尹奇瑞

（中國鐵建十一局城市軌道工程有限公司　湖北　武漢　430000）

地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)在盾構(gòu)施工過程中的運(yùn)用

尹奇瑞

（中國鐵建十一局城市軌道工程有限公司湖北武漢430000）

本文中根據(jù)天津地區(qū)的地質(zhì)狀況，以津?yàn)I輕軌SZm標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間工程為研究載體進(jìn)行研究，根據(jù)工程的實(shí)際狀況，同時(shí)結(jié)合盾構(gòu)法隧道的施工工藝，進(jìn)行了盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析。同時(shí)也對(duì)沉降規(guī)律進(jìn)行了分析，充分總結(jié)出了一整套適合于天津地區(qū)盾構(gòu)法施工以及隧道地面沉降控制的技術(shù)方法。

沉降；盾構(gòu)施工；監(jiān)測(cè)

引言

盾構(gòu)法施工掘進(jìn)速度快、機(jī)械化程度高，不僅如此，盾構(gòu)法施工還有對(duì)環(huán)境影響程度低、時(shí)間短、施工管理容易等優(yōu)點(diǎn)。但是國內(nèi)外的實(shí)踐充分表明，盾構(gòu)施工多多少少都會(huì)擾動(dòng)地層，從而在不同程度上導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的影響，即使采用當(dāng)前較先進(jìn)的盾構(gòu)技術(shù)，也難以完全避免地面隆陷以及水平位移的發(fā)生。尤其是在城市修建地鐵，埋深較淺，會(huì)波及地表而產(chǎn)生地表沉降。因此，監(jiān)測(cè)盾構(gòu)施工中的地表沉降，并研究其發(fā)展規(guī)律及影響它的主要原因，對(duì)保護(hù)周圍環(huán)境具有及其重要的意義。

1　地面沉降的原因分析

地面沉降的原因基本上是盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，引起了地層的損失和隧道周圍地層受到剪切破壞的再固結(jié)或擾動(dòng)。地層損失引起的地面沉降，大部分都在施工期間呈現(xiàn)出來。而再固結(jié)引起的地面沉降，在黏性土中則要延續(xù)較長時(shí)間，而在砂性土中呈現(xiàn)較快。嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工中的偏差量，是地面沉降的重要因素。盾構(gòu)施工偏差增大，不但影響地下鐵道限界、線路等使用要求，還會(huì)過多擾動(dòng)地層，進(jìn)而導(dǎo)致地面沉降量的增加。

2　盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測(cè)的目的

（1）認(rèn)識(shí)各種因素對(duì)土體和地表變形等影響，以便有針對(duì)性地改進(jìn)修改施工參數(shù)和施工工藝，減少土體和地表變形；

（2）預(yù)測(cè)下一步的土體和地表變形，根據(jù)周圍建筑物和變形發(fā)展趨勢(shì)情況，決定是否需要采取必要的保護(hù)措施，并為確定經(jīng)濟(jì)合理的保護(hù)措施提供理論依據(jù)；

（3）檢查施工引起的隧道沉降和地面沉降是否控制在允許的范圍之內(nèi)；

（4）控制水平位移和地面沉降及其對(duì)周圍建筑物的影響，以減少工程保護(hù)的費(fèi)用；

（5）建立健全預(yù)警機(jī)制，保證工程施工安全，避免結(jié)構(gòu)和環(huán)境安全事故造成工程總造價(jià)的提高；

（6）為研究巖土性質(zhì)、施工方法、地下水條件與地表沉降以及土體變形的關(guān)系積累有效數(shù)據(jù)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)；

