地鐵盾構隧道施工監(jiān)測技術

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地鐵盾構隧道施工監(jiān)測技術 【摘   要】上海軌道交通10號線2標區(qū)間隧道采用盾構法施工,在盾構推進過程中對地表變形、地下管線沉降、建筑物沉降等方面進行了施工全過程跟蹤監(jiān)測;通過對監(jiān)測結果進行分析研究,判斷施工進展情況和施工中存在的問題,并在此基礎上有針對性地改進施工工藝和修改施工參數(shù)。研究成果可供其他類似工程參考。【關鍵詞】地鐵盾構施工監(jiān)測變形沉降 引言      地鐵隧道施工變形監(jiān)測是指在隧道掘進過程中對土體和襯砌的受力狀態(tài)、變形狀態(tài)的監(jiān)測,也包括對施工影響范圍內(nèi)的建(構)筑物

2、的沉降、裂縫、傾斜等的監(jiān)測。由于地鐵隧道工程位于地層包圍之中,周圍地層的水文、工程地質(zhì)情況復雜多變,土層力學性質(zhì)又各不相同,施工中可能遇到預想不到的問題,給施工帶來安全風險。這種情況下就需要通過信息化施工,隨時掌握施工進展情況,針對出現(xiàn)的問題采取相應的應對措施。監(jiān)測工作是信息化施工的重要保證,通過現(xiàn)場監(jiān)測,可掌握土體的受力、變形狀態(tài),確定土體的穩(wěn)定情況;同時,監(jiān)測工作取得了大量翔實可靠的數(shù)據(jù),通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,可以判斷施工的進展程度、發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題、為后續(xù)施工提供參數(shù)依據(jù),以便有針對性地改進施工工藝和修改施工參數(shù),對“危險地段”進行變更設計或更改施工方案,以確保隧道施工的安全。監(jiān)測

3、過程中如出現(xiàn)險情和特殊情況,能及時反饋信息,并采取必要的措施,減少事故發(fā)生的可能性。1、工程概況      上海市軌道交通10號線2標國權路站五角場站區(qū)間隧道上行線起于SK27+146.143止于SK26+263.800;下行線起于XK27+146.143止于XK26+263.800,在里程SK26+714.700處設聯(lián)絡通道、泵站一座。上行線長為882.343 m,下行線長為882.343 m,總長度為1 764.686 m,襯砌管片總環(huán)數(shù)為1 468環(huán)。隧道最大覆土厚度約為15.35 m,最大縱坡為20.953。  &#

4、160;   本工程區(qū)間隧道為單圓隧道,圓形區(qū)間隧道的外徑為6 200 mm,內(nèi)徑為5 500 mm,鋼筋混凝土襯砌的厚度采用350 mm,環(huán)寬為1 200 mm。襯砌環(huán)全環(huán)由封頂塊、2塊標準塊、2塊鄰接塊及1塊拱底塊構成,采用具有一定接頭剛度的單層襯砌,通縫拼裝。區(qū)間隧道總長度為1 764.686 m。      區(qū)間隧道上、下行線均從五角場站南端頭井始發(fā),沿四平路下往西南向直行,通過國定路、國順路、國年路,四平路兩側多為多層住宅小區(qū),距區(qū)間隧道結構最近距離為8.5 m,住宅多為條形基礎。區(qū)間隧道平行穿越四平路,垂直穿越國

5、定路、國順路、國年路,道路沿線管線分布密集,且多為重要的市政和公用管線,其中較多管線口徑大、壓力高且埋深較深,根據(jù)現(xiàn)有管線資料,施工期間需要重點監(jiān)測的管線見表1。      綜上所述,在盾構推進過程中將對地面影響范圍內(nèi)的所有建筑物及地下管線、地表變形等進行監(jiān)測。2、工程地質(zhì)條件      區(qū)間隧道地基土在50 m深度范圍內(nèi)均為第四紀松散沉積物,屬第四系濱海平原相沉積層,主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成,一般具有成層分布特點。      區(qū)間隧

