城市軌道交通盾構法施工監(jiān)測分析

汪福源

（南昌市城市規(guī)劃設計研究總院）

1 引言

城市軌道交通盾構法施工是以相關理論為指導，在隧道掘進的過程中，對開挖面開展注漿和襯砌作業(yè)，提高隧道施工的可靠性。施工期間進行監(jiān)測能為整個施工建設過程提供安全保障。

2 城市軌道交通盾構法施工監(jiān)測的具體內容

①要確定變形監(jiān)測的具體內容，需考慮隧道主體埋置的深度，以及所建設的工程的地質和環(huán)境條件特點，選擇主要監(jiān)測對象和具體的項目。

②對隧道結構進行結構變形的監(jiān)測，主要監(jiān)測項目為隧道結構內部收斂，所使用的監(jiān)測儀器是收斂計。

③對地層進行沉降監(jiān)測，針對地表、隧道、襯砌環(huán)進行沉降監(jiān)測，利用的儀器是水準儀。

④對周圍環(huán)境建筑物以及地下的管道交通等，進行沉降位移的監(jiān)測，監(jiān)測是否有水平位移、傾斜或者建筑物裂縫，所采用的監(jiān)測元件以及儀器為經緯儀、全站儀以及游標卡尺。

2.1 布設沉降監(jiān)測觀測點

在開展沉降監(jiān)測之前，先要進行沉降基準點的選取。基準點所在位置要不在施工場地影響的范圍之內，具有較高的穩(wěn)定性。在沉降基準點的基礎上，進一步建設水準控制網，并且確定好觀測路線，這樣能讓監(jiān)測數(shù)據(jù)更準確。

①對于地表沉降的監(jiān)測點而言，在布設的時候，首先要采用鉆孔機，進行地面鉆孔，在鉆孔到一定的深度之后，進行預制鋼筋的埋設，并且利用細沙等材料進行填充，起到夯實的作用，這樣能對監(jiān)測點進行固定，避免其發(fā)生移動變形。

②要利用專業(yè)機器進行沉降監(jiān)測標志的加工，要顯著突出立尺部位。在加工過程中，也可以選擇讓其成為半球狀，這樣更加利于立尺。加工完后，要在上方進行防腐材料的涂抹，做好防腐處理工作。

③在對地下管線的監(jiān)測點進行設置時，如果有專門的檢查井的設置，可以在管線或者承載體上布設監(jiān)測點。如果因為地質條件等因素，使管線未進行檢查井的設置，而且也不具備條件開挖，就要設置間接沉降監(jiān)測點，布設在地表。

④在監(jiān)測點布設（見圖1）的過程中，所采用的各項儀器都需要是國家批準的、正規(guī)合格的儀器。

圖1 沉降監(jiān)測觀測點位布置圖

2.2 裂縫監(jiān)測

對軌道監(jiān)測來說，常見的安全隱患是管片發(fā)生裂縫現(xiàn)象。由于這種裂縫問題的形成原因多種多樣，因此造成的危害也具有一定差異。對于大部分的裂縫類型來說，一般都是從整體上對管片產生影響，并伴隨著施工進展，裂縫越來越大，會對管片造成結構性損害。所以，為了提高建筑施工的安全性，保障軌道投入使用的可靠性，要實時對管片裂縫及其發(fā)展狀態(tài)做好監(jiān)測工作。在監(jiān)測的過程中，務必注意對監(jiān)測結果進行觀察，并且需要收集每一次監(jiān)測所得到的信息，將其應用到未來的發(fā)展與建設中，不斷提升工程質量。

2.3 管片沉降監(jiān)測

在城市軌道交通利用盾構法施工時，需要在始發(fā)端和到達端的40m以內進行變形監(jiān)測斷面的布設，間隔距離為20m，這樣能夠收集到具體的管片沉降的數(shù)據(jù)信息。

2.4 管片水平收斂監(jiān)測

在利用盾構法施工時，監(jiān)測斷面的間隔一般為10m，而且每一個斷面上，都需要進行3個觀測點的布設，對主斷面來說，需要布設5個觀測點。利用微型鉆機鉆孔，對埋設進行測定。斷面監(jiān)測點的布設方法大致等同于管片沉降觀測點的布設方法。這樣通過監(jiān)測斷面，針對隧道管片水平收斂的具體狀況，實施監(jiān)測工作。

3 監(jiān)測頻率

一般來說，城市軌道交通監(jiān)測頻率需要在真實性的基礎上，對變形以及具體發(fā)展狀況，進行有效反映，還要能監(jiān)測到軌道施工過程所發(fā)生的每一處變形。因此，要在變形監(jiān)測目標、變形速度、大小的基礎上，進一步確定盾構監(jiān)測頻率（見表1）。

