地铁盾构隧道施工监测技术浅谈

　　摘要：即使采用先进的土压平衡式盾构，并辅以盾尾注浆技术，也难以避免引起地表、附近建筑物变形或沉陷，甚至危及附近建筑物的安全。因此，为了保证隧道工程安全、顺利施工，在盾构施工中必须了解和掌握盾构施工过程中地表隆陷情况及其规律性，了解盾构掘进过程中因地表隆陷而引起的房屋及其它构筑物下沉及倾斜情况，了管片衬砌的沉降情况等。
　　关键词：盾构，隧道，施工，监测，技术
　　随着地铁建设的发展，盾构工法在地铁建设中起到了越来越重要的作用。它的优越性，实际上是得益于盾构技术的发展。在盾构隧道施工过程中，开挖破坏了地层的原始应力状态，这将引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当差异沉降过大，可能导致地表的沉降或变形，笔者对深圳地铁2号线后海站～科苑站区间盾构隧道施工监测技术进行分析和总结，可为类似地铁工程提供参考依据。
　　1工程概况
　　深圳地铁2号线是深圳市优先发展的轨道交通线路，是连接城市中心区与蛇口、南头半岛的纽带，也是特区内东西向交通走廊内的第二条轨道客运干线，沿途将经过蛇口、后海开发区、南山商业文化中心和深圳湾填海区，串联了上述片区主要的居住区和商业文化密集区，满足了南山与福田、罗湖二级客运走廊的客运需求。地铁2号线建成后在深圳世界之窗站与1号线换乘，将直接为300万以上的市民提供安全便捷的交通服务，能有效缓解南山区的交通压力。深圳地铁二号线某标段土压盾构机从后海站向科苑站方向掘进。本区间左、右线隧道平面最大曲线半径为1000m，最小曲线半径为400m，左、右线线间距13.2m～14.2m，区间隧道最大线路纵坡为28‰，最小纵坡为2‰，竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m，隧道拱顶埋深为10m～15m。
　　2监测目的
　　2.1施工监测的必要性
　　地铁区间所采用的施工方法较多，各种施工方法均会对地层产生不同程度的扰动，即使采用先进的土压平衡式盾构，并辅以盾尾注浆技术，也难以避免引起地表、附近重要或高大建筑物变形或沉陷，甚至危及附近建筑物的安全。因此，为了保证隧道工程安全、经济顺利进行，在盾构施工中必须了解和掌握盾构施工过程中地表隆陷情况及其规律性，了解盾构掘进过程中因地表隆陷而引起的房屋及其它构筑物下沉及倾斜情况，管片衬砌的变形沉降等，在施工过程中，一是积极改进施工方法、施工工艺和施工参数，最大限度减少地层变形；二是制定详细的监测方案，并根据监测成果，及时反馈信息，指导施工，以确保建（构）筑物及作业人员的安全。
　　2.2施工监测的目的
　　⑴认识影响地表和土体变形的各种因素，以便有针对性地改进施工工艺和施工参数，减少地表和土体变形，保证工程安全；
　　⑵预测施工引起的地表和土体变形，根据地表变形发展趋势和周围建（构）筑物、地下管线沉降情况，决定是否需要采取保护措施；
　　⑶检查施工引起的地表和周围建（构）筑物的变形和沉降是否超过允许范围，为在发生环境事故时提供仲裁依据；
　　⑷为研究地层、地下水、施工参数及地表和土体变形的关系，地表沉降与土体变形的分析预测方法等积累数据，并为改进设计提供依据。
　　在隧道施工过程中，必须制定详细的监测方案，并根据监测数据，及时反馈信息，对掘进参数进行验证或做适当调整，为信息化施工提供决策依据，以确保周边建（构）筑物、地下管线及隧道的安全。
　　3施工监测项目及实施
　　盾构隧道监测项目包括：地表沉隆监测、地表和地中管线沉降监测、地面建筑物下沉和倾斜监测、地层空隙水压力监测、隧道气体监测、隧道沉降监测等。
　　3.1地面沉隆监测
　　隧道施工引起的地表沉降和隆起均应控制在规范允许的范围内，应根据周围的环境、建筑物的基础和地下管线对变形的敏感度，采取稳妥可靠的措施。盾构施工时，地表沉降量一般情况下应控制沉降值不超过30mm，地表隆起值不超过10mm。对于空旷地区考虑适当放宽。
