盾構下穿建筑物變形監測

王曉磊

（中鐵上海工程局集團有限公司城市軌道交通工程分公司，上海 201900）

盾構法修建隧道可降低對城市交通秩序的影響，并且對周圍土體擾動較小，有利于地面建筑物安全。然而，在濟南地鐵盾構施工過程中，由于部分地層是粉質粘土地層，地下水位較高，下穿建筑物時施工風險較高。因此，在地鐵施工過程中，必須采取有效工程對策和措施，控制地層變形以減少盾構掘進對地表建筑物產生的不利影響。

1 工程概況

濟南市軌道交通R3線王舍人站-裴家營站區間為雙單洞隧道，區間隧道出王舍人站大里程端盾構井之后，沿工業北路直線向東推進，后線路由東轉向北，沿村莊、農田等向北推進，最后推進至裴家營站小里程端盾構接收井。區間隧道下穿的建筑物群有農行濟南東郊支行、蘇寧電器大樓、濟南化肥廠宿舍樓群等建筑物。整個下穿建筑物施工過程掘進方向為6‰的上坡，經半徑5000m的豎曲線變坡為0‰，變坡為7.6‰的下坡，盾構機沿7.6‰下坡方向掘進施工。

1.1 地質、水文條件

區間隧道盾構掘進涉及地層自上而下主要為9-1粉質黏土、10-1粉質黏土、14-1粉質黏土、15-1碎石、16-1粉質黏土、16-2黏土、17-1碎石、17-3含碎石粉質黏土，局部涉及9-5卵石、10-2黏土、10-4卵石、14-2黏土、14-4卵石、17-2膠結礫巖等地層。對本工程有影響的地下水類型主要為松散巖類孔隙水與碳酸鹽巖裂隙巖溶水，第四系松散孔隙承壓水層主要為第四系卵石、碎石層及含碎石粉質黏土層，粘性土層具有一定滲透特性，水位埋深一般為4.60～8.50m，穩定水頭標高24.62～32.86m，該區地下水涌水量較大，透水性較強，孔隙水單孔涌水量﹥500m3/d。

表1 工業北路站-王舍人站區間主要建筑物匯總表

1.2 沿途建筑物及基本情況（見表1）

1.3 建筑物監測內容及要求

距線路中線30m以內的建筑物均需監測。建筑物變形監測項目有：沉降、水平位移、傾斜和裂縫等，具體監測點按《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB50911-2013）第6.2節要求布設。

根據相關規范及設計文件要求，現場監測頻率如表2所示。

其中，管片結構位移、凈空收斂、管片內力等隧道內的監測項目在襯砌環脫出盾尾且能通視時進行監測。最后，兩個觀測周期的各點沉降速率小于0.02mm/d時可認為已經進入穩定階段，盾構掘進試驗過程中以及區間下穿重要建構筑物時監測頻率加密至2次/1d、暗挖聯絡通道在開挖期間監測頻率為1次/1d。

2 監測作業方法

2.1 測點埋設

建（構）筑物監測點布設應滿足以下條件：（1）對監測點位應做一定保護措施，并做明顯標記，以便長期保存；（2）在布設監測點時應注意點位上部和周邊的障礙物，保證足夠的立尺空間和觀測不受遮擋。

表2 盾構法隧道工程監測頻率

針對本工程實際情況，建（構）筑物監測點優先采用鉆孔的方式埋設（見圖1），在實施過程中，因各種原因（如房屋產權單位或個人不允許鉆孔）無法在住宅樓上直接鉆孔時，也可在測點埋設部位貼條形碼進行監測（見圖2）。

