苏州市某段轨道交通盾构工程监测方案

苏州轨道交通**号线工程12标**站～**站～**站盾构区间施工监测方案**大学土木工程学院二零零九年二月苏州轨道交通**线工程12标**站～**站～**站盾构区间施工监测方案1盾构区间概况1.1**站～**站盾构区间**站至**站线路在苏州古城区内，该区间沿干将路，穿过苏州**围墙及岗亭下、横穿外城河、相门桥立交船坞、相门人行立交桥、**桥到达**站。两侧多为住宅、商业，干将路交通繁忙。正线隧道工程里程为CK14+103.200～CK15+080.000,左线总长977.863米,右线总长976.672米。线路左右线间距由12米渐变至14米，左右线均设1000米半径曲线、800米半径曲线、650米半径曲线、2000米半径曲线。出**站后以22‰及4‰的坡度行480.00m至坡度转折点又以4.0‰的坡度及17.726‰的坡度上行至**站，最大埋深约15.4m，最浅埋深约6m。在区间最低点设泵站。在里程（右CK14+621.000）处设联络通道兼作区间泵房与集水池。**站～**站区间隧道与相门立交船坞桩基最小距离仅0.7m，施工时保护难度较大。隧道工程结构安全等级为一级。隧道结构防水标准：0.1L/m2·day。防水设计按要求为：环缝、纵缝张开6mm时，在0.6MPa外水压力下不漏水。混凝土管片允许裂缝开展，但裂缝宽度≤0.2mm。1.2**站～**站盾构区间**站～**站在苏州工业园区内，沿中新路由西向东走向。线路自**站始沿中新路东行，穿过**桥、**高架高速路桥、**桥到达**站。两侧多为住宅、商业。沿线道路交通繁忙，管线复杂。工程设计范围为CK15+302.000～CK16+016.000,左线总长714.419米,右线总长714米。线路左右线间距由12米渐变至14米，左右线均设1000米半径曲线、800米半径曲线。本段区间出**站后以22‰及3‰的坡度行至坡度转折点又以13.75‰的坡度上行至**道站，最大埋深约14m，最浅埋深约6m。在区间最低点里程（左CK15+586.610）处设联络通道兼作区间泵房与集水池。1.3变形控制标准盾构采用土压平衡盾构，变形控制标准如下：正常施工情况下，通过盾构掘进参数控制和采用同步注浆和二次注浆，将盾构施工的地面变形（短期沉降量）控制在+10～-30mm范围内。具体构筑物倾斜0.3%各支点沉降允许值由桥梁设计及产权单位和盾构施工单位协商确定并提交总体认可。2、监测方案依据的规程规范及标准2.1《地下隧道工程施工及验收规范》（GB50299－1999）2.2《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003版）2.3《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308-1999；2.4《地铁设计规范》（GB50157-2003）2.5《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97；2.6《工程测量规范》GB50026-93；2.7《地下铁道设计规范》（GB50157-92）；2.8苏州轨道交通**线工程**站～**站区间设计图；2.9苏州轨道交通**线工程**站～**区间设计图。3、工程地质及水文地质概况依据南京市测绘勘察研究院提供的《苏州轨道交通**线岩土工程勘察报告**站～**站区间》，本工程的工程地质与水文地质概况如下：3.1**站～**站盾构区间3.1.1场地环境概况**站～**站区间位于苏州古城干将东路之下。干将东路为苏州市的重要交通干道，道路两侧地面以上建构筑物密布（有江苏省苏州**、苏州大学，还有其他公司、企业的办公楼），但无重要的古建筑，场地内地下管线密布。