衬背注浆及其监控量测技术

衬背注浆及其监控量测技术第五轨道交通工程队

——吕岩目录一、工程简介二、衬背注浆2.1同步注浆2.2二次注浆三、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#盾构始发井DK38+359位于东莞市大朗镇大井头村，施工左线隧道长2925m，盾构机于2012年8月始发，至2014年6月掘进870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，沿线房屋覆盖率高达90%，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大。一、工程简介1#盾构井2#盾构井风井左线左线1#盾构始发井DK33+951位于东莞市大朗镇黎贝岭村，施工左线隧道长1452m，盾构机于2011年11月始发，2014年4月贯通。隧道区间以全断面硬岩为主，岩石硬度平均在80MPa以上，隧道最大埋深42m，纵坡24.4‰，地下水丰富，因此盾构掘进困难。土压平衡盾构机大朗镇大井头村盾构左线盾构右线30米边界线掘进方向地表密集房屋密集的建筑群狭小的街道和简易、脆弱的老旧房屋二、衬背注浆由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径，管片拼装完毕并脱出盾尾后，与土体间形成一个环形间隙，简称施工间隙。施工间隙如果不及时得到填充，势必造成地层变形，使相邻地表的建筑物、构筑物沉降或隧道本身偏移。因此衬背注浆是盾构法中必不可少的关键性辅助工法，合理的衬背注浆是盾构掘进施工安全顺利的保证。衬背注浆目的：1.控制地表沉降2.控制管片的稳定性3.提高隧道抗渗能力4.预防盾尾水源流入密封土仓而造成喷涌衬背注浆形式:1.同步注浆2.二次注浆2.1同步注浆同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行。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EPB模式掘进时，同步注浆的重要意义更为明显。理论注浆方量：Q=（8.86²-8.5²）/4*3.14*1.6=7.8m³实际注浆方量：Q1=Q*α

α—注入率，一般为130%—180%浆液配比及主要物理力学指标地层软土层上软下硬全断面硬岩注入率α1.51.41.1实际注浆方量11-12m³10-11m³8-9m³水泥粉煤灰砂膨润土水初凝时间7d强度（MPa）压注效果硬岩段1204206701004004～6h＞2不常堵管软土段904507001003706～8h＞2不常堵管良好的浆液性能体现在以下几个方面：1、浆液充填性好；2、浆液和易性好；3、浆液初凝时间适当，早期强度高，浆液硬化后体积收缩率小；4、浆液稠度合适，以不被地下水过度稀释为宜。注浆压力控制：同步注浆压力一般为3-5bar1、不得大于尾盾密封压力2、不得大于管片能承受的最大压力3、根据管片脱出盾尾后的位移情况及时进行调整4、根据地表建筑物沉降情况及时进行调整2.2二次注浆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。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。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：

1.补足一次注浆未充填的部分；

2.补充由浆体收缩引起的体积减小；

3.以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。由于本段盾构施工地下水丰富，二次注浆采用水泥浆与水玻璃的混合浆液，胶凝时间控制在15s，注浆压力小于5bar。工程实例实例：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，成环管片顶部连续数环出现1cm左右的错台。措施：1.调整同步注浆浆液配比，缩短浆液胶凝时间，及时固定管片2.再次复紧螺栓，固定管片，防止错台继续增大3.管片底部放水，减小水压，防止错台继续增大4.管片顶部进行二次注浆，直到底部有浆液流出三、监控量测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，使隧道施工时达到优质、安全、经济合理、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，满足设计及施工要求，使工施工过程中的地表允许隆陷值（＋10/-30mm）。序号监测项目位置或监测对象测点布置（个、孔）测点布置仪器设备1基准点的布置施工影响范围外的稳固地区10整线越，按每左右范围内布置一个基准点，共10个基准点切割机、混凝土、基准点2监测点的布置施工影响范围内的建筑物及隧道管片2500+1760房屋及桥梁约2500个监测点隧道隆沉约1760个监测点冲击钻、监测点3桥梁沉降监测施工影响范围内的桥梁6每个桥墩布置1个监测点电子水准仪4地表沉降监测施工影响范围内的地表每监测断面约10个监测点每一个监测断面，通过既有建筑物时，按一个监测断面布设及监测电子水准仪5房屋沉降监测施工影响范围内的房屋2500每个房屋平均5个监测点，总过穿越约500栋房屋电子水准仪6隧道隆起、沉降左右两条隧道管片上1760每隔布置一个监测点电子水准仪莞惠城际轨道GDK38+359.000～GDK33+951.219段监测内容表

3.1变形监测基准点及监测点的布设在隧道基坑影响范围外、稳固的地方按约500m左右范围布置一个沉降基准点，共布置10个沉降基准点。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。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；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2倍，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、水平位移基准点示意图如图所示：常用基准点示意图3.2桥梁及周围建筑物沉降监测点的布设盾构施工穿越桥梁及大量的房屋建筑群，考虑到盾构施工时候，地层会有部分脱空，地表会出现沉降，会对周围的桥梁、建筑物等产生一定的影响，桥梁、房屋监测点的布置示意图如图所示:“L”字型水平埋入点桥梁、房屋监测点标示意图3.3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30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。地表沉降监测点布设示意图3.4隧道隆沉监测点的布置为了解隧道的变形情况，在隧道拼装管片后，在隧道的管片顶部或底部布置沉降监测点，在注浆过程中，地层脱空，以及隧道底部的土体消失，底部压力减小，隧道底部隆起变形，了解在施工完毕后隧道的变形情况，预防管片受力不均与产生变形，影响隧道的正常使用，在管片拼装后布置沉降监测点。隧道变形监测范围示意图隧道沉降监测点新建、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±0.6mm（n为测站数）。3.5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。时间-位移曲线和距离-位移曲线3.6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。序号监测项目位置或监测对象监测频率1监测基准网基准网每2个月校核一次2施工影响范围内桥梁、房屋等房屋、桥梁沉降监测点掘进面前后<20m时，测1～2次/天掘进面前后<50m时，测1次/2天掘进面前后>50m时，测1次/周3地表隆陷隧道施工影响范围内地表4隧道隆陷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，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Ⅲ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位移施工状态ⅢU0＜Un/3可正常施工ⅡUn/3≤U0≤2Un/3应注意，并加强监测ⅠU0＞2Un/3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设计及要求同类项目经验，控制值及警戒值。序号监测项目位置或监测对象控制值警戒值1桥梁沉降监测桥墩10mm8mm2房屋沉降监测房屋的四周+10mm～-30mm+8mm～-24mm3隧道隆沉管片顶部或底部+10mm～-30mm+8mm～-24mm3.8监测成果提交在隧道施工监控量测过程中提交如下资料：(1)公文根据监测资料，对下一阶段的变形情况进行预测，当有危险时，及时向业主及施工方提交监控联系单或专门的计算分析报告并提出合理化建议。(2)日报每天根据施工进度及设计要求、监测方案进行施工监测，并在监测完毕后整理初步监测成果，向施工单位反馈。(3)周报、月报将每周和每月监测工作的进展、仪器埋设、监测成果图表汇总及阶段性的结论、建议汇总，并按正规报告格式提交。(4)总结报告在隧道的主体工程完成以及隧道跟踪监测工作结束后一个月内提交监测工作移交报