺寸寸、、与与隧隧道道轴轴线线的的相相对对位位置置；；（4）隧隧道道填填埋埋的的深深度度；；（5）双双线线隧隧道道的的间间距距或或施施工工隧隧道道与与近近旁旁大大型型、、重重要要公公用用管管道道的的间间距距；；（6）隧隧道道设设计计的的安安全全储储备备系系数数。。监测测内内容容土体体介介质质的的监监测测。包包括括：：地地表表的的沉沉降降监监测测、、土土体体分分层层沉沉降降和和深深层层位位移移监监测测、、土土体体回回弹弹测测量量、、土土体体应应力力和和孔孔隙隙水水压压力力测测量量。。周围围环环境境的的监监测测。包包括括：：相相邻邻房房屋屋和和重重要要结结构构物物的的变变形形监监测测、、相相邻邻地地下下管管线线的的变变形形监监测测。。隧道变形形的监测测。包括：：隧道沉沉降和水水平位移移监测、、隧道断断面收敛敛位移监监测、隧隧道应变变和预制制管片凹凹凸接缝缝处法向向应力测测量。地表沉降降监测地表沉降降监测是是采取精精密水准准测量的的方法测测量地铁铁盾构隧隧道上方方地表的的标高。。在沉降测测量区域域埋设地地表桩，，地表桩桩一般沿沿盾构隧隧道的轴轴线每隔隔3～5m设置一个个，同时时，适当当布置几几排横向向地表桩桩，便于于测量盾盾构施工工引起的的横向沉沉降槽的的变化。。在远离沉沉降区域域，并沿沿地铁隧隧道方向向布设监监测基准准点，并并进行基基准点联联测。按照监测测方案规规定的观观测频率率，用精精密水准准仪进行行测量，，并计算算每次观观测的地地表桩高高程。如果地铁铁盾构隧隧道上方方是道路路，在进进行道路路沉降观观测时，，必须将将地表桩桩埋入地地面下的的土层里里，才能能比较真真实地测测量出道道路的沉沉降。如果地铁铁盾构隧隧道上方方有地下下管线，，在监测测时，对对重点保保护的管管线，应应将测点点设在管管线上，，并砌筑筑保护井井盖，一一般的管管线可在在其周围围设置地地表桩进进行监测测。土体沉降降和深层层位移监监测监测盾构构施工引引起的土土体分层层沉降和和深层位位移量可可了解土土层被扰扰动的范范围和影影响程度度。土体分层层沉降是是指土层层内离地地表不同同深度处处的沉降降或隆起起，通常常用磁性性分层沉沉降仪量量测。土体深层层位移是是指土层层不同深深度的水水平位移移，通常常采用测测斜仪进进行测量量。土体沉降降和深层层位移监监测都是是在隧道道两边或或底部钻钻孔预埋埋测管，，两者可可共用一一个测管管。图12-8双孔隧道道上方的的地表沉沉降槽和和分层沉沉降的实实测曲线线土体回弹弹测量在地铁盾盾构隧道道掘进中中，由于于卸除了了隧道内内的土层层，因而而引起隧隧道内外外影响范范围内的的土体回回弹。土体回弹弹测量就就是测量量地铁盾盾构隧道道掘进后后相对于于地铁盾盾构隧道道掘进前前的隧道道底部和和两侧土土体的回回弹量。。一般是在在盾构前前方埋设设回弹桩桩，观测测施工过过程中底底部土体体的回弹弹量，其其具体的的测量方方法可以以采用精精密几何何水准测测量的方方法进行行。埋设回弹弹桩时，，要利用用回弹变变形的近近似对称称性，应应埋入隧隧道底面面以下20~30cm，根据土土层土质质的情况况，可采采用钻孔孔法或探探井法。。土体应力力和孔隙隙水压力力测量对土体应应力和孔孔隙水压压力测量量，能了了解盾构构的施工工性能，，了解盾盾构的施施工对土土层的扰扰动程度度以及预预测固结结沉降量量，可及及时调整整施工参参数，减减少对土土层的扰扰动。