场地内地表水体主要为南北向宽120m左右的外城河，周围有东西向的干将河及相门塘，相互间相通，水力联系密切。3.1.2岩土分层及其特征eq\o\ac(○,1)-1杂填土：杂色，稍～中密，大部分地段表层为压实填土（路基土）。厚度1.2～6.0m。eq\o\ac(○,1)-2素填土：褐灰～灰黄色，软～可塑。层顶埋深1.4～6.5m，厚度1.8～4.1m。eq\o\ac(○,1)-2a淤泥质填土：灰黑色，流塑。仅分布在外城河西堍。埋深3.5～3.7m，厚度3.8～4.3m。eq\o\ac(○,3)-1粉质粘土～粘土：黄褐色、灰黄色，可塑～硬塑状态，无摇振反应。层顶埋深1.4～6.5m，厚度1.8～4.1m。eq\o\ac(○,3)-2粉质粘土：灰黄色，下部渐变为灰色，可塑～软塑状态，局部塑性较低，无摇振反应，干强度、韧性中等。层顶埋深4.7～9.0m，厚度1.4～5.0m。eq\o\ac(○,4)-1a粉质粘土：灰色，软～流塑状态，低塑性，夹薄层粉土，摇震反应较弱，韧性较低，干强度较低～中等。层顶埋深7.0～12.5m，厚度1.3～7.8m。eq\o\ac(○,4)-1粉土：灰色，稍密状态，夹薄层粉质粘土，摇震反应迅速，韧性、干强度较低。层顶埋深6.1～13.8m，厚度1.0～4.8m。eq\o\ac(○,4)-2粉土～粉砂：灰色，稍～中密，以粉土为主，局部夹薄层粉质粘土，无光泽反应，摇震反应迅速，韧性、干强度较低。层顶埋深10.8～16.0m，厚度1.0～8.9m。eq\o\ac(○,5)粉质粘土：灰色，软～流塑，部分低塑性，局部为淤泥质粉质粘土，夹薄层粉土，土质不均匀，稍有光泽反应，摇震反应不明显，韧性较低，干强度较低～中等。层顶埋深12.5～20.9m，厚度2.8～13.4m。eq\o\ac(○,6)-1粉质粘土：暗绿色，硬塑～可塑，均质致密，夹粘土，切面较光滑，无摇振反应，干强度、韧性中等～高。层顶埋深21.8～26.0m，厚度1.2～4.5m。eq\o\ac(○,6)-2a粉土夹粉质粘土：绿灰色，粉土、粉砂呈中密～密实状态，具水平层理，稍有光泽反应，有摇震反应，韧性较低，干强度较低。层顶埋深26.2～28.0m，厚度0.5～2.3m。3.2**站～**站盾构区间3.2.1.场地环境概况**站～**站区间位于苏州工业园区的中新路下，中新路为苏州工业园区的主要交通干道，地势较平坦，地面高程（黄海高程）在2.69～3.94m左右。相门塘的叉道穿过场地，宽10～15m，水深1.5～2.0m，勘察期间水面高程1.47～1.75m。根据苏州地貌单元划分，场地地处冲湖积平原，为典型的水网化平原。3.2.2.岩土分层及其特征eq\o\ac(○,1)－1杂填土：杂色，稍～中密，大部分地段表层为压实填土（路基土）。厚度0.6～3.5m。eq\o\ac(○,1)－2素填土：褐灰～灰黄色，软～可塑，。层顶埋深0.6～2.1m，厚度0.4～2.1m。eq\o\ac(○,1)－2a淤泥质填土：灰黑色，流塑。分布于相门塘底及DM11号孔，埋深2.5m，厚度0.8～3.5m。eq\o\ac(○,3)－1粉质粘土～粘土：黄褐色、灰黄色，可塑～硬塑状态，无摇振反应。层顶埋深1.8～3.5m，厚度2.3～4.7m。eq\o\ac(○,3)－2粉质粘土：灰黄色，下部渐变为灰色，可塑～软塑状态，局部塑性较低，无摇振反应，干强度、韧性中等。层顶埋深5.3～7.7m，厚度0.5～2.2m。eq\o\ac(○,4)－1a粉质粘土：灰色，软～流塑状态，低塑性，夹薄层粉土，摇震反应较弱，韧性较低，干强度较低～中等。层顶埋深5.2～6.6m，厚度1.0～2.4m。eq\o\ac(○,4)－1粉土：灰色，稍密状态，夹薄层粉质粘土，摇震反应迅速，韧性、干强度较低。层顶埋深6.8～8.5m，厚度0.6～3.6m。