（7）為研究土體變形和地表沉降的分析計(jì)算方法等積累原始資料；

（8）在施工過程中出現(xiàn)意外責(zé)任事故時(shí)，能夠?yàn)楹罄m(xù)的仲裁提供具有法律效力的根據(jù)。

3　監(jiān)測(cè)內(nèi)容

盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有：

（1）建筑物下降、傾斜、裂痕；

（2）隧道襯砌土應(yīng)力、壓力和變形以及盾構(gòu)開挖面土的壓力、推力、出土的量、注漿的量、盾構(gòu)的姿態(tài)；

（3）地表的沉降、土體的沉降、土體的變形、土的壓力、空隙水的壓力等。

盾構(gòu)施工地面監(jiān)測(cè)的最主要內(nèi)容有地表的沉降、土體的沉降以及土體的水平位移。

4　監(jiān)測(cè)方法的介紹

地面沉降監(jiān)測(cè)是盾構(gòu)法隧道施工過程中最主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，有多種測(cè)量方法。在施工中通常采用：①幾何水準(zhǔn)測(cè)量法。該方法包括沉降點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，即每次監(jiān)測(cè)從基準(zhǔn)點(diǎn)開始測(cè)，高程引至工作點(diǎn)，采用不等距幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，后視照準(zhǔn)讀數(shù)2次，測(cè)點(diǎn)可以多次進(jìn)行測(cè)量。再測(cè)量中使用E500S計(jì)算機(jī)程序記錄，數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行傳輸，可以大幅度的減少人為的錯(cuò)誤，最后編輯成果表；②液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法。垂直形變監(jiān)測(cè)儀是應(yīng)用水連通液面平衡的原理，自動(dòng)監(jiān)測(cè)隧道或地面構(gòu)筑物相對(duì)垂直形變的；③分層沉降儀測(cè)定法。分層沉降儀是通過電感探測(cè)的裝置，根據(jù)電磁頻率的變化，來觀測(cè)埋設(shè)在土體不同深度的鋼環(huán)的確切位置，最后再由其所在的位置深度的變化計(jì)算出地層不同高程處的沉降變化情況；④側(cè)斜儀測(cè)定法，測(cè)斜儀是一種能有效且精確的測(cè)量土體內(nèi)部水平位移或變形的工程監(jiān)測(cè)儀器。應(yīng)用其工作原理同樣可以監(jiān)測(cè)臨時(shí)或永久性的地下結(jié)構(gòu)，如樁、連續(xù)墻和沉井等的水平位移。測(cè)斜儀可以分為固定式和活動(dòng)式兩種。

5　監(jiān)測(cè)方法選用

監(jiān)測(cè)方法的選用根據(jù)工程的實(shí)際監(jiān)測(cè)的需要，在常規(guī)地表沉降監(jiān)測(cè)地段采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，而在重點(diǎn)地段監(jiān)測(cè)則采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法和連通管自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法相結(jié)合。天津市輕軌工程中盾構(gòu)穿越蝶橋公寓1#樓期間的監(jiān)測(cè)方法根據(jù)天津地區(qū)的地質(zhì)情況，基本總結(jié)出了適合天津地區(qū)的地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用連通管自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法相結(jié)合，確保了地面沉降及傾斜介于預(yù)控范圍之內(nèi)，達(dá)到了保護(hù)蝶橋公寓及其周圍環(huán)境的安全的目的，為同類工程環(huán)境安全保護(hù)技術(shù)提供了理論和實(shí)際依據(jù)。

5.1水準(zhǔn)測(cè)量方法監(jiān)測(cè)

