地铁盾构隧道施工监测

第12章地铁盾构隧道施工监测主要内容概述施工监测内容与方法地铁盾构隧道监测方案设计监测数据整理与分析工程实例12.1概述

概述盾构掘进机是集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能的工程机械。盾构法隧道的基本原理是利用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还承受来自地层的压力、防止地下水或流沙的入侵。隧道拱内圈的空洞由盾构本体防护，同时还需要其他辅助措施对工作面进行支护。

图12-1盾构掘进机示意图

支护土体方法和相匹配的盾构类型示意图图12-3各种盾构掘进机的支护面板

图12-4土压平衡盾构工法和盾构结构示意图

图12-5土压平衡盾钩掘进机

图12-6泥水加压平衡盾构掘进机

图12-7泥水水加加压压平平衡衡盾盾构构掘掘进进机机工工法法示示意意图图监测测的的主主要要作作用用（1）监监测测和和判判断断各各种种施施工工因因素素对对地地表表变变形形的的影影响响，，提提供供改改进进施施工工的的方方法法和和减减少少地地面面沉沉降降的的重重要要依依据据；；（2）根根据据前前一一段段的的观观测测结结果果，，预预测测下下一一段段的的地地表表沉沉降降和和对对周周围围建建筑筑物物及及其其它它设设施施的的影影响响；；（3）检检验验施施工工方方法法是是否否达达到到控控制制地地面面沉沉降降和和隧隧道道沉沉降降的的要要求求；；（4）研研究究土土壤壤特特性性、、地地下下水水条条件件、、施施工工方方法法与与地地表表沉沉降降的的关关系系，，作作为为将将来来设设计计的的参参考考依依据据；；（5）通通过过施施工工监监测测可可取取得得减减少少沉沉降降、、减减少少保保护护工工程程费费的的效效果果；；（6）保保证证工工程程安安全全，，减减少少总总造造价价。。施工工监监测测管管理理（1）工工程程施施工工前前，，根根据据现现场场的的实实际际情情况况(尤其其危危房房建建筑筑)及工工程程的的施施工工进进度度，，编编制制详详细细的的监监测测实实施施作作业业计计划划及及其其相相应应的的保保证证措措施施，，作作为为施施工工生生产产计计划划中中的的一一项项重重要要内内容容，，同同时时报报请请监监理理工工程程师师和和业业主主批批准准。。（2）成成立立专专门门的的监监测测小小组组，，保保证证监监测测人人员员有有确确定定的的时时间间、、空空间间和和相相应应的的监监测测工工具具，，确确保保监监测测成成果果及及时时准准确确。。（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。。隧道道变变形形的的监监测测。包包括括：：隧隧道道沉沉降降和和水水平平位位移移监监测测、、隧隧道道断断面面收收敛敛位位移移监监测测、、隧隧道道应应变变和和预预制制管管片片凹凹凸凸接接缝缝处处法法向向应应力力测测量量。。地表表沉沉降降监监测测地表表沉沉降降监监测测是是采采取取精精密密水水准准测测量量的的方方法法测测量量地地铁铁盾盾构构隧隧道道上上方方地地表表的的标标高高。。在沉沉降降测测量量区区域域埋埋设设地地表表桩桩，，地地表表桩桩一一般般沿沿盾盾构构隧隧道道的的轴轴线线每每隔隔3～5m设置置一一个个，，同同时时，，适适当当布布置置几几排排横横向向地地表表桩桩，，便便于于测测量量盾盾构构施施工工引引起起的的横横向向沉沉降降槽槽的的变变化化。。在远远离离沉沉降降区区域域，，并并沿沿地地铁铁隧隧道道方方向向布布设设监监测测基基准准点点，，并并进进行行基基准准点点联联测测。。按照照监监测测方方案案规规定定的的观观测测频频率率，，用用精精密密水水准准仪仪进进行行测测量量，，并并计计算算每每次次观观测测的的地地表表桩桩高高程程。。如果果地地铁铁盾盾构构隧隧道道上上方方是是道道路路，，在在进进行行道道路路沉沉降降观观测测时时，，必必须须将将地地表表桩桩埋埋入入地地面面下下的的土土层层里里，，才才能能比比较较真真实实地地测测量量出出道道路路的的沉沉降降。。如果果地地铁铁盾盾构构隧隧道道上上方方有有地地下下管管线线，，在在监监测测时时，，对对重重点点保保护护的的管管线线，，应应将将测测点点设设在在管管线线上上，，并并砌砌筑筑保保护护井井盖盖，，一一般般的的管管线线可可在在其其周周围围设设置置地地表表桩桩进进行行监监测测。。土体体沉沉降降和和深深层层位位移移监监测测监测测盾盾构构施施工工引引起起的的土土体体分分层层沉沉降降和和深深层层位位移移量量可可了了解解土土层层被被扰扰动动的的范范围围和和影影响响程程度度。。