盾構施工對建(構)筑物沉降監測及分析*

王 淼，楊 喆

(1.西安市地下鐵道有限責任公司，陜西 西安710018;2.中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安710054)

0 引 言

隨著西安市城市化進程步伐的加快，城區可利用資源越來越狹小的矛盾越來越突出，開發利用城市地下空間已成為必然趨勢，城市地鐵建設的興起應運而生，相應引起的環境問題也受到了工程師和學者們極大的關注。地鐵作為一種解決城市交通問題的有效手段，其在地下空間開發利用中占據重要地位，地鐵路線一般錯綜復雜，穿越城市繁華區段是不可避免的，在外部荷載的作用下，地鐵隧道的開挖往往會引起地層移動和地表下沉，對周邊建筑物及設施的安全造成威脅，表現在以下幾個方面:首先，由于地表下沉等，周邊建筑物將隨之產生沉降、傾斜，較嚴重時甚至可導致建筑物倒塌;其次，地表變形可引起城市交通路面的破壞;最后，開挖引起的巖層移動可造成燃氣、供水等城市地下管線的破裂。由此可見，如何避免地鐵施工對周圍鄰近建筑物所構成的威脅是地鐵施工過程中的重點和難點。故分析地鐵建設過程對鄰近建筑物的影響并對建筑物的安全穩定性作出評估成了當前城市地鐵建設過程中迫切需要研究的問題［1-3］。

地表沉降是地鐵施工過程中最大的環境問題，這就需要在此過程中采取有效措施，并且根據建筑物的沉降控制標準，對地鐵施工過程進行有效的管理，嚴格控制地表沉降，以保證周邊建筑物的安全和使用，而城市地鐵施工監測是保證施工安全和工程質量十分重要的措施［4-6］。在地鐵施工期間，為業主提供及時、可靠的監測數據和信息，進而實時監控沿線地表重要建(構)筑物、道路以及地下管線等設施的沉降和水平變形，以便及時、準確地評定地鐵施工對周邊環境的影響，并對可能發生的安全隱患或事故進行預警、預報;從而，讓相關單位可及時做出正確決策，避免重大事故的發生;是業主為地鐵工程土建施工加設的一道安全防線，適合中國在重大工程建設領域與國際接軌的要求［7-9］。西安市地質情況復雜程度非常大，其濕陷性黃土分布之廣、厚度之大、濕陷性之強處于中國城市前列，每年由此所造成的損失巨大。依據勘察結果，五路口—朝陽門段地層主要有飽和性黃土、飽和性砂土以及較厚的人工填土，處于本路段內的地鐵施工所面臨的工程地質條件極差，地鐵隧道的開挖所面臨的主要問題為上部巖土層和地表產生過大的沉降和不均勻沉降等，加之上部護城河和明城墻是西安的標志性建筑物，具有很高的歷史價值，因此對該地段進行地表沉降監測則顯得尤為重要。

1 工程概況

西安市地鐵一號線(后圍寨—紡織城段)工程的五路口站—朝陽門站區間(簡稱:五朝區間)隧道起訖里程為Z(Y)DK21 +536.250—Z(Y)DK22+ 384. 200(其中ZDK22 + 274. 282—ZDK22 +270.274 長鏈4. 008 m)，左、右線區間分別長851.958 m 和847.95 m，均采用盾構法施工，目前左、右線盾構隧道已于2011 年5 月完成貫通。

五朝區間護城河段盾構隧道主要位于老黃土層，隧道底部位于粉質粘土層區間隧道與護城河底最小凈距約為8.46 m，地下水埋深約6.5 m.

右線在YDK22 +225.703—YDK22 +258.273長度約32 m 范圍內穿越朝陽門護城河老橋，老橋為預制200 號混凝土拱單拱橋，橋臺為80 號水泥砂漿砌塊石，橋寬17.8 m，老橋擴大基礎底與右線區間洞頂最小凈距11.58 m.左線在老橋北穿越護城河，河寬約30 m.

右線在YDK22 +165.234—YDK22 +203.232段下穿朝陽門明城墻城門洞，本城墻于1993 年重新修繕，城墻北部為含2 層地下室的鋼筋砼框架結構，門洞基礎為5 排靜壓樁基，樁長為15.5 m，與右線豎向最小凈距約0.742 m，平面最小凈距為2.863 m.左線下穿朝陽門北城墻下的地下室，地下室底板埋深約3.7 m，地下室底板下承雙排靜壓樁，樁長14.4 m，盾構隧道與靜壓樁平面最小凈距約為2.441 m.朝陽門城墻于2010 年8 月至10 月，完成了對城墻的袖閥管注漿加固，有效加固深度3 m.

