中国水利水电第八工程局有限公司
摘要：在地铁区间主体、车站、及附属结构施工中按照设计及规范要求采用科学先进、准确可靠的监测手段及时反馈信息指导施工，是确保施工安全的关键。本文基于监控量测技术在地铁盾构区间施工过程中的应用，就盾构施工监控量测工艺流程及盾构施工测量、监测质量保证措施进行设计，保证了盾构隧道工程安全经济顺利地进行。
关键词：监控量测；地铁；盾构区间；应用研究。
1 盾构概况及监测的意义
随着社会的发展，人类面临日益突出的居住、交通、环境等与有限土地资源之间的矛盾，为解决上述矛盾，国际上提出“二十一世纪是人类开发利用地下空间时代”。地铁线路于地下空间布设方式不但解决了空间利用问题，且对轨道交通运营减少噪声、增加设备使用年限等方面均具有一定优势。地下隧道盾构法施工因其具有自动化程度高、能够适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，其应用越来越广泛。
由于盾构施工时所处的地质条件复杂多变，尤其是在城市中进行盾构施工的地质信息更是难以掌握，施工环境比地面建筑要差得多，施工人员生命及财产都受到极大的威胁。因此，在盾构施工时，采取一系列高效率、高精度的观测方法，获得施工过程中的地质变化情况，并将其及时的反馈于设计和施工，信息化指导施工是非常必要的。
随着我国城市地下铁道建设事业的发展，施工技术水平得到不断提升，对于施工环境的要求也越来越高。作为监控量测在施工中的重要作用，从事监测工作的人员要有较高的责任心态，本着准确、及时的原则实施。将监测数据、时间变形曲线、对结果的评估，及时与施工现场技术人员协调沟通，及时研究解决实施过程中出现的问题，适当调整设计参数，保证隧道施工安全。
目前，国内外数据采集的主要方式是在施工现场采集一些监测仪器对隧道变形的跟踪量测，也就是现场监控量测。
2 盾构监测的目的
由于隧道设计过程中对围岩结构以及地下土层状况，包括地下水位和管网的不确定性，使得支护参数存在可变性，隧道施工过程中的监控量测主要是监测围岩与支护的变形和应力，了解隧道围岩与支护的变形特征与受力状态，判断围岩的稳定性、支护的合理性，对下一步的设计与施工提供指导，实现动态设计与施工。另外结合隧道施工中的风险工程，如下穿既有建筑，既有河流，既有管线管网等，对其进行风险监控，达到施工过程中的风险预控，保障隧道结构的施工安全，同时也避免地上建筑及构筑物的倾覆和破坏，保障隧道基坑开挖的安全性，使整个隧道在安全的环境下施工，对施工作业人员的人生财产安全负责，使城市地铁施工在取得良好的经济效益的同时，有良好的社会影响和社会效应。其监测的主要目的如下：
（1）根据监测结果发现可能出现的风险预兆，及时采取措施避免风险的发生。
（2）通过监测建立预警机制，保证施工安全，避免重大风险事故的发生。
（3）根据监测结果认识盾构对周边环境的影响，判断盾构施工参数及工艺合理性，为调整施工参数及工艺提供数据基础。
（4）根据前一段的观测结果，预测下一阶段的地表沉降和对周围建筑物及其他设施的影响。
（5）研究地层特性、地下水条件、施工方法与地表沉降的关系，作为将来设计的参数依据。
（6）发生工程环境事故时，为仲裁提供具有法律意义的数据。
3 盾构监测的实施内容
盾构施工监测测点布设位置和数量根据盾构线路设计所处的地质条件、周边岩土体变化、盾构施工工艺、工程监测等级及监测方法的要求等综合确定，并满足反映监测对象实际状态、位移和内力变化规律，及分析监测对象安全状态的要求，具体如下：
（1）地表变形和沉降监测需布设纵断面（沿轴线）与横断面监测点，纵断面监测点应保证盾构顶部始终有监测点，横断面监测点应间隔布设，断面布设范围应能反映盾构施工影响的范围；
（2）隧道结构监测在位移与内力最大位置、位移与内力变化最大部位及反映工程安全状态的关键部位等布设监测点；
（3）盾构始发、到达、联络通道施工、穿越重要建（构）筑物段需加密布置测点，盾构始发段对盾构施工至关重要，由此段的监测可以得出合理的施工参数；
（4）监测点的埋设位置便于监测，不影响和妨碍监测对象的正常受力和使用。
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3.1 巡视检查
包括地表巡查、盾构隧道内观察，由经验丰富的结构分析人员和地质工程师进行现场巡查。目的是了解周边环境的安全状况和隧道开挖工作面地质状况。