6、道掘進主要在第32層灰色砂質(zhì)粉土、第層灰色淤泥質(zhì)黏土與第1-1層灰色黏土之中。第32層灰色砂質(zhì)粉土易發(fā)生涌水、流砂等事故,并引起開挖面失穩(wěn)和地面沉降,嚴重時會隨著地層空洞的擴大引起地面的突然塌陷;第層與第1-1層為高含水量、高壓縮性、低強度土層,該兩層土具有明顯的觸變性,在一定的動力作用下易發(fā)生流變,破壞土體結構,使土體強度突降。土層力學性質(zhì)指標見表2。3、變形機理分析      1)盾構推進過程中引起的地表沉降是由多種因素決定的,其主要因素有:開挖工作面土體移動,當作用在正面土體的推力大于原始側向應力時,則正面土體向上向前移動,引起盾構前方土

7、體隆起,造成負地層損失;如果開挖面土體受到的水平支應力小于原始側向應力,則開挖面土體向盾構內(nèi)移動,引起盾構上方地面沉降,造成地層損失,此類地層損失是正常的地層損失,一般在施工中是不可避免的,但可采取信息化施工,將這種地層損失控制在一定限度以內(nèi)。盾構后退,在盾構暫停推進中,若推進千斤頂漏油回縮而引起盾構后退,使開挖面土體松動,造成地層損失。土體擠入管片與盾構之間的空隙,這部分空隙在盾尾,出現(xiàn)空隙的主要原因有,盾尾材料與結構的密封性能差,注入盾尾的油脂量少質(zhì)劣,導致盾尾鋼刷損壞。若向盾尾后面隧道外周建筑空隙壓漿不及時或壓漿壓力不適當,使盾尾后隧道周邊土體失去原始三維平衡狀態(tài)而向盾尾空隙中移動漏漿,

8、引起地層損失。盾構施工中改變推進方向,盾構推進為控制軸線方向的糾偏較大,或盾構在曲線推進、糾偏、抬頭或磕頭推進過程中,實際開挖面的斷面不是圓形而是橢圓,則對土體有擾動和超挖,引起地層損失。管片的變形和隧道的沉降,在土壓力作用下,隧道襯砌產(chǎn)生的變形也會引起少量的地層損失,隧道沉降較大時,也會引起不可忽視的地層損失。      2)受擾動土的再固結。一是地層因土體中孔隙水壓力變化產(chǎn)生排水固結變形引起地面沉降。二是土體受擾動后,土體骨架還發(fā)生持續(xù)很長時間的壓縮變形在此土體蠕變過程中產(chǎn)生的地面沉降。因此,盾構施工過程對土體的擾動是一個從平衡到不平衡再到

9、新的平衡的運動過程。其不平衡狀態(tài)表現(xiàn)為加壓后的地面隆起和盾尾后的地面沉降。      3)在盾構推進施工過程中,由于盾構刀頭的旋轉和對周圍土體的擠壓等作用,周圍土體的內(nèi)應力發(fā)生變化而破壞了土體內(nèi)部的應力平衡,使得周圍土體發(fā)生沉降、位移變形,如該變形量達到一定的數(shù)量就會影響到周圍地下管線和建筑物的安全。所以在盾構推進施工過程中必須通過控制地下管線及周圍建筑物的變形量來控制盾構推進的進度和盾構本身的姿態(tài),從而實現(xiàn)施工過程的信息化,確保施工的質(zhì)量、進度和安全。4、監(jiān)測項目與方法4.1 監(jiān)測項目     

10、; 在盾構施工過程中,由于地層的變化而導致不同程度的地面沉降,從而造成地面建筑物、地下管線等設施的變形。針對該區(qū)間隧道沿線地下管線的情況,在盾構推進施工過程中,設置如下監(jiān)測項目:地面沉降監(jiān)測(包括隧道軸線地面縱向沉降測量及橫向斷面沉降測量);地下管線沉降監(jiān)測(盾構推進施工影響范圍內(nèi)的地下管線沉降監(jiān)測);建筑物沉降監(jiān)測(施工影響范圍內(nèi)的建筑物沉降測量)。      地面沉降點放樣按照設計每隔5環(huán)計算一個軸線點坐標,用已測定的導線控制點將這些坐標點放樣到實地上,根據(jù)點位埋設沉降測標。為了保護測點,放樣測點與盾構推進保持一致或稍微超前。沉降監(jiān)測從水準