圖1 鉆孔埋設測點示意圖

圖2 條形碼粘貼效果圖

2.2 監測方法

建（構）筑物豎向位移監測采用幾何水準測量方法，所使用儀器應經具有相應資質的儀器檢定單位鑒定合格并在檢定有效期內使用。

建（構）筑物豎向位移監測按照《城市軌道交通工程測量規范》GB 50308-2008Ⅱ級垂直沉降監測網有關主要技術要求觀測，主要技術指標及要求如表3所示。

表3 Ⅱ級垂直沉降監測網的主要技術要求

2.3 建（構）筑物傾斜

本工程建（構）筑物的傾斜擬采用差異沉降的方法進行推算。如圖3所示，先用幾何水準測量的方法測定基礎兩端點的差異沉降量Δh，再按寬度D和高度h，推算建（構）筑物的傾斜值。設頂部傾斜位移量為Δ，斜度為i，則：

圖3 差異沉降推算法示意圖

2.4 建（構）筑物裂縫

測點埋設如圖4所示，用2塊白鐵皮，一塊兒為正方形，固定在裂縫一側，并使其一邊和裂縫的邊緣對齊，另一塊兒為長方形，固定在裂縫另一側，并使其一部分緊貼相鄰白鐵皮。當白鐵皮固定好之后，在其表面均涂上紅色油漆。

圖4 裂縫監測標志

（1）在了解設計、施工、使用及沉降觀測資料的基礎上，預先評估隧道施工對建（構）筑物可能造成的影響；。

（2）記錄建（構）筑物現有裂縫的位置和數量分布，測定其走向、長度、寬度和深度；分析裂縫形成原因，選定主要裂縫為觀測對象。

（3）定時觀測，觀測頻率由裂縫所處位置及兩次觀測間裂縫發展不大于0.1～0.5mm而定。

（4）隨著裂縫繼續發展，兩件白鐵皮將逐漸拉開，露出正方形白鐵皮上原先被覆蓋的部分，其寬度即為裂縫加大的寬度。

2.5 墻頂水平位移

2.5.1 測點埋設

監測點埋設時，先在圍護樁的頂部鉆出深約10cm的孔，再把強制歸心監測標志放入孔內，用錨固劑填充縫隙，并保證與工作基點間的通視，保證強制歸心監測標志穩固，測點埋設完畢后，應進行必要保護，并作清晰標記。埋設形式及效果如圖5所示。

圖5 監測點埋設示意圖及監測點實景圖

2.5.2 監測方法

本方案涉及平面水平位移監測的區域為王裴區間風井，因區間風井較小，擬采用小角法進行水平位移觀測。建立一條基線，利用精密經緯儀測小角從而計算出水平位移。待監測點P點的水平位移值ΔP為：

式中：ρ″＝206265″，D是測站點A到觀測點P之間的平距，Δβ為測站點觀測到的角度變化值。

3 監測數據分析

外業監測采集的數據經內業計算后，所得到的變形結果往往難以直接應用于監測成果分析。因此，需要運用一定的方法，在看似雜亂無章、變化不一的數據中提取關鍵信息和找到數據的變化規律。監測數據常用分析方法主要有以下幾種。

3.1 統計法

通過統計的方法得到某些信息，如階段變形最大值、累計變形最大值、變形最大測點點號、超報警值的測點數等信息，有助于重點把握監測數據的情況。

3.2 列表法

列表法清晰明了，便于分析比較、提示規律。可將監測數據的階段變形值、累計變形值、變形速率等按照監測點號依次列出，同時寫明表格名稱、儀器編號、環境信息等，可使監測數據一目了然，并能快速提取出想要的數據信息。

3.3 作圖法

通過繪制變形的時程曲線圖、橫縱斷面圖、等值線圖等可以清晰直觀地判明測點變形趨勢、變形影響范圍等。通過圖表或圖形，還可以簡便地得到某些結果（如一個時間段內的階段變形量、相鄰測點的差異沉降等）。

4 結語

施工安全監測盾構應貫徹整個盾構施工過程，及時對工監測數據進行整理，以此為依據對盾構掘進參數進行調整，盡可能降低施工對周圍環境的影響。