隧道工程盾構區間的監測方法及精度控制

王記理

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350)

在隧道工程施工過程中，采用的施工方法主要有兩種，一種是鉆爆法施工，另一種是盾構法施工。盾構法隧道施工作為一個綜合性的施工技術，是把隧道中的定向掘進、運輸、襯砌等施工工藝進行結合后的施工方法。盾構法施工的優勢在于施工效率高、干擾因素少、安全系數高等優勢，并且機械化以及自動化水平高，是一種現代化的施工工藝，其主要應用于城市地鐵等工程中。由于盾構法在隧道施工過程中，測量環境復雜且干擾因素較多，測量精度很難得到保證，因此要保證盾構法在施工過程中的質量、速率及安全，提升測量精度控制是非常重要的。

一、工程概況

天津地鐵5號線津塘路站～直沽站區間為雙單線隧道，區間自津塘路站，左右線上下重疊（右線在下，左線在上）沿紅星路敷設，側穿東風橋、城東供電公司大直沽變電站、河東體育中心基礎，左線逐漸下壓，右線逐漸上抬，且左右線逐步分開，經過渡段，最后平行進入直沽站。區間隧道右線起訖里程為DK20+607.300～DK21+312.480，全長705.18m；隧道左線起訖里程為DK20+607.300～DK21+312.480，長度 2.401m，區間全長707.581m。本段區間隧道全線敷設于地下，采用盾構法施工。

本區間線路左右線由上下重疊布置逐步過渡到平行布置，右線在左線下方。線路縱斷面上，本區間線路出津塘路站后，右線以25‰的坡度下坡、18.683‰的坡度上坡到達直沽站；左線以11‰、27.283‰的坡度下坡到達直沽站。區間結構頂部覆土厚度約6.05m～21m。區間隧道最小平面曲率半徑為800m，分別出現在230環和330環。

本區間盾構工程籌劃為：左右線均從津塘路站始發，直沽站結束，先掘進下側隧道，下側隧道全線貫通后，再掘進上側隧道。

二、隧道工程盾構區間的監測方法

（一）監測目的

首先，對津塘路站～直沽站區間施工情況進行監測，并分析施工中影響地表變形的各種因素，給后續施工質量和效率的提升提供參考條件。結合監測結果，預測地表沉降幾率，同時分析工程對周圍建筑帶來的影響，采取對應的防護措施。其次，結合工程實際狀況，評斷其是否滿足地面沉降控制要求，探究工程項目土質環境、地下水條件以及施工方式等，研究結果可以作為設計方案修改依據。通過監測指導后續施工工作的順利進行，減少不必要施工成本的投入。最后，通過施工監測保證施工的順利進行，降低由施工事故造成的經濟損失。

（二）監測內容

結合工程實際情況以及周圍環境，安排工程監測項目內容。首先，在周圍環境監測過程中，包含了周圍管線垂直度監測以及沉降量監測；周圍建筑物、橋梁工程垂直位移監測；周圍橋墩沉降量監測；周圍建筑物以及橋墩傾斜量的監測；周圍建筑以及橋梁裂縫監測。其次，在盾構管片施工過程中，包含了管片結構垂直位移監測以及管片結構凈空收斂變形監測。最后，現場巡視監測，涉及了盾構工程自身以及周圍環境監測、監測點完成程度等。

（三）監測點布設

1.布設原則及工作量

結合規范標準，在建筑工程周圍以及外墻每隔13m的位置設定一個建筑垂直位移監測點，并且東風立交橋監測點設定在墩柱上，每一個墩柱對應的監測點為2個。盾構區間線路兩側每隔30m內包含了建（構）筑物沿，津塘路站～直沽站區間線路依次為大直沽西路變電站，一共設有30個監測點，測點具體埋設見圖1：

圖1 基準點標志埋設形式圖

2.周邊建筑物、橋梁裂縫監測

在裂縫監測過程中，涉及了裂縫形態、長度、寬度等內容。在進行工程監測過程中，需要在盾構區間上方和側穿位置找出裂縫位置并做出標記，實施裂縫監測，裂縫一般采用鋼卷尺測量的方式進行監測和存檔。選擇一些具備代表性的裂縫，在原有裂縫不斷增加或者存在新裂縫的情況下，需要結合實際情況及時添加新的監測點。每條裂縫監測點數量不得少于2個，并且布置在裂縫最寬位置處，觀察連線垂直裂縫情況，在裂縫周圍做好標記。