11、工作基點出發(fā)按二等水準測量要求以閉合或附合水準線路的形式測量各監(jiān)測點的高程,測量閉合差小于±0.5N1/2mm(N為測站數(shù))。前后兩次測量值之差為本次高程變化量;測量值與初始值之差為累計高程變化量。初始值為盾構未推進時測量兩次監(jiān)測點高程的平均值。4.2 監(jiān)測點布設4.2.1 地面沉降監(jiān)測點布設      根據(jù)以往隧道盾構施工時的監(jiān)測經(jīng)驗并結合本工程的實際情況,沉降監(jiān)測點依據(jù)以下原則布設:在現(xiàn)場布設平行于隧道軸線的隧道中心沉降監(jiān)測點和垂直于隧道軸線的沉降監(jiān)測斷面點,在隧道軸線上方每間隔5環(huán)布設一沉降監(jiān)測點,全線約292點。垂直于隧道軸線

12、的沉降監(jiān)測斷面點每30環(huán)布設一組長約27.2 m的斷面,每組13點(含2個軸線中心的測點),離隧道軸線分別為1 m、4 m、7 m。全線共有25個斷面,275個測點。      此外,為了解地下深層土體的變化情況,在有條件的情況下可在區(qū)間內(nèi)重要區(qū)段布設深層監(jiān)測點,埋深至盾構頂面與地面之間的中間土體,實際埋深一般在13 m之間。      本區(qū)間地面沉降測點總計約為567個,具體數(shù)量及分布位置以現(xiàn)場實際布設情況為準。4.2.2 地下管線沉降監(jiān)測點的布設    

13、;  根據(jù)已有的地下管線資料及各管線單位的現(xiàn)場交底資料,施工前查明盾構施工影響范圍內(nèi)地下管線的準確位置,按照管線單位的要求進行監(jiān)測點的布設,形成監(jiān)測點位圖,并做好監(jiān)測點的保護工作。監(jiān)測信息應及時反饋給各管線單位以便采取相應措施。      布點原則是對位于施工影響范圍內(nèi)(軸線2側各15 m)的管線作為監(jiān)測保護對象,在軸線上方兩側15 m范圍內(nèi)平行或垂直掘進方向的管線上布設測點,其中平行掘進方向上間隔15 m設點,垂直掘進方向上間隔6 m設點,盡量利用管線設施作為直接測點,上水、煤氣等壓力管線作為重點監(jiān)測對象。根據(jù)施工影響范圍內(nèi)地下管線

14、的功能、管材、接頭形式、埋深等條件,制訂布點方案,監(jiān)測點分直接監(jiān)測點和間接監(jiān)測點。間接測點是將管線測點做在靠近管線的原狀土體中;直接測點一般布設在管線設備(窨井、閥門、抽氣孔等)上,同時也可在現(xiàn)場條件允許的情況下,將管線暴露布設直接點,一般是以最小的開挖面積,挖至被監(jiān)測管線的頂部,然后埋設70 mm的PVC護管,測量時把測針通過護管直接置于被監(jiān)測管線頂部即可。      區(qū)間隧道地下管線埋深一般在13 m范圍內(nèi),特殊管線埋設達4 m以上,在盾構推進施工過程中,應對影響范圍內(nèi)的地下管線進行跟蹤監(jiān)測,及時了解管線的沉降速率及沉降量,為盾構推進提供指

15、導信息,合理控制管線變形。本區(qū)間地下管線沉降監(jiān)測點約為265個。4.2.3 建筑物沉降監(jiān)測點布設      本區(qū)間隧道兩側分布有較多多層建筑物,其中以民用建筑為主。由于有些建筑物建成時間久遠,基礎較差,但都在正常使用,所以應該對盾構施工影響范圍內(nèi)的所有建筑物進行沉降監(jiān)測。觀測點的布置,應以能全面反映建筑物地基變形特征并結合地質(zhì)情況及建筑結構特點確定,點位宜選設在下列位置:建筑物的四角、大轉角處及沿外墻每1015 m處或每隔23根柱的基礎上。高低層建筑物、新舊建筑物、縱橫墻等交接處的兩側。建筑物裂縫和沉降縫兩側、基礎埋深相差懸殊處、人工地基與天然