土体体分分层层沉沉降降是是指指土土层层内内离离地地表表不不同同深深度度处处的的沉沉降降或或隆隆起起，，通通常常用用磁磁性性分分层层沉沉降降仪仪量量测测。。土体体深深层层位位移移是是指指土土层层不不同同深深度度的的水水平平位位移移，，通通常常采采用用测测斜斜仪仪进进行行测测量量。。土体体沉沉降降和和深深层层位位移移监监测测都都是是在在隧隧道道两两边边或或底底部部钻钻孔孔预预埋埋测测管管，，两两者者可可共共用用一一个个测测管管。。图12-8双孔孔隧隧道道上上方方的的地地表表沉沉降降槽槽和和分分层层沉沉降降的的实实测测曲曲线线土体体回回弹弹测测量量在地地铁铁盾盾构构隧隧道道掘掘进进中中，，由由于于卸卸除除了了隧隧道道内内的的土土层层，，因因而而引引起起隧隧道道内内外外影影响响范范围围内内的的土土体体回回弹弹。。土体体回回弹弹测测量量就就是是测测量量地地铁铁盾盾构构隧隧道道掘掘进进后后相相对对于于地地铁铁盾盾构构隧隧道道掘掘进进前前的的隧隧道道底底部部和和两两侧侧土土体体的的回回弹弹量量。。一般般是是在在盾盾构构前前方方埋埋设设回回弹弹桩桩，，观观测测施施工工过过程程中中底底部部土土体体的的回回弹弹量量，，其其具具体体的的测测量量方方法法可可以以采采用用精精密密几几何何水水准准测测量量的的方方法法进进行行。。埋设回回弹桩桩时，，要利利用回回弹变变形的的近似似对称称性，，应埋埋入隧隧道底底面以以下20~30cm，根据据土层层土质质的情情况，，可采采用钻钻孔法法或探探井法法。土体应应力和和孔隙隙水压压力测测量对土体体应力力和孔孔隙水水压力力测量量，能能了解解盾构构的施施工性性能，，了解解盾构构的施施工对对土层层的扰扰动程程度以以及预预测固固结沉沉降量量，可可及时时调整整施工工参数数，减减少对对土层层的扰扰动。。土体应应力和和孔隙隙水压压力测测量主主要是是采用用钻孔孔埋设设法埋埋设土土应力力盒和和空隙隙水压压力探探头等等传感感器。。利用这这些传传感器器获取取土体体的温温度和和水压压力，，通过过事后后计算算得到到需要要的观观测数数据。。这些测测点主主要埋埋设在在隧道道外围围。相邻房房屋和和重要要结构构物的的变形形监测测地铁盾盾构隧隧道掘掘进中中，对对盾构构直接接穿越越和影影响范范围内内的房房屋、、桥梁梁等构构筑物物必须须进行行保护护监测测。建筑物物的变变形观观测可可以分分为沉沉降观观测、、倾斜斜观测测和裂裂缝观观测三三部分分内容容。沉降观观测的的观测测点设设在基基础上上或墙墙体上上，另另外在在构筑筑物外外的表表面上上和构构筑物物底板板上有有时也也需设设一些些观测测点，，用精精密水水准仪仪进行行测量量。构筑物物倾斜斜监测测可采采用经经纬仪仪测量量方法法，也也可在在墙体体上设设置倾倾斜仪仪，连连续监监测墙墙体的的倾斜斜。构筑物物的裂裂缝可可用裂裂缝观观测仪仪测得得。图12-9裂缝观观测仪仪图12-10薄铁片片标志志法观观测裂裂缝示示意图图相邻地地下管管线的的变形形监测测相邻地地下管管线的的监测测内容容主要要为管管线垂垂直沉沉降，，其测测点布布置和和监测测频率率应在在对管管线状状况进进行充充分调调查，，与管管线单单位充充分协协商后后确定定。调查内内容包包括以以下几几个方方面：：①管管线埋埋置深深度和和埋设设年代代；②②管线线所在在道路路的地地面人人流与与交通通状况况；③③隧道道施工工过程程中地地下管管线的的预计计沉降降。布点方方式目前，，管线线垂直直沉降降布点点方法法主要要采用用间接接测点点和直直接测测点两两种形形式。。间接测测点又又称监监护测测点，，常设设在管管线轴轴线相相对应应的地地面或或管线线的窨窨井盖盖上，，由于于测点点与管管线本本身存存在介介质，，因而而测试试精度度较差差，但但可避避免破破土开开挖，，可以以在人人员与与交通通密集集区域域，或或设防防标准准较低低的场场合采采用。。直接测测点是是通过过埋设设一些些装置置直接接测读读管线线的沉沉降，，常用用方案案有抱抱箍式式、套套筒式式。。图12-11抱箍式式布点点法示示意图图图12-12套筒式式布点点法示示意图图隧道沉沉降和和水平平位移移监测测传统的的隧道道沉降降和水水平位位移监监测方方法是是在隧隧道的的顶部部或腰腰线处处设立立观测测点，，然后后用常常规的的水准准测量量方法法进行行沉降降量的的测量量，同同时，，以隧隧道轴轴线和和其轴轴线的的垂直直方向向建立立坐标标系，，用导导线测测量的的方法法测量量所有有观测测点的的坐标标，以以此来来推算算隧道道水平平位移移量。。