　　地面沉降监测点应根据隧道通过的围岩条件和周围建筑物情况来布置。在主控面沿轴线方向每隔100米布设10个点，且每隔一定距离布设一个监测横断面。横断面方向测点间隔一般为5～8米，在一个监测断面内应设4～8个测点，地表测点顶突出地面5mm以内。地面沉降监测在盾构机开挖面附近每天进行，每周进行后期观测直到沉降稳定，当观测值变化较大时应增加观测频率。
　　地面沉降测点的埋设采用冲击钻在地表钻孔，然后放入长200～300mm，直径20～30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实，钢筋需穿过水泥路板。为布设轴线点，沿隧道轴线附近布设一条闭合平面控制导线，将轴线点放样到地面上。
　　测量仪器采用SDZ2水准仪＋铟钢尺。观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。
　　在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，水准线路闭合差应小于±0.3（mm）（N为测站数），然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△H＝Hn－H0即为隆陷值。
　　3.2地下管线监测
　　沉降测点埋设，用冲击钻在地下管线轴线上方的地表钻孔，然后放入直径20~30mm的半圆头钢筋，其深度应与管线底一致，四周用水泥砂浆填实。观测方法、监测仪器与地表隆陷观测相同。施工前，由基点通过水准测量测出管线沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△H＝Hn－H0即为地表沉降值。根据地表沉降值，进行管线的安全验算。
　　3.3地表建筑物下沉及倾斜监测
　　在施工前，根据地面建（构）筑物与隧道的相对位置，地面建（构）筑物结构形式及基础类型、围岩条件、施工方法等，对沿线地面建（构）筑物在施工过程中可能产生的变形情况进行预测，与盾构隧道接近的建（构）筑物须进行重点监测，并且加大监测频率。
　　盾构施工必须按要求严密执行同步监测工作。在盾构穿越前先记录各测点的初始值，在每次量测后的值与初始值相比较，并描绘有关的曲线，针对监测结果作出相应处理措施。
　　3.4地层水压力监测
　　地层水压对盾构施工有较大影响，若水压过大可能引起螺旋机喷涌和管片隧道漏水等，因此在掘进施工中必须对地层的水压力进行监测工作，并及时把监测结果反馈到掘进施工中，以保证施工的安全。
　　3.5隧道气体监测
　　使用单人携带式有害气体检测器，电子数值直接显示，并能够自动警报，另外，还须检查每日出渣状况、是否有异物或异状、是否有贝类和腐木等。
　　3.6隧道沉降监测
　　隧道沉降由衬砌环的沉降反映出来，衬砌环的沉降监测是通过在各衬砌环上设置沉降点，自衬砌脱出盾尾后测其沉降，隧道的沉降情况反映盾尾注浆的效果。隧道的沉降相当于增加地层损失，也必然加大地面沉降。
　　衬砌环（管片）的沉降采用水准测量方法在管片脱出盾构机后测量，每次测量需回测后三环管片，每环管片均需测量。监测点布设在管片底部，布置见下图1。
　　                      
　　4盾构施工监测预警值
　　当遇到下列情况时，应暂停施工并根据具体情况制定加强措施：①当地表沉降超过30mm时；②当地表隆起值超过10mm时；③当建筑物倾斜超过2‰时；④当隧道掌子面施工通过一倍洞径，变位速率超过5mm/d，仍持续增加时；⑤隧道氧气浓度低于18%时。
　　5、建立信息反馈机制
　　5.1信息化施工监测流程图
　　5.2信息化反馈机制：
　　       
　　
　　　　6结语
　　盾构掘进施工会对周围土体产生较大扰动，在隧道施工的过程中必须对隧道及围岩、邻近构筑物和建筑物、地下管线、地下水及地表做好监测工作，为信息化施工提供决策依据。