地鐵盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測(cè)技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地鐵盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測(cè)技術(shù) 【摘   要】上海軌道交通10號(hào)線2標(biāo)區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工,在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中對(duì)地表變形、地下管線沉降、建筑物沉降等方面進(jìn)行了施工全過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè);通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究,判斷施工進(jìn)展情況和施工中存在的問(wèn)題,并在此基礎(chǔ)上有針對(duì)性地改進(jìn)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?！娟P(guān)鍵詞】地鐵盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)變形沉降 引言      地鐵隧道施工變形監(jiān)測(cè)是指在隧道掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)土體和襯砌的受力狀態(tài)、變形狀態(tài)的監(jiān)測(cè),也包括對(duì)施工影響范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物

2、的沉降、裂縫、傾斜等的監(jiān)測(cè)。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(fù)雜多變,土層力學(xué)性質(zhì)又各不相同,施工中可能遇到預(yù)想不到的問(wèn)題,給施工帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。這種情況下就需要通過(guò)信息化施工,隨時(shí)掌握施工進(jìn)展情況,針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。監(jiān)測(cè)工作是信息化施工的重要保證,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),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(shí),監(jiān)測(cè)工作取得了大量翔實(shí)可靠的數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以判斷施工的進(jìn)展程度、發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題、為后續(xù)施工提供參數(shù)依據(jù),以便有針對(duì)性地改進(jìn)施工工藝和修改施工參數(shù),對(duì)“危險(xiǎn)地段”進(jìn)行變更設(shè)計(jì)或更改施工方案,以確保隧道施工的安全。監(jiān)測(cè)

3、過(guò)程中如出現(xiàn)險(xiǎn)情和特殊情況,能及時(shí)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(hào)線2標(biāo)國(guó)權(quán)路站五角場(chǎng)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(shè)聯(lián)絡(luò)通道、泵站一座。上行線長(zhǎng)為882.343 m,下行線長(zhǎng)為882.343 m,總長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊及1塊拱底塊構(gòu)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(zhǎng)度為1 764.686 m。      區(qū)間隧道上、下行線均從五角場(chǎng)站南端頭井始發(fā),沿四平路下往西南向直行,通過(guò)國(guó)定路、國(guó)順路、國(guó)年路,四平路兩側(cè)多為多層住宅小區(qū),距區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)最近距離為8.5 m,住宅多為條形基礎(chǔ)。區(qū)間隧道平行穿越四平路,垂直穿越國(guó)

5、定路、國(guó)順路、國(guó)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(diǎn)監(jiān)測(cè)的管線見(jiàn)表1。      綜上所述,在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中將對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(jì)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(diǎn)。      區(qū)間隧

6、道掘進(jìn)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(kāi)挖面失穩(wěn)和地面沉降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)隨著地層空洞的擴(kuò)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(qiáng)度土層,該兩層土具有明顯的觸變性,在一定的動(dòng)力作用下易發(fā)生流變,破壞土體結(jié)構(gòu),使土體強(qiáng)度突降。土層力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。3、變形機(jī)理分析      1)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)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(kāi)挖工作面土體移動(dòng),當(dāng)作用在正面土體的推力大于原始側(cè)向應(yīng)力時(shí),則正面土體向上向前移動(dòng),引起盾構(gòu)前方土

7、體隆起,造成負(fù)地層損失;如果開(kāi)挖面土體受到的水平支應(yīng)力小于原始側(cè)向應(yīng)力,則開(kāi)挖面土體向盾構(gòu)內(nèi)移動(dòng),引起盾構(gòu)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(gòu)后退,在盾構(gòu)暫停推進(jìn)中,若推進(jìn)千斤頂漏油回縮而引起盾構(gòu)后退,使開(kāi)挖面土體松動(dòng),造成地層損失。土體擠入管片與盾構(gòu)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(jié)構(gòu)的密封性能差,注入盾尾的油脂量少質(zhì)劣,導(dǎo)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(shí)或壓漿壓力不適當(dāng),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(dòng)漏漿,

