軌道交通盾構施工監測技術運用

姚德峰

（北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101）

1 引言

軌道交通線路穿越老城區時，建筑物與施工區間會形成復雜的空間關系，施工人員必須根據相關數據加強分析研究，結合地質水文條件及周邊環境，采用合適的施工方法。盾構法是一種在軟土和軟巖中均能獲得良好效果的隧道施工方法，但同時也會引發意外情況。通過全面、準確的監測技術，能夠獲取相關的變形數據，及時采取有效措施，防止不良影響的進一步擴大。

2 工程概況

鄭州市軌道交通5#線工程花園路站—經三路站區間工程，自經三路站西端盾構井始發，沿黃河路向西敷設，至花園路站東端盾構井處接收，區間長度約為643.8 m。河南省供銷合作社家屬院位于鄭州市政六街—政七街間黃河路南側，建造于20 世紀80 年代初。區間左線側穿23#樓，最近距離為0.36 m；側穿11#樓，最近距離2.11 m。右線隧道下穿23#樓、11#樓、綜合樓，穿越長度207.890 m。側穿22#樓，最近距離1.73 m。在豎向空間上，區間右線下穿23#樓、側穿22#樓，區間隧道頂距離居民樓豎向距離為8.52～9.14 m。右線下穿11#樓、左線側穿11#樓，區間隧道頂距離居民樓豎向距離為9.18～10.32 m。右線下穿綜合樓，區間隧道頂距離居民樓豎向最大距離10.36 m。

3 軌道交通盾構施工監測技術運用

3.1 盾構施工工藝

盾構機由經三路站始發，花園路站接收。為避免盾構剛進洞即下穿既有的居民樓，盾構區間先施工左線，左線施工完成后，再利用左線施工經驗指導右線施工。左右線應分別設置試驗段，試驗段長度為100 m。試驗段施工注入克泥效，檢驗克泥效工法效果，以選取合理的克泥效注入參數和盾構施工參數。在到達風險源前，全面檢查和維護盾構機，包括刀具、刀盤、注漿系統、監控系統、密封系統、千斤頂等主要設施，保證機械設備處于良好的運行狀態。加強對同步注漿量、漿液質量、注漿壓力的控制。盾構推進施工時，及時填充隧道壁后管片空隙，并加強監控量測。在施工中，做到勤量測、速反饋，及時掌握重要建構筑物沉降情況，若監測數據達到黃色預警值時，應加強監測；達到橙色報警值，應立即進行二次補充注漿，直至土體變形穩定，若發現建筑物與地面沉降超限達到紅色預警控制值，并且可能出現影響房屋安全的情況，應立即停止推進。區間下穿和側穿房屋段管片增設注漿孔，采用徑向注漿加固。

3.2 監測方案設計

區間接收風險等級為二級，周邊環境最大風險等級為一級，根據GB 50911—2013 《城市軌道交通工程監測技術規范》，本工程監測等級為一級，監測范圍為工程自身施工及影響范圍內的周邊環境和巖土體。采用自動化監測與人工監測相結合的監測方式，通過靜力水準儀、水準儀、游標卡尺等設備、設施監測建筑物沉降及差異沉降。周邊環境監測主要為自動化監測法，輔以人工監測，監測頻率應滿足監測對象所測項目的重要變化過程。根據設計文件及評估文件要求，在對房屋加固前即進行自動化監測，直至工程完成為止，貫穿于整個施工全過程。自動化監測設計周期為6 個月，人工監測設計周期為8 個月。同時，加強現場巡查管理，著重將家屬樓、地下管線、周邊道路及地表、裂縫等作為巡查對象，現場巡查頻率、周期與人工監測保持一致。當存在勘察未發現的不良地質條件、周邊環境發生較大沉降、不均勻沉降造成監測數據異常或變化速率較大等特殊情況時，應立即提高監測頻率。科學制定監測控制值和預警管理標準，當監測項目監測數值超過控制值時，應及時采取妥善的處置措施，保證施工過程安全、順暢。各監測項目的監測點均應在房屋加固前一周完成監測點布設，并進行初始值的采集工作。初始值采集應取3 次測量值的平均值作為各監測項目監測點的初始值[1]。

3.3 自動化監測與人工監測技術結合運用

3.3.1 建筑物沉降及差異沉降監測

因在盾構下穿期間，供銷社家屬樓風險系數較高，設計要求監測頻率較密，人工監測無法保證所需要的日常監測工作，所以，采用自動化監測技術，通過靜力水準儀對23#樓、11#樓、綜合樓3 棟建筑物進行全天候不間斷監測。通過計算機平臺進行數據處理，確保在盾構施工期間監測數據反饋的準確性和及時性，如果出現異常狀況，能夠及時給予科學指導，保證施工安全可控。在23#樓、11#樓、綜合樓南側及23#樓西側兩個單元1 樓地基基礎上布設靜力水準儀，其他單元全部布設在2 樓區域。各監測項目控制值見表1。