（1）洞外观察
主要是地表开裂、地表隆起、盾构隧道沿线建（构）筑物开裂、倾斜、隆沉等状态的观察和记录。
盾构沿线地表水的渗透等情况的观察。
（2）洞内观察
主要是对已安装的管片衬砌的工作状态（包括管片变形、开裂、错台、拼装缝、掉块以及漏水状态等），盾构机和出土情况进行观察和记录。
3.2 地表沉降
（1）监测目的
地表、建（构）筑物等沉降是盾构隧道开挖后最直接反映，为了确保周边环境安全，通过沉降量变化规律预测施工对环境的影响，必须对各类沉降进行严格的监测和控制。并在盾构隧道尚未开挖前就开始布置并取得初始值。
（2）地面沉降（隆陷变形）机理
①开挖时的土、水压力不平衡，由于盾构机推进量与排土量不等，使开挖面土压力、水压力与压力仓产生不均衡，导致开挖而失去平衡状态，从而发生地基变形。当土压力+水压力<压力仓的压力时，地基下沉，反之隆起。
②盾构推进时对围岩的扰动：盾构的壳体与围岩摩擦和围岩的扰动，特别是蛇形修正和曲线推进超挖，会产生围岩松动引起地基下沉或隆起。
③盾尾注浆不充分，使受盾壳支撑的围岩朝着盾尾空隙变形而产生地基下沉，粘性土地中的壁厚注浆压力过大引起地基隆起。
④管片螺栓紧固不足，衬砌变形、变位。
⑤地下水位下降，地基的有效应力增加引起的固结沉降。
3.3 周边管线沉降观测
地下管线是城市基础设施的重要组成部分。城市地下管线包括给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业管道等几大类。基坑开挖会引起土竖向和水平向的位移，不均匀的沉降会对城市的管线造成一定的附加应力，从而引起地下管线正常使用，给人们生活或出行带来不便，甚至引起生命安全事故。因此在进行基坑开挖时，需对周围的地下管线进行盘查，布设一定数量的观测点，监测地下管线受影响的状态。管线监测的重点视市政道路管线保护对象而定。管线沉降及水平位移监测范围取基坑围护结构边缘两侧各2.0H的范围内进行监测和保护。
3.4 周边建（构）筑物的沉降、倾斜
基坑施工必定会引起相邻近周围土体的变形，过量的变形将影响邻近市政道路、建筑物的正常使用，甚至导致破坏。基坑周边2.0～3.0倍基坑深度内的建筑物将做重点监测对象。
3.5 隧洞收敛监测
盾构隧道结构是由管片拼装而成，自身形状也会产生不同的位移，严重时会引起结构病害影响使用功能或出现结构安全问题。所以在盾构施工过程中，对隧道本身沉降、水平位移、断面收敛位移进行监测尤为重要。
收敛位移直观明确，是围岩稳定情况的重要标志。因此，应根据围岩地质条件、管片的施工方法及围岩的时间和空间效应等因素，按一定的间距选择观测断面和测点位置。
3.6 隧道拱顶沉降观测
拱顶下沉监测的作用是判断围岩及管片稳定性及进行位移反分析，作为计算收敛监测各点绝对位移量的验证之用。
拱顶下沉量测测点设置在收敛量测同一断面的拱顶中心或两侧适当位置，测点布置要根据现场施工情况，具备条件后及时布置。
4 监控量测在盾构区间的作用
由于盾构法的特点已成为我国地铁隧道施工中一种重要的施工方法。但其施工过程中所带来的一系列的沉降和变形、地表沉降、管片变形、建（构）筑物变形、地下管线变形是不可避免的。为了保证盾构施工的安全，保证地铁线路的正常运营，需要在盾构施工过程中采取相应的监控量测。通过监测不但可以有效的预测和控制沉降和变形，而且还可以为研究地层、地下水、地表与土体变形的关系积累了数据，为研究盾构法施工对土体变形的分析预测方法积累了资料。对于具体工程，应根据不同的地层和地表环境条件选择监测项目，对地层和支撑结构及周围环境进行动态监测，以达到及时为施工提供时时指导的目的，并为积极改进设计和施工方法提供了依据。
参考文献
［1］GB50911-2013 城市轨道交通工程监测技术规范。北京：中国建筑工业出版社，2014。
［2］地铁工程监测测量管理与技术，中国建筑工业出版社，2013。
作者简介：谢长江，36岁，男，中国水利水电第八工程局有限公司，高级工程师，主要从事水工建筑物安全监测工作。
论文作者:谢长江
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/6
标签：盾构论文; 围岩论文; 隧道论文; 位移论文; 管线论文; 地表论文; 管片论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;