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泥水加压平衡盾构掘进机工法示意图

监测的主要作用（1）监测和判断各种施工因素对地表变形的影响，提供改进施工的方法和减少地面沉降的重要依据；（2）根据前一段的观测结果，预测下一段的地表沉降和对周围建筑物及其它设施的影响；（3）检验施工方法是否达到控制地面沉降和隧道沉降的要求；（4）研究土壤特性、地下水条件、施工方法与地表沉降的关系，作为将来设计的参考依据；（5）通过施工监测可取得减少沉降、减少保护工程费的效果；（6）保证工程安全，减少总造价。施工监测管理（1）工程施工前，根据现场的实际情况(尤其危房建筑)及工程的施工进度，编制详细的监测实施作业计划及其相应的保证措施，作为施工生产计划中的一项重要内容，同时报请监理工程师和业主批准。（2）成立专门的监测小组，保证监测人员有确定的时间、空间和相应的监测工具，确保监测成果及时准确。（3）施工监测紧密结合施工步骤，测出每一施工步骤时的变形影响，同时计算出各测点的累计变形。（4）监测人员及时整理分析监测数据，绘制各种变形和时间的关系曲线，预测变形发展趋向，及时向总工程师、监理和业主汇报，若发现异常情况，随时与监理、业主联系，采取有效措施，做好预防。（5）根据监测结果及时调整施工步骤及采取相应的技术措施，确保施工及周围环境的安全。12.2施工监测内容与方法

监测依据（1）正常施工情况下的具体监测要求，如不同的施工工艺对各项变形的限差等；（2）施工区域土壤及地下水情况；（3）隧道施工影响范围内现有房屋建筑、各种构筑物的形状、尺寸、与隧道轴线的相对位置；（4）隧道填埋的深度；（5）双线隧道的间距或施工隧道与近旁大型、重要公用管道的间距；（6）隧道设计的安全储备系数。监测内容土体介质的监测。包括：地表的沉降监测、土体分层沉降和深层位移监测、土体回弹测量、土体应力和孔隙水压力测量。周围环境的监测。包括：相邻房屋和重要结构物的变形监测、相邻地下管线的变形监测。隧道变形的监测。包括：隧道沉降和水平位移监测、隧道断面收敛位移监测、隧道应变和预制管片凹凸接缝处法向应力测量。地表沉降监测地表沉降监测是采取精密水准测量的方法测量地铁盾构隧道上方地表的标高。在沉降测量区域埋设地表桩，地表桩一般沿盾构隧道的轴线每隔3～5m设置一个，同时，适当布置几排横向地表桩，便于测量盾构施工引起的横向沉降槽的变化。在远离沉降区域，并沿地铁隧道方向布设监测基准点，并进行基准点联测。按照监测方案规定的观测频率，用精密水准仪进行测量，并计算每次观测的地表桩高程。如果地铁盾构隧道上方是道路，在进行道路沉降观测时，必须将地表桩埋入地面下的土层里，才能比较真实地测量出道路的沉降。如果地铁盾构隧道上方有地下管线，在监测时，对重点保护的管线，应将测点设在管线上，并砌筑保护井盖，一般的管线可在其周围设置地表桩进行监测。土体沉胶降和深酒层位移历监测监测纳盾构宋施工萝引起室的土俭体分后层沉睁降和探深层旷位移烫量可循了解坟土层辆被扰混动的毙范围糊和影孙响程川度。土体分研层沉降银是指土视层内离歇地表不予同深度芒处的沉熊降或隆额起，通冻常用磁愉性分层姑沉降仪挠量测。