土体应力力和孔隙隙水压力力测量主主要是采采用钻孔孔埋设法法埋设土土应力盒盒和空隙隙水压力力探头等等传感器器。利用这些些传感器器获取土土体的温温度和水水压力，，通过事事后计算算得到需需要的观观测数据据。这些测点点主要埋埋设在隧隧道外围围。相邻房屋屋和重要要结构物物的变形形监测地铁盾构构隧道掘掘进中，，对盾构构直接穿穿越和影影响范围围内的房房屋、桥桥梁等构构筑物必必须进行行保护监监测。建筑物的的变形观观测可以以分为沉沉降观测测、倾斜斜观测和和裂缝观观测三部部分内容容。沉降观测测的观测测点设在在基础上上或墙体体上，另另外在构构筑物外外的表面面上和构构筑物底底板上有有时也需需设一些些观测点点，用精精密水准准仪进行行测量。。构筑物倾倾斜监测测可采用用经纬仪仪测量方方法，也也可在墙墙体上设设置倾斜斜仪，连连续监测测墙体的的倾斜。。构筑物的的裂缝可可用裂缝缝观测仪仪测得。。图12-9裂缝观测测仪图12-10薄铁片标标志法观观测裂缝缝示意图图相邻地下下管线的的变形监监测相邻地下下管线的的监测内内容主要要为管线线垂直沉沉降，其其测点布布置和监监测频率率应在对对管线状状况进行行充分调调查，与与管线单单位充分分协商后后确定。。调查内容容包括以以下几个个方面：：①管线线埋置深深度和埋埋设年代代；②管管线所在在道路的的地面人人流与交交通状况况；③隧隧道施工工过程中中地下管管线的预预计沉降降。布点方式式目前，管管线垂直直沉降布布点方法法主要采采用间接接测点和和直接测测点两种种形式。。间接测点点又称监监护测点点，常设设在管线线轴线相相对应的的地面或或管线的的窨井盖盖上，由由于测点点与管线线本身存存在介质质，因而而测试精精度较差差，但可可避免破破土开挖挖，可以以在人员员与交通通密集区区域，或或设防标标准较低低的场合合采用。。直接测点点是通过过埋设一一些装置置直接测测读管线线的沉降降，常用用方案有有抱箍式式、套筒筒式。。图12-11抱箍式布布点法示示意图图12-12套筒式布布点法示示意图隧道沉降降和水平平位移监监测传统的隧隧道沉降降和水平平位移监监测方法法是在隧隧道的顶顶部或腰腰线处设设立观测测点，然然后用常常规的水水准测量量方法进进行沉降降量的测测量，同同时，以以隧道轴轴线和其其轴线的的垂直方方向建立立坐标系系，用导导线测量量的方法法测量所所有观测测点的坐坐标，以以此来推推算隧道道水平位位移量。。目前，为为了能够够连续准准确地监监测到隧隧道的沉沉降及水水平位移移变形情情况，可可采用具具有先进进功能和和高精度度的自动动跟踪全全站仪进进行观测测。隧道断面面收敛位位移监测测常规收敛敛位移监监测采用用收敛计计进行测测量，但但最大的的问题是是重复精精度不高高，而且且因操作作人而异异；其次次是工作作量大，，效率低低。目前，用用断面自自动扫描描的方法法进行隧隧道断面面收敛变变形监测测。这种方法法是利用用免棱镜镜自动跟跟踪全站站仪和专专业的断断面测量量系统软软件组成成的仪器器系统来来实现断断面自动动扫描，，以此进进行隧道道断面收收敛变形形监测。。应力测量量应变和应应力测量量是在隧隧道的结结构物上上，焊接接应变计计和应力力计等一一些传感感器，根根据传感感器测量量的结果果计算结结构构件件的轴力力和弯矩矩，判断断结构物物的安全全性能。。