目前，，为了了能够够连续续准确确地监监测到到隧道道的沉沉降及及水平平位移移变形形情况况，可可采用用具有有先进进功能能和高高精度度的自自动跟跟踪全全站仪仪进行行观测测。隧道断断面收收敛位位移监监测常规收收敛位位移监监测采采用收收敛计计进行行测量量，但但最大大的问问题是是重复复精度度不高高，而而且因因操作作人而而异；；其次次是工工作量量大，，效率率低。。目前，，用断断面自自动扫扫描的的方法法进行行隧道道断面面收敛敛变形形监测测。这种方方法是是利用用免棱棱镜自自动跟跟踪全全站仪仪和专专业的的断面面测量量系统统软件件组成成的仪仪器系系统来来实现现断面面自动动扫描描，以以此进进行隧隧道断断面收收敛变变形监监测。。应力测测量应变和和应力力测量量是在在隧道道的结结构物物上，，焊接接应变变计和和应力力计等等一些些传感感器，，根据据传感感器测测量的的结果果计算算结构构构件件的轴轴力和和弯矩矩，判判断结结构物物的安安全性性能。。12.3地铁盾盾构隧隧道监监测方方案设设计方案设设计的的原则则在熟悉悉隧道道施工工方案案，了了解施施工区区域内内土壤壤及地地下水水和隧隧道施施工影影响范范围内内现有有结构构物情情况的的基础础上，，根据据工程程的特特殊要要求，，设计计出确确保工工程安安全的的、经经济有有效的的、便便于监监测工工作的的实施施和工工程项项目施施工的的监测测方案案。方案设设计前前的准准备工工作（1）收集集各种种资料料主要包包括：：隧道道施工工方案案，施施工区区域内内地质质分析析报告告，施施工影影响范范围内内结构构物的的设计计图纸纸和竣竣工资资料，，施工工区域域内的的管线线图，，施工工区域域内的的交通通情况况等。。（2）实地进行行踏勘实地进行踏踏勘主要是是进行施工工影响范围围内结构物物和管线的的调查。调调查管线的的位置、种种类、大小小；结构物物形状以及及其是否有有裂缝等情情况。调查查的主要目目的是便于于观测点的的布置和施施工对其影影响的评价价。方案设计的的内容工程项目概概况。主要要介绍工程程项目的基基本情况和和施工区域域内的地质质情况。监测的目的的和意义。。详细阐述述监测对安安全施工、、保障人民民财产的重重要性以及及进行各项项科学研究究的重要意意义。施工过程中中对各种设设施的影响响评价。分分析隧道项项目施工对对周边结构构物、管线线的影响程程度，分析析盾构推进进引起的地地表位移特特征，并估估算地表沉沉降量，分分析隧道本本身的变形形特征。监测的具体体内容。根根据具体工工程项目和和地质的具具体情况，，确定监测测的具体项项目内容，，同时，可可以包含对对于一些具具体施工工工艺和参数数的测定。。监测点的布布置。根据据收集的资资料和踏勘勘的实际情情况，具体体确定监测测点的数量量和位置，，绘制监测测点位分布布图。监测方法。。针对每一一项监测内内容，提出出采用何种种监测方法法以及如何何实施监测测工作，使使用何种监监测仪器，，并详细阐阐述使用方方法的实施施效果。监测频率和和报警值的的确定。根根据规范，，结合实际际情况确定定每一监测测项目的监监测频率和和报警值。。监测的组织织结构和质质量保证体体系。为保保障监测工工作的顺利利实施和监监测结果的的准确性，，要制订科科学的质量量保证体系系。12.4监测数据整整理与分析析监测数据整整理监测数据整整理的主要要工作是对对现场观测测所取得的的资料加以以整理、编编制成图表表和说明，，使它成为为便于使用用的成果。。其具体内内容如下：：校核各项原原始记录，，检查各次次变形观测测值的计算算是否有误误；变形值计算算；绘制各种变变形过程线线，建筑物物变形分布布图。监测数据分分析监测数据分分析是分析析归纳地表表、管线及及周边建筑筑物的变形形过程、变变形规律和和变形幅度度。分析变变形的原因因，变形值值与引起变变形因素之之间的关系系，并找出出它们之间间的函数关关系，进而而判断地表表、管线及及周边建筑筑物的情况况是否正常常。（1）成因分析析（定性分分析）。成成因分析是是对结构本本身（内因因）与作用用在结构物物上的荷载载（外因））以及观测测本身，加加以分析、、考虑、确确定变形值值变化的原原因和规律律性。（2）统计分析析。根据成成因分析，，对实测数数据进行统统计分析，，从中寻找找规律，并并导出变形形值与引起起变形的有有关因素之之间的函数数关系。（3）变形预报报和安全判判断。在成成因分析和和统计分析析的基础上上，可根据据求得的变变形值与引引起变形因因素之间的的函数关系系，预报未未来变形值值的范围和和判断建筑筑物的安全全程度。12.5工程实例工程概况南京地铁一一号线盾构构15标沿途穿越越金川河、、玄武湖隧隧道、龙蟠蟠路隧道、、