8、引起地層損失。盾構(gòu)施工中改變推進(jìn)方向,盾構(gòu)推進(jìn)為控制軸線方向的糾偏較大,或盾構(gòu)在曲線推進(jìn)、糾偏、抬頭或磕頭推進(jìn)過(guò)程中,實(shí)際開(kāi)挖面的斷面不是圓形而是橢圓,則對(duì)土體有擾動(dòng)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(huì)引起少量的地層損失,隧道沉降較大時(shí),也會(huì)引起不可忽視的地層損失。      2)受擾動(dòng)土的再固結(jié)。一是地層因土體中孔隙水壓力變化產(chǎn)生排水固結(jié)變形引起地面沉降。二是土體受擾動(dòng)后,土體骨架還發(fā)生持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的壓縮變形在此土體蠕變過(guò)程中產(chǎn)生的地面沉降。因此,盾構(gòu)施工過(guò)程對(duì)土體的擾動(dòng)是一個(gè)從平衡到不平衡再到

9、新的平衡的運(yùn)動(dòng)過(guò)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(gòu)推進(jìn)施工過(guò)程中,由于盾構(gòu)刀頭的旋轉(zhuǎn)和對(duì)周圍土體的擠壓等作用,周圍土體的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化而破壞了土體內(nèi)部的應(yīng)力平衡,使得周圍土體發(fā)生沉降、位移變形,如該變形量達(dá)到一定的數(shù)量就會(huì)影響到周圍地下管線和建筑物的安全。所以在盾構(gòu)推進(jìn)施工過(guò)程中必須通過(guò)控制地下管線及周圍建筑物的變形量來(lái)控制盾構(gòu)推進(jìn)的進(jìn)度和盾構(gòu)本身的姿態(tài),從而實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的信息化,確保施工的質(zhì)量、進(jìn)度和安全。4、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與方法4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目     

10、; 在盾構(gòu)施工過(guò)程中,由于地層的變化而導(dǎo)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(shè)施的變形。針對(duì)該區(qū)間隧道沿線地下管線的情況,在盾構(gòu)推進(jìn)施工過(guò)程中,設(shè)置如下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目:地面沉降監(jiān)測(cè)(包括隧道軸線地面縱向沉降測(cè)量及橫向斷面沉降測(cè)量);地下管線沉降監(jiān)測(cè)(盾構(gòu)推進(jìn)施工影響范圍內(nèi)的地下管線沉降監(jiān)測(cè));建筑物沉降監(jiān)測(cè)(施工影響范圍內(nèi)的建筑物沉降測(cè)量)。      地面沉降點(diǎn)放樣按照設(shè)計(jì)每隔5環(huán)計(jì)算一個(gè)軸線點(diǎn)坐標(biāo),用已測(cè)定的導(dǎo)線控制點(diǎn)將這些坐標(biāo)點(diǎn)放樣到實(shí)地上,根據(jù)點(diǎn)位埋設(shè)沉降測(cè)標(biāo)。為了保護(hù)測(cè)點(diǎn),放樣測(cè)點(diǎn)與盾構(gòu)推進(jìn)保持一致或稍微超前。沉降監(jiān)測(cè)從水準(zhǔn)

11、工作基點(diǎn)出發(fā)按二等水準(zhǔn)測(cè)量要求以閉合或附合水準(zhǔn)線路的形式測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程,測(cè)量閉合差小于±0.5N1/2mm(N為測(cè)站數(shù))。前后兩次測(cè)量值之差為本次高程變化量;測(cè)量值與初始值之差為累計(jì)高程變化量。初始值為盾構(gòu)未推進(jìn)時(shí)測(cè)量?jī)纱伪O(jiān)測(cè)點(diǎn)高程的平均值。4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)4.2.1 地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)      根據(jù)以往隧道盾構(gòu)施工時(shí)的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本工程的實(shí)際情況,沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)依據(jù)以下原則布設(shè):在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)平行于隧道軸線的隧道中心沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)和垂直于隧道軸線的沉降監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn),在隧道軸線上方每間隔5環(huán)布設(shè)一沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),全線約292點(diǎn)。垂直于隧道軸線

12、的沉降監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)每30環(huán)布設(shè)一組長(zhǎng)約27.2 m的斷面,每組13點(diǎn)(含2個(gè)軸線中心的測(cè)點(diǎn)),離隧道軸線分別為1 m、4 m、7 m。全線共有25個(gè)斷面,275個(gè)測(cè)點(diǎn)。      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(shè)深層監(jiān)測(cè)點(diǎn),埋深至盾構(gòu)頂面與地面之間的中間土體,實(shí)際埋深一般在13 m之間。      本區(qū)間地面沉降測(cè)點(diǎn)總計(jì)約為567個(gè),具體數(shù)量及分布位置以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布設(shè)情況為準(zhǔn)。4.2.2 地下管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)    