eq\o\ac(○,4)－2粉土～粉砂：灰色，稍～中密，以粉土为主，局部夹薄层粉质粘土，无光泽反应，摇震反应迅速，韧性、干强度较低。层顶埋深6.7～11.0m，厚度1.7～13.3m。eq\o\ac(○,5)粉质粘土：灰色，软～流塑，部分低塑性，局部为淤泥质粉质粘土，夹薄层粉土，土质不均匀，稍有光泽反应，摇震反应不明显，韧性较低，干强度较低～中等。层顶埋深9.5～22.4m，厚度1.6～16.7m。eq\o\ac(○,6)－1粉质粘土：暗绿色，硬塑～可塑，均质致密，夹粘土，切面较光滑，无摇振反应，干强度、韧性中等~高。层顶埋深23.0～，厚度2.5～4.3m。eq\o\ac(○,6)－2a粉土夹粉质粘土：绿灰色，粉土、粉砂呈中密～密实状态，具水平层理，稍有光泽反应，有摇震反应，韧性较低，干强度较低。层顶埋深26.0～31.7m，厚度1.2～8.7m。4、沿线重点建、构筑物4.1**站～**站盾构区间盾构隧道下穿苏州**围墙岗亭及内部五金厂的厂房，避开相门大桥桥桩，下穿外城河，通过相门桥下立交船坞预留的地铁通道沿干将东路向西行，下穿相门人行天桥，**桥进入**站。苏州**围墙为石脚基础，岗亭为筏板式基础，内部五金厂是杯口式独立柱基。基底标高-2.2。基底距隧道顶距离大于6米，需要重点监测。**桥为老桥拓宽，两侧新增桥为一孔6米钢筋混凝土板梁桥，轻型薄壁桥台，钻孔灌注桩基础，桩底标高-16.4米。老桥台资料缺失，据该桥新桥设计人员反映是天然浅基础。盾构下穿时，需要重点监测。相门大桥桥桩距离盾构隧道水平距离约2.5m。相门桥下立交船坞预留的地铁通道的船坞桩与区间隧道的水平净间距1.2～1.3米。这些桥桩都需要重点监测。相门人行天桥距离隧道边2～3m，需要重点监测。除此之外，在盾构隧道北侧需要重点监测的建筑物有：农业银行大楼、相门新村2幢住宅楼、苏州大学艺术分院、苏州大学出版社、东苑宾馆等建筑物；南侧主要建筑物有：苏州大学后勤集团（华丰楼）、苏州市泵房管理所及泵房、过外城河后主要是商业用房，包括云龙大厦、华润万家超市等3幢沿街商业房。4.2**站～**站盾构区间本段线路在苏州园区内，沿中新路由西向东走向。下穿**桥、**高架高速路桥、**桥等构筑物到达**站。**桥为1-13米预应力混凝土板梁桥，重力式桥台，天然浅基础，基底标高-1.88，基底距隧道顶大于6米，盾构穿越时要重点监测。**高架高速路桥桩距离盾构开挖边线较近，需要对桥梁桩基础重点监测。盾构穿越**桥,由于盾构穿越前穿越位置的桩基础已拔除,桥面、桥台也已拆除，待盾构穿越结束后，在替换的桩基上重新施做**桥，故该桥不做重点监测。中新路位于苏州园区，周边高层建筑林立，为保护中新路两侧地面建筑的安全，需对地面建筑物进行沉降监测。重点监测距离盾构隧道纵轴线20m范围内的建筑物，北测主要有：江苏银行大楼、园区证券置业有限公司办公楼；南侧有兴业银行等。5、沿线重点管线5.1**站～**站盾构区间盾构隧道主要沿干将路向东下穿苏州**围墙、岗亭及内部五金厂的厂房，避开相门大桥桥桩，下穿外城河，通过相门桥下立交船坞预留的地铁通道沿干将东路向西行，下穿相门人行天桥，**桥进入**站。该区间段两侧管线密集，主要有给水管、燃气管、雨水管、污水管、电力管、路灯线管、交通信号管、光纤有线电视管、电信通信网络线管等。由于电力管、路灯线管、交通信号管、光纤有线电视管、电信通信网络线管等管线柔性好，适应变形能力强，所以在监测中，只对横跨隧道及距离管线较近(距离在5m以内)的该类管线进行监测，距离超过5m的该类管线沉降可以与相近地表沉降测点进行比对。监测中重点监测给水管、燃气管、雨水管、污水管等适应变形能力差的管线，特别是燃气管、给水管在布置测点时要考虑采用直接监测点。根据设计提供的沿线管线图，该区间段需要重点监测的管线有：线路左侧的GX22给水管，横跨线路的GX35燃气管、GX36给水管、GX40燃气管，斜穿线路的GX45燃气管，线路右侧的GX25给水管、GX30燃气管以及在两条隧道中间的GX31给水管。