12.3地铁盾构构隧道监监测方案案设计方案设计计的原则则在熟悉隧隧道施工工方案，，了解施施工区域域内土壤壤及地下下水和隧隧道施工工影响范范围内现现有结构构物情况况的基础础上，根根据工程程的特殊殊要求，，设计出出确保工工程安全全的、经经济有效效的、便便于监测测工作的的实施和和工程项项目施工工的监测测方案。。方案设计前的的准备工作（1）收集各种资资料主要包括：隧隧道施工方案案，施工区域域内地质分析析报告，施工工影响范围内内结构物的设设计图纸和竣竣工资料，施施工区域内的的管线图，施施工区域内的的交通情况等等。（2）实地进行踏踏勘实地进行踏勘勘主要是进行行施工影响范范围内结构物物和管线的调调查。调查管管线的位置、、种类、大小小；结构物形形状以及其是是否有裂缝等等情况。调查查的主要目的的是便于观测测点的布置和和施工对其影影响的评价。。方案设计的内内容工程项目概况况。主要介绍绍工程项目的的基本情况和和施工区域内内的地质情况况。监测的目的和和意义。详细细阐述监测对对安全施工、、保障人民财财产的重要性性以及进行各各项科学研究究的重要意义义。施工过程中对对各种设施的的影响评价。。分析隧道项项目施工对周周边结构物、、管线的影响响程度，分析析盾构推进引引起的地表位位移特征，并并估算地表沉沉降量，分析析隧道本身的的变形特征。。监测的具体内内容。根据具具体工程项目目和地质的具具体情况，确确定监测的具具体项目内容容，同时，可可以包含对于于一些具体施施工工艺和参参数的测定。。监测点的布置置。根据收集集的资料和踏踏勘的实际情情况，具体确确定监测点的的数量和位置置，绘制监测测点位分布图图。监测方法。针针对每一项监监测内容，提提出采用何种种监测方法以以及如何实施施监测工作，，使用何种监监测仪器，并并详细阐述使使用方法的实实施效果。监测频率和报报警值的确定定。根据规范范，结合实际际情况确定每每一监测项目目的监测频率率和报警值。。监测的组织结结构和质量保保证体系。为为保障监测工工作的顺利实实施和监测结结果的准确性性，要制订科科学的质量保保证体系。12.4监测数据整理理与分析监测数据整理理监测数据整理理的主要工作作是对现场观观测所取得的的资料加以整整理、编制成成图表和说明明，使它成为为便于使用的的成果。其具具体内容如下下：校核各项原始始记录，检查查各次变形观观测值的计算算是否有误；；变形值计算；；绘制各种变形形过程线，建建筑物变形分分布图。监测数据分析析监测数据分析析是分析归纳纳地表、管线线及周边建筑筑物的变形过过程、变形规规律和变形幅幅度。分析变变形的原因，，变形值与引引起变形因素素之间的关系系，并找出它它们之间的函函数关系，进进而判断地表表、管线及周周边建筑物的的情况是否正正常。（1）成因分析（（定性分析））。成因分析析是对结构本本身（内因））与作用在结结构物上的荷荷载（外因））以及观测本本身，加以分分析、考虑、、确定变形值值变化的原因因和规律性。。（2）统计分析。。根据成因分分析，对实测测数据进行统统计分析，从从中寻找规律律，并导出变变形值与引起起变形的有关关因素之间的的函数关系。。（3）变形预报和和安全判断。。在成因分析析和统计分析析的基础上，，可根据求得得的变形值与与引起变形因因素之间的函函数关系，预预报未来变形形值的范围和和判断建筑物物的安全程度度。12.5工程实例工程概况南京地铁一号号线盾构15标沿途穿越金金川河、玄武武湖隧道、龙龙蟠路隧道、、廖家巷密集集建筑群、南南京古城墙等等及众多地面面建筑和地下下管线；