13、;  根據(jù)已有的地下管線資料及各管線單位的現(xiàn)場(chǎng)交底資料,施工前查明盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)地下管線的準(zhǔn)確位置,按照管線單位的要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè),形成監(jiān)測(cè)點(diǎn)位圖,并做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作。監(jiān)測(cè)信息應(yīng)及時(shí)反饋給各管線單位以便采取相應(yīng)措施。      布點(diǎn)原則是對(duì)位于施工影響范圍內(nèi)(軸線2側(cè)各15 m)的管線作為監(jiān)測(cè)保護(hù)對(duì)象,在軸線上方兩側(cè)15 m范圍內(nèi)平行或垂直掘進(jìn)方向的管線上布設(shè)測(cè)點(diǎn),其中平行掘進(jìn)方向上間隔15 m設(shè)點(diǎn),垂直掘進(jìn)方向上間隔6 m設(shè)點(diǎn),盡量利用管線設(shè)施作為直接測(cè)點(diǎn),上水、煤氣等壓力管線作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)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(diǎn)方案,監(jiān)測(cè)點(diǎn)分直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)和間接監(jiān)測(cè)點(diǎn)。間接測(cè)點(diǎn)是將管線測(cè)點(diǎn)做在靠近管線的原狀土體中;直接測(cè)點(diǎn)一般布設(shè)在管線設(shè)備(窨井、閥門、抽氣孔等)上,同時(shí)也可在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下,將管線暴露布設(shè)直接點(diǎn),一般是以最小的開(kāi)挖面積,挖至被監(jiān)測(cè)管線的頂部,然后埋設(shè)70 mm的PVC護(hù)管,測(cè)量時(shí)把測(cè)針通過(guò)護(hù)管直接置于被監(jiān)測(cè)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(shè)達(dá)4 m以上,在盾構(gòu)推進(jìn)施工過(guò)程中,應(yīng)對(duì)影響范圍內(nèi)的地下管線進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),及時(shí)了解管線的沉降速率及沉降量,為盾構(gòu)推進(jìn)提供指

15、導(dǎo)信息,合理控制管線變形。本區(qū)間地下管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)約為265個(gè)。4.2.3 建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)      本區(qū)間隧道兩側(cè)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(shí)間久遠(yuǎn),基礎(chǔ)較差,但都在正常使用,所以應(yīng)該對(duì)盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)的所有建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。觀測(cè)點(diǎn)的布置,應(yīng)以能全面反映建筑物地基變形特征并結(jié)合地質(zhì)情況及建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定,點(diǎn)位宜選設(shè)在下列位置:建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每1015 m處或每隔23根柱的基礎(chǔ)上。高低層建筑物、新舊建筑物、縱橫墻等交接處的兩側(cè)。建筑物裂縫和沉降縫兩側(cè)、基礎(chǔ)埋深相差懸殊處、人工地基與天然

16、地基接壤處、不同結(jié)構(gòu)的分界處及填挖方分界處。寬度15 m或<15m而地質(zhì)復(fù)雜以及膨脹土地區(qū)的建筑物,在承重內(nèi)隔墻中部設(shè)內(nèi)墻點(diǎn),在室內(nèi)地面中心及四周設(shè)地面點(diǎn)。鄰近堆置重物處、受振動(dòng)顯著影響的部位及基礎(chǔ)下的暗浜(溝)處?？蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑物的每個(gè)或部分柱基上或沿縱橫軸線設(shè)點(diǎn)。筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)底板或接近基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)部分之四角處及其中部位置。重型設(shè)備基礎(chǔ)和動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)的四角、基礎(chǔ)形式或埋深改變處及地質(zhì)條件變化處兩側(cè)。      施工前應(yīng)對(duì)隧道沿線的所有建筑物進(jìn)行檢查,記錄施工前建筑物的狀態(tài),必要時(shí)拍照存檔。沉降觀測(cè)的標(biāo)志,可根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)類型和建筑