5.2**站～**站盾构区间盾构隧道在苏州园区内，主要沿中新路由西向东走向。下穿**桥、**高架高速路桥、**桥等构筑物到达**站。该区间段两侧管线相对较少，根据设计提供的沿线管线图，该区间段需要重点监测的管线有：线路左侧的GX11燃气管、GX18燃气管，横跨线路的GX13给水管、GX14燃气管等。6、监测目的盾构施工是一个动态过程，与之有关的稳定和环境影响也是个动态过程。通过对盾构施工过程中围护结构、洞室主体及周边环境进行三维空间全方位、全过程的监测，一方面为工程决策、设计修改、工程施工和工程质量管理提供第一手的监测资料和依据，另一方面，有助于快速反馈施工信息，以便及时发现问题并采用最优的工程对策。(1)根据监测结果，发现可能发生危险的先兆，判断工程的安全性，以便提前采取必要的工程措施，防止工程破坏事故和环境事故的发生，保证工程顺利进行；(2)以工程监测结果指导现场施工，确定和优化施工方案，进行信息化施工；(3)检验工程勘察资料的可靠性，验证设计理论和设计参数。7、监测内容及项目7.1监测内容根据工程特点，盾构隧道施工过程中，监测内容包括以下几个方面：(1)盾构区间开挖引起的建筑物、管线沉降及开裂；(2)盾构区间开挖引起的地表沉降；(3)盾构隧道结构变形。7.2重点监测项目根据设计图纸及有关规范，结合工程特点，确定重点监测项目如下：(1)建筑物、管线沉降；(2)地表沉降监测；(3)隧道收敛变形；8、监测点的布置根据设计文件要求及工程实际情况，主要监测盾构隧道开挖引起的地表变形，观测重点为盾构隧道开挖引起的地表沉降、沿线及盾构隧道附近建筑物、管线等沉降及不均匀沉降，以及盾构机始发与出洞的地表变形监测。8.1监测点布置原则：(1)地表沉降：监测点按照与盾构轴线正交的监测断面形式布置，以盾构区间两条轴线为中心，向左右两侧展开布置监测点，每个监测断面布置14个测点(包括左线测点)，左右线之间存在沉降区的叠加，叠加区域点位布置在同一点上，右线监测完毕后继续在左线穿越时进行监测，横向监测点间距离分别为3m、3m、3m、3～5m、3m，详见测点布置剖面图。纵向按照始发段100m内每20m布置一个监测断面，其它段按照每30m布置一个监测断面。(2)建筑物沉降、不均匀沉降：需要监测建筑物范围初步确定为距离盾构隧道纵轴线20m以内的建筑物，对于位于盾构隧道上方及较近(10m内)的建筑物，测点布置在建筑物的转角处；对于10m以外建筑物，测点主要布置在建筑物外轮廓线的转折点上，通过测定各点的沉降差异确定不均匀沉降。(3)主要管线沉降：主要测定横跨盾构隧道的管线，对于盾构隧道边线外的管线，主要监测燃气管、给水管等主要管线，对于横跨盾构隧道的管线测点布置与地表沉降测点的布置一致；对于隧道边线外管线，燃气管、给水管等主要管线采用直接测点，其它管线采用模拟观测点，测点间距沿管线每20m布置一个观测点。(4)隧道收敛变形：按照《地下铁道、轨道交通工程测量规范GB50308-1999》要求，需要监测隧道结构净空水平收敛变形，监测断面间距为10～50m，根据以往监测经验，盾构开挖管片衬砌后，净空水平收敛变形很小，所以参照规范要求，监测断面间距按照30m一个布置，观测中出现变形较大情况时再加密观测断面。8.2监测重点由于盾构始发及出洞都会引起较大的变形，也是最容易出现问题的开挖段，因此在盾构始发与出洞时作为监测重点。另外，在盾构推进施工中还要穿越建筑物、重要管线。**站～**站区间重点监测的建筑物有：农业银行、相门新村苏州大学艺术学院、苏州大学出版社、东苑宾馆、云龙大厦等房屋建筑；**桥、相门人行天桥、相门立交桥等。**站～**站区间重点监测的建筑物有：江苏银行、嘉实大厦、**桥、**高速公路高架桥等。