2 測點埋設及技術要求

2.1 基點及測點埋設方法

地表基準點及工作基點的埋設步驟如下:首先使用洛陽鏟和工程鉆機成孔［10-11］。當地表為土層時，一般采用洛陽鏟開口，地表為混凝土路面等較硬地層時一般使用開孔直徑為8 cm 的工程鉆機開孔，其深度不宜小于1 m;然后將孔底夯實，清除孔內渣土，并向其中注入適量清水養護;隨后將標號不低于C20 的混凝土倒入孔中，使用振動棒將之搗實整平，整平后的混凝土面應低于地面50 mm左右;最后將長度大于0.8 m 的鋼筋插入孔中心位置，要求其頭部高于混凝土面10 ～20 mm，并加保護蓋養護半個月以上即成。地表基準點及工作基點埋設形式如圖1 所示。

圖1 地表基準標志埋設形式圖(mm)Fig.1 Surface datum mark buried from sketch

建筑物上布設的基準點的埋設步驟如下:首先使用電動鉆具在選定建筑物部位成孔。其成孔直徑為0.65 m，深度約1.22 m;然后將空洞內渣質清除，并向其中注入適量清水養護;隨后將已經攪拌均勻的錨固劑注入到孔內;最后將觀測標志放入其中，并用錨固劑將觀測標志和孔洞側壁之間的空隙填實，養護半個月以上即成。埋設形式如圖2 所示。

圖2 建筑物基準標志埋設形式圖(mm)Fig.2 Reference mark buildings buried form sketch

不同結構的建(構)筑物采用不同的埋點形式，鋼結構建(構)筑物的測點一般采用焊接式，框架、磚混結構建(構)筑物的測點一般采用鉆孔埋入式，對于一些裝修較好的建(構)筑物，為不破壞其外表，其測點一般采用隱蔽式。

2.2 埋設技術要求

1)沉降監測點在埋設時一定要盡量避開城市雨污管道、地下電纜線等妨礙觀測的障礙物［12-13］。

2)立尺一般要和墻(柱)面有一定距離，并應離開地面，一般不小于室內地坪20 ～50 cm.

3)為防止腐蝕，一般在測點埋設完后，要在監測點的斷頭部位涂防腐劑。

3 監測結果與分析

朝陽門護城河老橋和朝陽門城墻為五朝區間盾構施工段重要監測對象，監測點位嚴格按照設計圖紙結合現場情況埋設，同時盾構下穿施工期間加大了對現場巡視和監測。

朝陽門護城河老橋的監測項目有:老橋基礎沉降、老橋橋拱沉降、老橋橋拱收斂3 個監測項目，朝陽門城墻的監測項目有:朝陽門城墻構筑物主體沉降和城墻周邊地表沉降2 個監測項目。其監測結果如圖3 ～7 和見表1.

圖3 護城河老橋基礎沉降量隨時間變化曲線圖Fig.3 Settlement of the moat old bridge foundation with times

圖4 護城河老橋拱頂沉降量隨時間變化曲線圖(部分監測點)Fig.4 Settlement of the moat of old bridge vault with times(part of the monitoring)

圖5 護城河老橋橋拱凈空收斂變化曲線圖Fig.5 Settlement of the moat old bridge arches headroom convergence with time

圖6 城墻主體地表沉降量隨時間變化曲線圖(部分監測點)Fig.6 Ground surface settlement of the principal parts of the wall with time (part of the monitoring)

圖7 城墻周邊地表沉降量隨時間變化曲線圖(部分監測點)Fig.7 Ground surface settlement of the surrounding wall with time (part of the monitoring)

盾構下穿護城河、朝陽門城墻期間，護城河老橋和朝陽門城墻均出現了盾構掘進工后正常變形沉降，但沉降變化趨勢較緩，至盾構掘進出變形影響范圍后趨于穩定。其中，護城河老橋最大累計沉降量為5.1 mm，最大差異沉降量為1.6 mm，最大累計橋拱沉降量為2.4 mm，最大累計橋拱收斂為1.8 mm;朝陽門城墻主體最大累計沉降量為4. 5mm，周邊地表最大累計沉降為5.2mm;各監測項最大累計沉降量均在控制值的25% 之內［14-15］，且無突變現象。現場巡視正常，無新增裂縫、無凹凸現象，隧道內無滲水情況。

表1 各監測項目監測情況一覽表Tab.1 Schedule about monitors circumstance of monitoring programs

結合現場監測和巡視情況，分析判定在盾構機穿越護城河和城墻期間，盾構掘進對構筑物護城河老橋和明城墻變形影響較小，盾構機掘進出影響范圍后，監測數據穩定，該老橋和明城墻處于安全可控狀態。

4 結 論

1)護城河老橋及城墻監測點埋設符合設計和方案要求，埋點科學合理，監測方法正確，監測數據采集真實有效，數據處理準確，信息反饋及時清晰。

2)對地質條件復雜或地面有特殊建(構)物的地段，在該地段進行盾構施工時，應對其進行地表沉降監測、沉降速率監測、收斂監測等綜合方法，以確保上部建(構)物的安全。

3)監測點沉降量曲線圖表明，盾構法施工對其上部老橋和明城墻變形影響較小，本次監測可為后期地鐵工程的設計、建設和維修管理提供經驗。

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