土体锣深层搬位移岸是指代土层甚不同禁深度倦的水急平位满移，寒通常假采用稻测斜茂仪进户行测分量。土体沉滔降和深暗层位移探监测都火是在隧佣道两边视或底部净钻孔预便埋测管捞，两者嗓可共用绍一个测键管。图12-鸟8双孔免隧道翅上方升的地度表沉蛋降槽他和分输层沉冻降的恼实测活曲线土体回东弹测量在地铁番盾构隧影道掘进时中，由形于卸除疮了隧道倦内的土粮层，因队而引起蔬隧道内吉外影响恶范围内惕的土体狸回弹。土体回挑弹测量蚁就是测逐量地铁蜂盾构隧勺道掘进尝后相对棉于地铁贿盾构隧糕道掘进秋前的隧得道底部要和两侧鸡土体的嚷回弹量红。一般是盛在盾构粱前方埋纽奉设回弹侄桩，观仍测施工奶过程中友底部土受体的回浩弹量，匀其具体用的测量尺方法可顿以采用仍精密几拜何水准搂测量的寒方法进搜行。埋设回谈弹桩时迟，要利义用回弹皂变形的叼近似对道称性，硬应埋入蚂隧道底淋面以下20仪~3才0c羊m，根桥据土译层土消质的指情况购，可香采用填钻孔失法或魔探井慈法。土体应意力和孔犬隙水压富力测量对土秩体应挎力和催孔隙俭水压傻力测虫量，合能了蔽解盾侍构的路施工既性能劳，了成解盾够构的并施工厚对土免层的各扰动栽程度半以及督预测衰固结榆沉降将量，壶可及布时调专整施喉工参从数，姑减少悲对土炸层的仁扰动歌。土体应爪力和孔汪隙水压犹力测量末主要是墨采用钻永孔埋设熔法埋设蓄土应力波盒和空浸隙水压鲁力探头垦等传感直器。利用这禾些传感烟器获取惯土体的仿温度和利水压力裹，通过央事后计陷算得到败需要的败观测数谈据。这些测歉点主要疮埋设在梨隧道外院围。相邻肝房屋轿和重竟要结羡构物瓜的变壮形监报测地铁盾编构隧道源掘进中抚，对盾导构直接足穿越和杆影响范炎围内的肉房屋、随桥梁等给构筑物织必须进逝行保护筝监测。建筑膊物的锤变形辩观测雕可以棒分为白沉降苦观测仗、倾蔑斜观抗测和诸裂缝按观测曲三部声分内舅容。沉降观班测的观怜测点设乔在基础移上或墙挂体上，恨另外在虏构筑物现外的表岂面上和皇构筑物绵底板上滨有时也跟需设一猪些观测薪点，用冷精密水宾准仪进苹行测量赢。构筑物各倾斜监驼测可采卡用经纬绞仪测量狼方法，凭也可在辩墙体上淘设置倾须斜仪，粥连续监渴测墙体祖的倾斜认。构筑铅物的移裂缝玻可用启裂缝钥观测详仪测坛得。图12-拉9裂缝锐观测犁仪图12爸-1趋0薄铁片诱标志法衰观测裂印缝示意雁图相邻地睡下管线算的变形纽奉监测相邻地孕下管线纹的监测馆内容主所要为管珠线垂直律沉降，挂其测点技布置和疤监测频猪率应在斗对管线驶状况进闹行充分始调查，颂与管线笋单位充桑分协商糖后确定相。调查内摘容包括穴以下几厦个方面四：①管芬线埋置更深度和低埋设年刷代；②直管线所宿在道路骆的地面押人流与以交通状船况；③乒隧道施扶工过程殊中地下堵管线的衫预计沉车降。布点胞方式目前滋，管无线垂驶直沉码降布副点方夏法主串要采痒用间蒜接测凝点和壤直接密测点勤两种弓形式躲。间接的测点太又称洋监护虾测点迟，常狠设在垫管线篇轴线塔相对厉应的脸地面促或管声线的莫窨井迅盖上导，由期于测刊点与播管线除本身耐存在单介质划，因葛而测炊试精抵度较炭差，榜但可秤避免巷破土插开挖谨，可窄以在眯人员渐与交葵通密谦集区桐域，悦或设薪防标妻准较免低的居场合毛采用芳。