3.布設方法

根據建筑外墻以及四個角，分別在頂端、底端等位置做好標記，并將其當作監測點。橋墩柱上、下各貼一個反光片作為傾斜監測點。

（四）周邊地表垂直位移監測

1.布設原則及工作量

橫向布置過程中，在垂直于隧道軸線方向設定監測橫斷面，同時監測斷面之間的距離是48m，設定的盾構環片數量為32個。左右線重疊區域加密至24m，為16個盾構環片以左、右線軸線為中心，向兩側各延伸34m，按2.5m、3.5m、5m、6m、17m間距布設，每組剖面測點的編號為：DBC-i-1～DBC-i-11（i為相應隧道環號）。左右線不重疊部分測點的編號為：左線：DBC-Zi-1～DBC-Zi-11,右線：DBC-Yi-1～DBC-Yi-11（i為相應隧道環號）。在縱向布置過程中，根據盾構隧道軸線布設測點，距離設定為24m，為16個盾構環片。盾構始發、吊出段100m和盾構重疊段及穿越承壓水層范圍內監測點加密至12m，為8個盾構環片，其中，盾構始發段加固區范圍內間隔2個盾構環片。測點編號為：線路重合部分DBC-i，線路不重合部分左線DBC-Zi，右線DBC-Yi（i為相應隧道環號）。隧道主斷面測點分布見圖2。

2.布設方法

地面沉降點設置在地面硬化區域中，在測點位置鉆進一個直徑大于110mm、深度超出硬化層厚度，在孔內插入長1m的圓頭鋼筋至軟土層中，鋼筋頭低于地面5cm，并用細砂將鋼筋頭以下部位填實。在地面沉降點設定在泥土地面中，需要直接在地面中插入直徑為12mm的圓頭鋼筋，并超出凍土深度影響范疇，地面則需要采用保護措施，保證測點不會遭受損壞。

三、隧道工程盾構區間精度控制對策

（一）加強異常現象監測

首先，針對監測點被損壞或者監測點工作異常現象，則需要采用以下兩種方式進行處理：(1）如果測點在被測對象表面，應該重新設置監測點，如果不滿足工程要求的，則需要向相關部門說明情況并得到協助。(2）如果監測點在結構物中，則需廢除該監測點，且盡可能在被廢除監測點位置周邊設置相對應監測點進行補測。其次，對于首次測量超差現象，則需要進行重新監測，且監測次數不得少于3次。

圖2 隧道主斷面測點分布

（二）強化監測數據處理

在工程現場監測過程中，通過獲取原始數據，能夠防止離散現象的出現，假設沒有對其進行處理，將會影響最終的測量結果。因此，在工程現場獲取原始數據以后，需要對其加以綜合分析和處理。通過比較各種數據信息，能夠保證數據的真實性和精準性。根據位移變化情況進行評斷，可以將變形曲線劃分三個階段。首先，變形急劇增長階段——變形速度大于1mm/d時；其次，變形緩慢增長階段——變形速度1～0.2mm/d時；最后，基本穩定階段——變形速度小于0.2mm/d時。如果結合位移測量值或者最終位移值情況進行評斷，在盾構施工時，如果出現監測位移總量或單次監測結果超出某一臨界點，則預示著圍巖不平穩，需要做好加固處理。反之，假設量測位移總量或單次測量位移量接近臨界值范疇，則需要考慮重新做好支護工作，從而降低施工風險。

四、結束語

總而言之，本文通過對隧道工程情況的分析，提出工程監測和精度控制方式，并從始發臺定位、盾構機初始姿態測量等方面入手，實現對工程施工情況的監測和管理。綜合上述控制要點，將其運用到天津地鐵5號線津塘路站～直沽站區間為雙單線隧道工程中，獲得了理想的施工效果，有效提升了工程測量精度和水平。