在此工程中，于408環(huán)至440環(huán)范圍內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)穿越了該公寓的1#樓。沉降監(jiān)測(cè)的對(duì)象是以隧道軸線為中心，依次向外延伸30m，該輻射區(qū)內(nèi)的所有的地面以上的建筑物，此次的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)為碟橋公寓的1#樓。每隔8～12m，一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)將被布設(shè)在該建筑物的外墻上，一共布設(shè)32個(gè)沉降點(diǎn)。與此同時(shí)，也在樓道內(nèi)側(cè)增加了4個(gè)點(diǎn)沉降點(diǎn)。穿越樓房，其余的區(qū)域按照正常的監(jiān)測(cè)位點(diǎn)布設(shè)沉降點(diǎn)，每4環(huán)被布設(shè)一個(gè)。具體點(diǎn)位布設(shè)請(qǐng)見圖1。代表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本的標(biāo)志埋設(shè)完成后，至少需經(jīng)過15d的過渡期才可以進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)要嚴(yán)格按照現(xiàn)行的國家關(guān)于水準(zhǔn)測(cè)量的法律法規(guī)和規(guī)范執(zhí)行。觀測(cè)要采用常規(guī)的光學(xué)測(cè)微法執(zhí)行觀測(cè)，測(cè)前應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，標(biāo)尺亦按照該方法進(jìn)行。儀器的i角應(yīng)保證i<5，施測(cè)方法則采用往返測(cè)，以及符合線，有時(shí)也采取閉合環(huán)法測(cè)定。視線長度要<30m和50m；前后視距差應(yīng)該≯0.7m和2m；視線高度要求>0.3m和0.2m；前后視距累差應(yīng)該≯1m和3m，執(zhí)行時(shí)，要嚴(yán)格按照各個(gè)等級(jí)的觀測(cè)要求進(jìn)行。在建筑物沉降觀測(cè)時(shí)，要采用相當(dāng)于國家二等水準(zhǔn)的測(cè)量精度的二級(jí)精度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。

圖1　文中公寓的1號(hào)樓監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意

5.2連通管自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法監(jiān)測(cè)

采用連通管的自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法時(shí)，主要遵循的技術(shù)指標(biāo)有：測(cè)量范圍±50mm，±100mm；采樣速率2min以上的任意選用；非線性度≤3%；相對(duì)濕度要求95%；環(huán)境溫度-10℃～+50℃；DC±9V （30mA）；電源220V（頻率50HZ）。監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)傳感器點(diǎn)的布設(shè)位置要求距離最近的盾構(gòu)掘進(jìn)軸線的垂直米數(shù)要>25m，傳感器要穩(wěn)定并且科學(xué)，同時(shí)要求采用防干擾的措施，包括日照以及各種外界可避免的干擾。在布設(shè)監(jiān)測(cè)傳感器時(shí)，要求其處于施工期間擾動(dòng)最大的部位，同時(shí)也是建筑物最敏感最易受干擾的部位。另外，也要處于橫向沉降槽2/3的徑向范圍之內(nèi)。圖2中，隧道穿越蝶橋公寓1#樓，垂直位移監(jiān)測(cè)傳感器布設(shè)點(diǎn)如圖2。

6　結(jié)論

圖2　蝶橋公寓1#樓垂直位移監(jiān)測(cè)傳感器布置示意圖

在眾多施工方法中，由于盾構(gòu)法已成為我國地鐵隧道施工中一種重要的施工方法，不僅工程測(cè)量精度要求高，而且技術(shù)密集、造價(jià)昂貴。而且工程自身與工程環(huán)境的安全和穩(wěn)定在施工和運(yùn)營期間對(duì)社會(huì)影響頗大，社會(huì)關(guān)注程度較高，在建的廣州、上海、北京等地地鐵中都大量的采用此方法。但是，也要一分為二的看待它的作用，其在施工過程中所帶來的地表沉降是不可避免的。在盾構(gòu)施工過程中，采取相應(yīng)的監(jiān)控量測(cè)方法是為了保證盾構(gòu)施工中的安全以及地鐵線路的正常運(yùn)營的關(guān)鍵所在。通過監(jiān)測(cè)，不但可以有效的預(yù)測(cè)和控制沉降變形，而且還可以為研究地表與土體變形的關(guān)系、地下水積累可靠的數(shù)據(jù)，同時(shí)也為研究盾構(gòu)法施工對(duì)土體變形的分析預(yù)測(cè)方法積累了大量一手資料。

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[3]宋宜容，陳廣峰，桂軼雄，張文平.地鐵盾構(gòu)施工中監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，27（1）：20～24.

U455.43

A

1673-0038（2015）41-0282-02

2015-9-25

尹奇瑞（1988-），男，助工，本科，主要從事盾構(gòu)施工工作。