直接法测点执是通蔽过埋处设一杠些装虚置直柴接测涉读管稀线的选沉降豪，常蹲用方逼案有弄抱箍脏式、代套筒界式岗。图12-鸦11抱箍式赠布点法日示意图图12沉-1怖2套筒坛式布按点法右示意籍图隧道狸沉降灵和水填平位捧移监混测传统的奖隧道沉赴降和水昏平位移跳监测方历法是在纳隧道的脑顶部或猫腰线处盈设立观豆测点，浩然后用巩常规的咸水准测撞量方法逝进行沉耽降量的帆测量，抛同时，担以隧道陷轴线和中其轴线昆的垂直凶方向建苗立坐标驳系，用叹导线测盼量的方摩法测量背所有观扶测点的松坐标，固以此来愧推算隧钞道水平堵位移量性。目前塞，为缘瑞了能道够连渠续准拐确地垒监测缝到隧料道的疤沉降飞及水米平位塌移变锯形情派况，荐可采妖用具优有先薄进功摄能和短高精登度的即自动飘跟踪层全站竟仪进徒行观填测。隧道断违面收敛喇位移监纯测常规收吊敛位移榆监测采圣用收敛挡计进行但测量，抄但最大俯的问题也是重复神精度不赛高，而返且因操拌作人而境异；其煤次是工顿作量大锯，效率止低。目前，绞用断面漫自动扫亩描的方得法进行器隧道断靠面收敛胖变形监只测。这种怨方法荡是利阿用免揭棱镜院自动躁跟踪樱全站顽仪和史专业铸的断贩面测测量系惊统软纺件组冲成的忌仪器厌系统季来实孟现断从面自胳动扫叼描，料以此堤进行脏隧道顺断面西收敛汇变形都监测组。应力测祥量应变耐和应饼力测赏量是谅在隧苏道的覆结构透物上椒，焊晚接应冈变计虚和应剧力计各等一警些传唤感器技，根滥据传盏感器虾测量兼的结哲果计妄算结塔构构凉件的锅轴力受和弯序矩，爆判断还结构相物的绞安全缎性能坏。12湖.3地铁盾羞构隧道研监测方倦案设计方案叮设计蜘的原包则在熟嘴悉隧另道施脂工方进案，骂了解锻施工嘉区域用内土益壤及钉地下台水和赶隧道淡施工慈影响效范围光内现牺有结绞构物肃情况浸的基尤础上神，根寒据工败程的奴特殊回要求垃，设烂计出劝确保短工程降安全缴的、牵经济惧有效础的、永便于近监测灰工作逢的实牛施和众工程普项目荡施工物的监尖测方档案。方案蚁设计巾前的橡准备芹工作（1）收撞集各辆种资闹料主要钩包括就：隧印道施瞎工方星案，瓶施工裤区域带内地您质分炊析报把告，黑施工肢影响追范围禁内结泛构物斩的设系计图昌纸和鸽竣工皂资料百，施搬工区渡域内普的管弯线图树，施索工区吴域内转的交诊通情硬况等槽。（2）实浪地进值行踏弦勘实地进娃行踏勘幸主要是理进行施顾工影响白范围内踩结构物拌和管线景的调查障。调查搜管线的滚位置、访种类、有大小；辆结构物尼形状以隶及其是鹅否有裂搂缝等情泻况。调巷查的主牌要目的组是便于归观测点锣的布置约和施工浅对其影爱响的评表价。方案谎设计贪的内序容工程项却目概况浊。主要降介绍工羽程项目鹿的基本戚情况和吼施工区沉域内的店地质情婆况。监测柳的目违的和宽意义曲。详析细阐研述监景测对株安全井施工盲、保宁障人须民财乐产的愁重要央性以纳及进勿行各贷项科裁学研彩究的量重要炒意义洞。施工过户程中对通各种设婚施的影毅响评价月。分析达隧道项洪目施工砍对周边蒜结构物着、管线园的影响婆程度，抚分析盾撤构推进冠引起的萄地表位群移特征和，并估恐算地表絮沉降量巴，分析猴隧道本退身的变押形特征远。监测终的具腊体内指容。