表1 各監測項目控制值

在開展自動化監測時，同步進行人工監測。按照設計文件、安全評估報告及現場情況，監測范圍取1.5～2.0 倍隧道埋深，在建筑物四角、新舊連接、高低懸殊、伸縮縫、不同埋設基礎兩側和沉降縫等部位，沿外墻間隔10～15 m，或間隔2～3 根柱基布點，且每側不少于3 個監測點。建筑物內部監測點布置在每根結構柱或承重墻下。同時，在盾構影響范圍之外，設置人工水準基準點，用于校核靜力水準基準點。監測點埋設要滿足相關技術要求，采用預制件進行豎向位移監測點埋設。將外露端頂部加工成球形，標志采用鉆孔埋入的方式，用錨固劑把周圍縫隙回填密實，嚴格控制各距離尺寸。埋設測點時，應盡可能避開障礙物，比如，電器開關、窗臺線、雨水管等。根據立尺需要，與墻柱面及地面保持一定距離，埋設完畢后，在端頭立尺部位做好防腐處理[2]。

本工程自動化監測采用壓力式靜力水準儀，經過實踐驗證，該儀器設備具備良好的操作性和精確度。由計算機及相關數據采集管理軟件構成信息管理系統，能夠實現遠程在線監測，進行高效的數據處理和成果輸出。通過分析計算各期變形觀測點高程值，得到各期階段變形速率、階段沉降量以及累計沉降量，遵循監測點穩定性分析和監測點預警判斷分析原則，基于平差計算結果，合理判斷監測點的有效變動情況，根據階段變形速率和累積變形量與設計控制值的對比，判斷相應警戒狀態。如果出現預警，應該結合施工情況和巡查信息，著重檢查盾構掘進參數、注漿壓力及注漿量等相關方面，通過綜合分析得出科學論斷，并及時采取有效處置措施。為了提高建筑物沉降及差異沉降的準確性，本工程采用自動化監測與人工監測成果相互校正分析的方法，通過兩種監測方法的數據比對與校驗，保證監測數據的準確性和全面性，以指導信息化監測施工。

3.3.2 道路及地表沉降監測

盾構隧道穿越及鄰近工程，會對地表下方土體進行擾動，從而造成地表變形，甚至開裂、塌陷等事故。根據設計文件要求，本工程花園路站盾構接收端100 m、下穿建筑物范圍內在沿隧道軸線上方，每隔5 m 布置1 個地表沉降測點，每隔20 m設1 個監測斷面，每個主斷面設13 個監測點，測點的埋設要符合相關技術要求。采用幾何水準測量的方法進行地表豎向位移觀測，并采用天寶DINI03 電子水準儀，通過內置記錄軟件記錄外業觀測相關數據。嚴格按照垂直沉降監測三等技術要求施測，將道路及地表豎向位移監測點納入附和或閉合路線觀測。在特殊情況下，可以采用間視法觀測。當水準測量采用閉合水準路線時，可以只觀測單程，如果采用附合水準路線，那么則應該往返觀測。嚴格按照觀測順序執行，取2 次觀測高差中數進行平差，主水準路線視線長度不能超過50 m，觀測前后視的距離較差不能超過2 m，前后視距差累積值不能超過3 m，視線離地面高度不能小于0.3 m。地表沉降監測點布置如圖1 所示。

圖1 地表沉降監測點

本工程監測點按照三等垂直位移監測精度進行觀測，能夠達到垂直變形監測要求。在監測開始前、過程中、結束后，都要對儀器設備進行檢驗，正確設置各項控制參數。如果出現與儀器設備有關的異常結果，要及時進行檢驗和校正。監測過程中，應做到測站固定、儀器固定、人員固定，在標尺分劃線成像穩定的條件下進行觀測，同時，還應注意外部環境的影響，保證儀器溫度與外界溫度的一致性。數字水準儀的望遠鏡要避免太陽直射，不得遮擋視線。如果出現較大振動，要適當增加重復觀測次數。每測段往測和返測的測站數應該為偶數。當從往側轉向反側時，注意儀器設備的重新整置。完成附和或閉合路線時，注意檢查電子記錄的附和或閉合差情況。觀測完成后，形成原始電子觀測文件，使用專業水準網平差軟件嚴密平差，平差后數據應該精確到0.1 mm，最后得到各點高程值。通過高程值計算沉降數據，得到道路及地表沉降情況，分析施工活動的影響程度和影響范圍[3]。

3.3.3 地下管線沉降及差異沉降

按監測斷面間距5～15 m 布點，在位移變化敏感處、變徑處、拐彎處單加測點。對于埋設在3 m 及以上的管線，可采用位移桿法側埋至管底旁的測點形式；對于埋設在3 m 以下的管線，將位移桿底部埋至管線上方2 m 左右。如果2 條管線外皮水平距離在2 m 之內，可以按1 條管線處理；2 條管線外皮水平距離大于2 m 時，應分別考慮各布點。觀測點埋設時，有檢查井的管線應打開井蓋，直接將監測點布設到管線上或管線承載體上；無檢查井的管線可在對應的地表埋設間接觀測點。管側土體豎向位移測點布設在管線旁邊，測桿深度應與管外底標高持平。管線豎向位移測點埋設時，應注意準確調查核實管線位置，確保測點能夠準確反映管線變形。采用鉆孔埋設方式測點埋設前，應探明有無其他管線，確保埋設安全。地下管線沉降及差異沉降監測方法、數據采集及分析處理同道路地表沉降監測相關內容，通過變形觀測點各期高程值，計算各期階段沉降量、階段變形速率、累計沉降量等數據。

4 結語

軌道交通施工需要穿越復雜的地質條件，尤其是在舊城區、老建筑區域更容易產生安全隱患，可能會對建筑物、構筑物及周邊環境產生不良影響，出現不同程度的沉降、裂縫等問題，所以，必須加強施工監測，根據工程特點和實際條件，科學制訂監測方案，保證監測技術應用的合理性和有效性。