**站～**站区间重点监测的管线有：线路左侧的GX22给水管，横跨线路的GX35燃气管、GX36给水管、GX40燃气管，斜穿线路的GX45燃气管，线路右侧的GX25给水管、GX30燃气管以及在两条隧道中间的GX31给水管。**站～**站区间重点监测的管线有：线路左侧的GX11燃气管、GX18燃气管，横跨线路的GX13给水管、GX14燃气管等。8.3监测点布置根据上述监测点布置原则及相关规范要求，布置监测点时满足突出重点、兼顾一般、及时准确反映现场施工动态要求，主要设置了反映盾构隧道开挖施工的地表沉降观测点、建筑物沉降测点、桥台桩沉降位移测点、地下管线直接测点(重点管线)、地下管线模拟测点、隧道结构收敛变形等多种类型的监测点。据此，布置的监测点类型及数量见表1，具体监测点布置见附图。表1监测点类型及数量统计表监测点类型**站～**站区区间**站～**站区区间监测断面数量监测点数量监测断面数量监测点数量地表沉降4117133144建筑物沉降608桥桩沉降位移176管线直接测点5429管线模拟测点9685隧道收敛变形32249、监测的实施9.1监测点埋设方法9.1.1盾构区间地表沉降监测：盾构区间沉降点按埋设临时水准点的方法埋设，测点须进入土层50cm以上。9.1.2盾构区间地下管线沉降监测：盾构区间一般管线沉降监测点采用模拟式，按埋设临时水准点的方法埋设；需要重点监测的管线采用直接式测点，先用打孔机械钻直径100mm的圆孔，再将孔内管线上的填土掏出，将Φ10钢筋直接安放在管线上，再用砂土填实。9.1.3盾构隧道收敛变形监测：在盾构隧道监测断面的一组测点上预埋挂钩，用收敛尺监测两点距离。9.2监测方法在监测方案实施过程中，测试仪器和管线的现场埋设须在施工前7天以前进行，工作时间约需3天；初始数据在埋设完成后盾构施工前进行采集。并对以下项目进行监测。表2监测项目及监测方法监测项目观测方法测点位置监测仪器备注地表沉降二等水准盾构区间水准仪建筑物沉降二等水准周围建筑物水准仪沉降位移二等水准三等三角桥台桥桩水准仪全站仪地下管线沉降二等水准盾构区间水准仪隧道结构收敛变形形盾构区间收敛尺9.3监测频率：对重点监测项目按以下监测频率进行监测，一般监测项目在重点监测项目未达到预警值，施工工况未发生变化时，监测间隔时间适当延长；当重点监测项目达到预警值或施工工况发生变化时必须及时观测。(1)施工前一周，进行初始数据的观测；(2)地表沉降、建筑物沉降、桥桩沉降位移、管线沉降观测在距离盾构开挖面20m时开始观测，观测频率按以下规定控制：开挖面距量测断面距离L≤2D：1～2次/d；开挖面距量测断面距离2D＜L≤5D：1次/2d；开挖面距量测断面距离L＞5D：1次/周，观测一个月。(3)隧道结构收敛变形在隧道衬砌后开始观测，观测频率按照以下规定控制：开挖面距量测断面距离2D＜L≤5D：1次/2d；开挖面距量测断面距离L＞5D：1次/周，观测一个月。9.4资料提交(1)每次监测资料以报表的形式提交。(2)当监测值接近预警值时，及时预警，并提请有关方面注意；当达到报警值时，及时报警，并分析原因。10预警信息反馈及预警数值10.1预警信息反馈盾构掘进过程中预警信息反馈程序见预警信息反馈程序图：盾构掘进累计长度日报表盾构掘进累计长度日报表盾构掘进长度增量日报表盾构掘进长度增量日报表施工单位观测数据累计值日报表施工单位观测数据累计值日报表继续掘进继续掘进观测数据增量日报表观测数据增量日报表监理单位观测数据是否接近预警值监理单位观测数据是否接近预警值建设、设计、监理、施工方是建设、设计、监理、施工方是否否提出处理措施方案提出处理措施方案按处理措施方案施工按处理措施方案施工预警信息反馈程序序图10.2预警数值值施工监测中,应对对测量结果及及时进行分析析与反馈,当遇到下列列情况时,应及时报警警，并根据具具体情况制定定加强措施:(1)当地表沉降降值超过30m