丧根据掠具体案工程革项目隆和地膀质的去具体堵情况滑，确馅定监完测的亮具体侵项目椅内容记，同妖时，辨可以霜包含竹对于邮一些巷具体御施工仗工艺槐和参劲数的可测定猎。监测弃点的眠布置隔。根业据收盒集的们资料阀和踏躬勘的吩实际种情况具，具章体确寨定监柜测点海的数膛量和浇位置摔，绘震制监凉测点秆位分涌布图嫌。监测方躬法。针菌对每一艰项监测凉内容，嫩提出采矿用何种深监测方灾法以及祥如何实咽施监测忍工作，辆使用何宾种监测畜仪器，渡并详细欠阐述使钥用方法傲的实施档效果。监测仿频率防和报汗警值剂的确扯定。键根据沙规范骄，结补合实沙际情名况确扑定每井一监卷测项山目的阵监测懂频率顺和报鸽警值卖。监测的杀组织结菜构和质姜量保证有体系。筋为保障觉监测工格作的顺钥利实施躬和监测纹结果的昼准确性苦，要制育订科学抚的质量爹保证体滥系。12忆.4监测数同据整理漫与分析监测开数据炒整理监测数盆据整理悔的主要破工作是器对现场悄观测所膊取得的唱资料加予以整理基、编制颗成图表固和说明张，使它樱成为便幻玉于使用华的成果勾。其具搞体内容治如下：校核鸽各项聋原始磨记录到，检瓣查各呜次变飞形观嘴测值兄的计别算是驱否有菊误；变形值义计算；绘制各避种变形惯过程线切，建筑配物变形蝴分布图流。监测数城据分析监测数秘据分析蚀是分析逼归纳地篇表、管书线及周誓边建筑英物的变用形过程彻、变形窝规律和秒变形幅国度。分包析变形壮的原因辅，变形崭值与引乏起变形淋因素之廊间的关蛮系，并隶找出它艘们之间塔的函数冠关系，神进而判吉断地表纯、管线逗及周边窃建筑物糖的情况纳是否正滔常。（1）成尖因分木析（疗定性伙分析货）。舌成因凶分析焰是对庆结构针本身煎（内苏因）浴与作莫用在沈结构蔬物上易的荷温载（浓外因般）以神及观民测本恭身，共加以慌分析洗、考爬虑、秀确定面变形兼值变假化的衰原因炕和规舒律性泻。（2）统计欣分析。税根据成半因分析头，对实践测数据转进行统畜计分析磁，从中桥寻找规逐律，并混导出变裙形值与熊引起变宣形的有占关因素高之间的驳函数关袜系。（3）变矿形预艇报和去安全撑判断银。在坚成因大分析推和统砍计分蝇析的非基础谢上，给可根深据求幕得的币变形炭值与免引起没变形溉因素葵之间躬的函权数关宾系，道预报条未来辩变形蚕值的粘范围天和判哄断建签筑物怠的安文全程茧度。12旺.5工程宰实例工程胆概况南京纵地铁详一号父线盾待构15标沿途遍穿越金到川河、遥玄武湖守隧道、肃龙蟠路杀隧道、睁廖家巷且密集建份筑群、应南京古亭城墙等贼及众多斩地面建净筑和地扰下管线满；该区间掘隧道上晌覆地层贞为冲积当层、残思积层和驳风化岩准层因此菠工程施源工难度黄很大；为了太保证闻盾构只机推锐进时废的安扇全，育防止捧周围款已建窃构筑兽物的滑安全舅，必幕须对合其进程行监离测和泳分析律。现场监柏测内容①地航表沉降停和地下初管线安闪全观测由。②地英面房屋小沉降和拉倾斜观挠测。③申水位矿测试款。④迁土体要水平医位移挤监测忌。⑤勿隧道津沉降谢、净电空水净平收值敛监粮测。⑥玄眉武湖公隐路隧道蜂相关监忠测及其适他盾构汁机掘进扭参数的竟采集。测点省布置地表庭沉降但点在法区间姿隧道抗两端忧各50m范围内购及规划夫玄武湖熄隧道、钉金川河常地段沿恒隧道轴陶线按10m间距本布设胜，其差余地吹段按20摩m间距声布设遍。地表么横向关沉陷阵槽