16、地基接壤處、不同結構的分界處及填挖方分界處。寬度15 m或<15m而地質(zhì)復雜以及膨脹土地區(qū)的建筑物,在承重內(nèi)隔墻中部設內(nèi)墻點,在室內(nèi)地面中心及四周設地面點。鄰近堆置重物處、受振動顯著影響的部位及基礎下的暗浜(溝)處?？蚣芙Y構建筑物的每個或部分柱基上或沿縱橫軸線設點。筏板基礎、箱形基礎底板或接近基礎的結構部分之四角處及其中部位置。重型設備基礎和動力設備基礎的四角、基礎形式或埋深改變處及地質(zhì)條件變化處兩側。      施工前應對隧道沿線的所有建筑物進行檢查,記錄施工前建筑物的狀態(tài),必要時拍照存檔。沉降觀測的標志,可根據(jù)不同的建筑結構類型和建筑

17、材料,采用墻(柱)標志、基礎標志和隱蔽式標志(用于賓館等高級建筑物)等形式。各類標志的立尺部位應加工成半球形或有明顯的突出點,并涂上防腐劑。標志的埋設位置應避開雨水管、窗臺線、暖氣片、暖水管、電氣開關等有礙設標與觀測的障礙物,并應視立尺需要離開墻(柱)面和地面一定距離。本隧道區(qū)間內(nèi)建筑物沉降監(jiān)測點為74個,測點應根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整。測點布設完成后提交點位布設詳圖。4.3 監(jiān)測工作實施4.3.1 儀器設備      根據(jù)監(jiān)測項目和監(jiān)測精度的要求,本區(qū)間監(jiān)測項目需要以下儀器設備:TOPCON GTS-100N型全站儀1套;精度為測角±2

18、;測距精度為±2 mm+2×10-6m;蘇光DSZ2型水準儀(附FS1測微器)2套;精度為±0.3 mm/km;J2型經(jīng)緯儀1套,精度為2;此外還需要數(shù)據(jù)處理設備SHARP PC-E500S電子手簿及微機若干。      以上設備必須按有關規(guī)范進行定期鑒定,不符合規(guī)范要求的儀器不得投入使用。例如:水準儀i角不得大于15。4.3.2 變形監(jiān)測控制網(wǎng)布設      為將軸線點放樣到地面上,必須沿隧道軸線附近布一條二級平面控制導線,控制網(wǎng)采用盾構施工控制網(wǎng)數(shù)據(jù)。按照實地放

19、樣需要沿途布設45個首級控制點,然后根據(jù)需要在首級控制的基礎上再發(fā)展下一級控制網(wǎng)。      由于監(jiān)測線路較長,為了監(jiān)測需要,以本區(qū)間盾構施工高程控制網(wǎng)為起點,沿途布設45個監(jiān)測工作基點,工作基點應避開盾構施工影響范圍,同時應符合下列要求:      1)對于建筑物較少的測區(qū),宜將控制點連同觀測點按單一層次布設;對于建筑物較多且分散的大測區(qū),宜按兩個層次布網(wǎng),即由控制點組成控制網(wǎng)、觀測點與所聯(lián)測的控制點組成擴展網(wǎng)。      2)控制網(wǎng)應布設為閉

20、合環(huán)、結點網(wǎng)或附合高程路線。擴展網(wǎng)亦應布設為閉合或附合高程路線。      3)每一測區(qū)的水準基點不應少于3個;對于小測區(qū),當確認點位穩(wěn)定可靠時可少于3個,但連同工作基點不得少于3個。水準基點的標石,應埋設在基巖層或原狀土層中。在建筑區(qū)內(nèi),點位與鄰近建筑物的距離應大于建筑物基礎最大寬度的2倍,其標石埋深應大于鄰近建筑物基礎的深度。      4)工作基點與聯(lián)系點布設的位置應視構網(wǎng)需要確定。作為工作基點的水準點位置與鄰近建筑物的距離不得小于建筑物基礎深度的1.52.0倍。工作基點與聯(lián)系點也可在穩(wěn)定的永久性建筑物墻體或基礎上設置。      5)各類水準點應避開交通干道、地下管線、倉庫堆棧、水源地、河岸、松軟填土、滑坡地段、機器振動區(qū)以及其他能使標石、標志易遭腐蝕和破壞的地點。      基準點布設完成后采用二等水準進行聯(lián)測,在監(jiān)測過程中定期進行復核。4.3.3 外業(yè)沉降監(jiān)測      每個測點從盾構切