地铁盾构法施工监测工程方案概况和设计准备

地铁盾构法施工监测工程方案概况和设计准备某市地铁3号线某区间采用盾构法施工，本文结合施工区间实际情况，参考相关规范，编写本施工监测方案。工程环境概况工程简介某市地铁3号线4标段，即五四广场站至二十五中站区间（简称五-二标段），从五四广场地铁站东端开始，沿香港东路，经过市政府门口，穿过市南区政府大楼、新浦路，转入南京路。地面为商业、商务办公和密集居民区。地貌类型为剥蚀斜坡和山前侵蚀堆积坡地。所处地形变化不大，高程约6.09～12.35m。图2-1施工区间示意图本段设计起点里程，K7+053.5；设计终点里程，K8+406.7。区间全长1353.2m，穿过部分为风化岩，采用复合盾构法施工。隧道位于地下9.5～20m，盾构开挖直径10.64m，采用预制衬砌管片拼装，衬砌厚度0.30m，衬砌环宽度1.2m，分块数为6块，错缝拼装。本区间有临时施工竖井一座，竖井横通道（兼联络通道）中心里程：K7+412.606图2-1施工区间示意图区间地质、水文条件地质条件：施工区间范围分划了9个标准层，划分了17个亚层，其中区间隧道穿越的地层为强风化层、中风化层、微风化层。上部土层为人工填土①层，冲洪积土11层，含砂粘性土第12层，未见软土分布。下伏基岩为燕山期花岗岩，强风化带厚度不均；中、微风化岩面埋藏深度1.00~13.50m。基岩部分主要是燕山晚期侵入花岗岩，部分燕山晚期侵入脉岩。岩性为煌斑岩、花岗斑岩呈脉状穿插其间，于不同岩性，常见糜棱岩、碎常岩。描述如下：燕山晚期花岗岩分布：花岗岩全风化带：原岩组织结构已风化破坏，长石矿物大部分风化呈粘土状，岩芯呈坚硬土状，遇水易软化、崩解；强风化花岗岩上亚带：岩体成散体状或碎块状，大部分风化为粘土，遇水易软化、崩解；强风化上亚带：岩芯呈半岩半土状，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级；强风化花岗岩中亚带：坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量为Ⅴ级；强风化花岗岩下亚带，坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级；花岗岩中风化带，该层岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级；花岗岩微风化带，该层岩石坚硬程度为坚硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级。燕山晚期侵入岩脉分布全风化带煌斑岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级Ⅲ级；强风化带煌斑岩，岩体坚硬程度为极软岩，完整程度为极破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级；中风化带花岗斑岩，岩体坚硬程度为软岩，岩体基本质量等级Ⅳ级；微风化带煌斑岩，该层岩石坚硬程度为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级；微风化带花岗斑岩，该层岩石坚硬程度为坚硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级。水文特征区间范围内的地下水类型按照赋存方式分为第四系松散岩类孔隙水和块状基岩裂隙水两类。第四系松散岩类孔隙水。第四系松散岩类孔隙水呈片状，条带状，分布于山前冲击积坡地和山前冲洪积坡地内。其在垂向上分布及埋藏条件受松散层分布、厚度、坡度制约。一般赋存于地下10m深，局部可达13.5m，与下部的基岩裂隙水有一定水力关系第⑤、⑨层中粗砂层为主要含水层，局部度第①层填土分布区也为透水性较好的含水层。根据钻探和抽水实验结果，松散岩类孔隙水含水岩组由第四系冲击、洪冲积层不同粒径的砂和粉质粘土组成，含水砂一般厚度1~2m，局部4.1m，为中等透水性含水层。粉质粘性土为弱透水性含水层，由于含水层砂岩厚度较薄，水量较少，单井出水50~200m³/d。水位埋深一般0.7~7.5m，水力性质属于潜水。块状基岩裂隙水，主要赋存于基岩中，包括风化裂隙水和构造裂隙水。风化裂隙水主要赋存于基岩花岗岩强风化～中等风化带中，岩石呈砂土状、砂状、角砾状，风化裂隙发育，呈似层状分布于地形相对低洼地带。由于裂隙发育不均匀，其富水性亦不均匀，局部有一定的承压性。构造裂隙水主要赋存于断裂带两侧的构造影响带、细晶岩、细粒花岗岩、煌斑等后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带中，呈脉状、带状产出。风化和构造裂隙水在本标段内均有分布，位于剥蚀斜坡地貌单元内的区段为单层结构，水力性质为潜水，部分地段为上部孔隙水下部基岩裂隙水二层结构。根据抽水试验资料，基岩裂隙水单井涌水量一般<20m3/d，渗透系数k=0.0031～0.079m/d，为微透水～弱透水。受风化带厚度的影响，风化裂隙水主要分布于20m深度范围内，水位埋深受地形高低影响显著，勘察期间水位埋深0.2-11.4m。基岩裂隙水含水层的分布及其透水性受岩石风化裂隙、构造裂隙发育控制，在平面和垂向上都表现出较明显的不均匀性。周边控制性建筑物概况监测区间（五四广场站～二十五中站）位于市中心闹市区，线路下穿并近离多栋房屋，需要做相应的保护设计。下穿3个22层的高层建筑底部，地表上邻近4座20层左右的高层。这些建筑均为筏板基础和抗浮锚杆结构，基础埋深较深。此外还有一个不明结构和年代的6层老式居民楼。建筑多而分布复杂，人口密度大，需要对区间内已有建筑的监测引起重视。方案中，针对周边每个建筑观测点的布设都做出了要求和计划。本工程监测的必要性五-二区间位于商业和政治中心区，工程环境复杂，施工过程中进行全面系统的监测十分必要，其必要性体现在下面几个方面：工程区间地处市中心区域，市政管线，交通干线以及既有建筑分布密集，施工环境复杂，施工过程中需要进行对周边环境的监控测量，及时掌握并预测周边环境的安全状况，对存在安全隐患之处及时采取必要的措施，确保环境稳定。本区间所采用的施工方法为盾构法，且五-二区间内的地下水分布复杂而脆弱，施工过程对地层可能会产生扰动，有可能引起地表附近重要或高大建筑物变形或沉陷，危及附近建筑物的安全。通过监控测量可以全面系统地掌握施工中的各类信息，通过这些信息反馈指导施工，并且不断积累经验，进行技术创新，为安全高质量地完成工程提供保障。通过信息反馈对施工进行安全检测和风险预测，并且有助于在保证安全和施工质量的同时减少投资，从而更大程度上加强工程的风险控制和投资控制。施工进行中，盾构推进面及附近范围需要特别关注，进行高频度观测，及时掌握数据，以助于提前发现问题，避免事故。监控测量的任务及设备监测项目对于一项工程来说，做到如下两点是最基本也是最重要的：一是保证工程本身安全；二是保证工程相邻环境的稳定与安全。根据本工程的实际情况，施工监测的主要项目可以分为地上部分、盾构区间部分。其中地上部分体现了隧道施工对周围环境的影响，监测内容包括：地表沉降监测﹑地面建筑物的沉降监测﹑地下管线的变形监测。地下推进部分的监测内容包括隧道拱顶沉降监测﹑衬砌结构收敛监测﹑土体分层及水平位移监测、地下水位监测等。本监测所需设备根据本工程监测的内容和精度要求，初步确定了本监测工程所需仪器和周边设备，列表如下。表表2-1本监测工程所需仪器一览表设备名称规格型号数量仪器用途全站仪TPS12011布设、检验水平控制网；建筑物倾斜观测；收敛位移观测；Trimble36021电子水准仪Lei