17、材料,采用墻(柱)標(biāo)志、基礎(chǔ)標(biāo)志和隱蔽式標(biāo)志(用于賓館等高級(jí)建筑物)等形式。各類標(biāo)志的立尺部位應(yīng)加工成半球形或有明顯的突出點(diǎn),并涂上防腐劑。標(biāo)志的埋設(shè)位置應(yīng)避開(kāi)雨水管、窗臺(tái)線、暖氣片、暖水管、電氣開(kāi)關(guān)等有礙設(shè)標(biāo)與觀測(cè)的障礙物,并應(yīng)視立尺需要離開(kāi)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(cè)點(diǎn)為74個(gè),測(cè)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。測(cè)點(diǎn)布設(shè)完成后提交點(diǎn)位布設(shè)詳圖。4.3 監(jiān)測(cè)工作實(shí)施4.3.1 儀器設(shè)備      根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)精度的要求,本區(qū)間監(jiān)測(cè)項(xiàng)目需要以下儀器設(shè)備:TOPCON GTS-100N型全站儀1套;精度為測(cè)角±2

18、;測(cè)距精度為±2 mm+2×10-6m;蘇光DSZ2型水準(zhǔn)儀(附FS1測(cè)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(shè)備SHARP PC-E500S電子手簿及微機(jī)若干。      以上設(shè)備必須按有關(guān)規(guī)范進(jìn)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(zhǔn)儀i角不得大于15。4.3.2 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)布設(shè)      為將軸線點(diǎn)放樣到地面上,必須沿隧道軸線附近布一條二級(jí)平面控制導(dǎo)線,控制網(wǎng)采用盾構(gòu)施工控制網(wǎng)數(shù)據(jù)。按照實(shí)地放

19、樣需要沿途布設(shè)45個(gè)首級(jí)控制點(diǎn),然后根據(jù)需要在首級(jí)控制的基礎(chǔ)上再發(fā)展下一級(jí)控制網(wǎng)。      由于監(jiān)測(cè)線路較長(zhǎng),為了監(jiān)測(cè)需要,以本區(qū)間盾構(gòu)施工高程控制網(wǎng)為起點(diǎn),沿途布設(shè)45個(gè)監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn),工作基點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)盾構(gòu)施工影響范圍,同時(shí)應(yīng)符合下列要求:      1)對(duì)于建筑物較少的測(cè)區(qū),宜將控制點(diǎn)連同觀測(cè)點(diǎn)按單一層次布設(shè);對(duì)于建筑物較多且分散的大測(cè)區(qū),宜按兩個(gè)層次布網(wǎng),即由控制點(diǎn)組成控制網(wǎng)、觀測(cè)點(diǎn)與所聯(lián)測(cè)的控制點(diǎn)組成擴(kuò)展網(wǎng)。      2)控制網(wǎng)應(yīng)布設(shè)為閉

20、合環(huán)、結(jié)點(diǎn)網(wǎng)或附合高程路線。擴(kuò)展網(wǎng)亦應(yīng)布設(shè)為閉合或附合高程路線。      3)每一測(cè)區(qū)的水準(zhǔn)基點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè);對(duì)于小測(cè)區(qū),當(dāng)確認(rèn)點(diǎn)位穩(wěn)定可靠時(shí)可少于3個(gè),但連同工作基點(diǎn)不得少于3個(gè)。水準(zhǔn)基點(diǎn)的標(biāo)石,應(yīng)埋設(shè)在基巖層或原狀土層中。在建筑區(qū)內(nèi),點(diǎn)位與鄰近建筑物的距離應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)最大寬度的2倍,其標(biāo)石埋深應(yīng)大于鄰近建筑物基礎(chǔ)的深度。      4)工作基點(diǎn)與聯(lián)系點(diǎn)布設(shè)的位置應(yīng)視構(gòu)網(wǎng)需要確定。作為工作基點(diǎn)的水準(zhǔn)點(diǎn)位置與鄰近建筑物的距離不得小于建筑物基礎(chǔ)深度的1.52.0倍。工作基點(diǎn)與聯(lián)系點(diǎn)也可在穩(wěn)定的永久性建筑物墻體或基礎(chǔ)上設(shè)置。      5)各類水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)交通干道、地下管線、倉(cāng)庫(kù)堆棧、水源地、河岸、松軟填土、滑坡地段、機(jī)器振動(dòng)區(qū)以及其他能使標(biāo)石、標(biāo)志易遭腐蝕和破壞的地點(diǎn)。      基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)完成后采用二等水準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測(cè),在監(jiān)測(cè)過(guò)程中定期進(jìn)行復(fù)核。4.3.3 外業(yè)沉降監(jiān)測(cè)      每個(gè)測(cè)點(diǎn)從盾構(gòu)切