表1 城市軌道交通監(jiān)測頻率（部分）

在施工的開展中，如果遭遇緊急狀況，要適當增加監(jiān)測頻率，多次開展監(jiān)測工作，確保施工的安全性。對變形監(jiān)測點來說，發(fā)生變形速率或是累積的變形量，超過允許變形值的80%時，或者預測變形的曲線圖相比監(jiān)測測繪的曲線有較大差異時，就需要增加變形監(jiān)測頻率，將其增至1次/d。若出現(xiàn)緊急危險狀況，就要將監(jiān)測頻率調整到1次/4h。如果危險情況進一步發(fā)展，變?yōu)榘踩[患以后，就要通過測量機器人，對危險點做持續(xù)監(jiān)測。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

定期進行監(jiān)測點的觀測工作能夠通過現(xiàn)場實測收集到具體的變形數(shù)據(jù)，并且利用特定軟件，針對所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進一步開展偏差計算，同時，要保證數(shù)據(jù)的精確性，才能在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進行輸入。對數(shù)據(jù)庫來說，要保存原始的觀測數(shù)據(jù)以及計算處理后的數(shù)據(jù)。

4.1 橫向地表沉降監(jiān)測結果分析

根據(jù)對橫向地表沉降的實際測量數(shù)據(jù)信息進行具體分析和計算，可以得到這樣的結果：對盾構機的始發(fā)端來說，由于土地所產生的壓力具有不斷變化的特點，無法處于平衡狀態(tài)，而且隧道埋深不深，在盾構機掘進的過程中，對地表具有顯著擾動，就會出現(xiàn)嚴重的地表變形現(xiàn)象。首先，對城市軌道交通來說，利用盾構法施工，其所發(fā)生的地表變形與盾構機所掘進的地質環(huán)境的差別有著密切關系。如果地質條件較差，那么在盾構機掘進的時候，就會對地表造成較大的擾動，相反，就會使擾動較小。因此，導致底邊具有較小幅度的沉降變形。其次，在矛盾法施工過程中，對地表產生影響的范圍在隧道中線軸線的5m～7m之內，中心軸線處是沉降值最大的位置。

4.2 縱向地表沉降監(jiān)測結果分析

在進一步計算和分析盾構隧道變形斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，得到具有普遍意義的沉降變形圖。通過對縱向沉降曲線的分析，可以得知，盾構始發(fā)端的掘進不會引起較大的地表沉降變形，而且隨著掘進的不斷推進，也會使土壓一直處于變化的狀態(tài)，不斷增大。所以對于盾構機的始發(fā)以及到達端來說，都要應用控制措施實現(xiàn)對地表沉降變形的有效緩解，提高底層整體的穩(wěn)定性，提高地層強度。

4.3 隧道管片沉降

在開展具體的監(jiān)測時，通過所得數(shù)據(jù)觀察到，隧道的管片變形具有顯著的上浮趨勢，大概在13mm～33mm之間，進行了關于管片上浮以及盾構掘進變化的具體曲線圖的繪制。通過對曲線圖中監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理，將隧道管片隆沉概括為如下三個具有顯著特征的階段：首先，在管片安裝到脫離這一時期，因為千斤頂和盾構機所帶來的管片上浮，其上浮可以控制在5m空間范圍內；其次，在管片脫離之后，大約5m的距離會在注漿壓力不夠的情況下，使上浮量明顯上漲，達到10mm～20mm；最后，對于后期固結時期來說，也會因為土體的固結變形和漿液滲透產生沉降現(xiàn)象，一般在-3mm左右。

5 結語

對于周邊建筑物以及地表沉降的監(jiān)測項目來說，能夠對盾構隧道所引起的底層變位進行直接反映。如果要想對施工所導致的鄰近底層的變位進行具體監(jiān)測，就要開展管片隆沉監(jiān)測以及水平收斂監(jiān)測。在本文的具體論述中，在對盾構監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步分析以及計算的基礎上，從地表的橫縱向沉降以及管片隆沉的具體方面作出了研究，并得出結論。首先，在實際的盾構施工時，隧道埋深、上覆土層等外在條件，都屬于影響地表沉降情況的客觀因素，而土艙壓力參數(shù)的具體設置以及盾構的開挖模式，也在主觀層面上影響地表的沉降。其次，在盾構機的主要影響范圍中，體現(xiàn)地表的變形走向。一般在隧道中心軸線的2到3倍直徑上為橫向地表沉降的主要變形區(qū)域，而在刀盤前10m到盾構機尾部的40m這一區(qū)間內，是縱向地表沉降變形的范圍。盾構機的施工一般不會影響軸線3倍直徑以外的范圍。