地鐵盾構隧道施工監測方案與分析主要內容概述施工監測內容與方法地鐵盾構隧道監測方案設計監測數據整理與分析工程實例12.1概述

概述盾構掘進機是集機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能的工程機械。盾構法隧道的基本原理是利用一件有形的鋼質組件沿隧道設計軸線開挖土體而向前推進。這個鋼質組件在初步或最終隧道襯砌建成前，主要起防護開挖出的土體、保證作業人員和機械設備安全的作用，同時還承受來自地層的壓力、防止地下水或流沙的入侵。隧道拱內圈的空洞由盾構本體防護，同時還需要其他輔助措施對工作面進行支護。

圖12-1盾構掘進機示意圖

支護土體方法和相匹配的盾構類型示意圖圖12-3各種盾構掘進機的支護面板

圖12-4土壓平衡盾構工法和盾構結構示意圖

圖12-5土壓平衡盾鉤掘進機

圖12-6泥水加壓平衡盾構掘進機

圖12-7泥水加壓平衡盾構構掘進機工法示意意圖監測的主要作用（1）監測和判斷各種種施工因素對地表表變形的影響，提提供改進施工的方方法和減少地面沉沉降的重要依據；；（2）根據前一段的觀觀測結果，預測下下一段的地表沉降降和對周圍建筑物物及其它設施的影影響；（3）檢驗施工方法是是否達到控制地面面沉降和隧道沉降降的要求；（4）研究土壤特性性、地下水條件件、施工方法與與地表沉降的關關系，作為將來來設計的參考依依據；（5）通過施工監測測可取得減少沉沉降、減少保護護工程費的效果果；（6）保證工程安全全，減少總造價價。施工監測管理（1）工程施工前，，根據現場的實實際情況(尤其危房建筑)及工程的施工進進度，編制詳細細的監測實施作作業計劃及其相相應的保證措施施，作為施工生生產計劃中的一一項重要內容，，同時報請監理理工程師和業主主批準。（2）成立專門的監監測小組，保證證監測人員有確確定的時間、空空間和相應的監監測工具，確保保監測成果及時時準確。（3）施工監測緊密密結合施工步驟驟，測出每一施施工步驟時的變變形影響，同時時計算出各測點點的累計變形。。（4）監測人員及時時整理分析監測測數據，繪制各各種變形和時間間的關系曲線，，預測變形發展展趨向，及時向向總工程師、監監理和業主匯報報，若發現異常常情況，隨時與與監理、業主聯聯系，采取有效效措施，做好預預防。（5）根據監測結果果及時調整施工工步驟及采取相相應的技術措施施，確保施工及及周圍環境的安安全。12.2施工監監測內內容與與方法法監測依依據（1）正常常施工工情況況下的的具體體監測測要求求，如如不同同的施施工工工藝對對各項項變形形的限限差等等；（2）施工工區域域土壤壤及地地下水水情況況；（3）隧道道施工工影響響范圍圍內現現有房房屋建建筑、、各種種構筑筑物的的形狀狀、尺尺寸、、與隧隧道軸軸線的的相對對位置置；（4）隧道道填埋埋的深深度；；（5）雙線線隧道道的間間距或或施工工隧道道與近近旁大大型、、重要要公用用管道道的間間距；；（6）隧道道設計計的安安全儲儲備系系數。。監測內內容土體介介質的的監測測。包括括：地地表的的沉降降監測測、土土體分分層沉沉降和和深層層位移移監測測、土土體回回彈測測量、、土體體應力力和孔孔隙水水壓力力測量量。周圍環環境的的監測測。包括括：相相鄰房房屋和和重要要結構構物的的變形形監測測、相相鄰地地下管管線的的變形形監測測。隧道變變形的的監測測。包括括：隧隧道沉沉降和和水平平位移移監測測、隧隧道斷斷面收收斂位位移監監測、、隧道道應變變和預預制管管片凹凹凸接接縫處處法向向應力力測量量。地表沉沉降監監測地表沉沉降監監測是是采取取精密密水準準測量量的方方法測測量地地鐵盾盾構隧隧道上上方地地表的的標高高。在沉降降測量量區域域埋設設地表表樁，，地表表樁一一般沿沿盾構構隧道道的軸軸線每每隔3～5m設置一一個，，同時時，適適當布布置幾幾排橫橫向地地表樁樁，便便于測測量盾盾構施施工引引起的的橫向向沉降降槽的的變化化。在遠離離沉降降區域域，并并沿地地鐵隧隧道方方向布布設監監測基基準點點，并并進行行基準準點聯聯測。。按照監監測方方案規規定的的觀測測頻率率，用用精密密水準準儀進進行測測量，，并計計算每每次觀觀測的的地表表樁高高程。。如果地地鐵盾盾構隧隧道上上方是是道路路，在在進行行道路路沉降降觀測測時，，必須須將地地表樁樁埋入入地面面下的的土層層里，，才能能比較較真實實地測測量出出道路路的沉沉降。。如果地地鐵盾盾構隧隧道上上方有有地下下管線線，在在監測測時，，對重重點保保護的的管線線，應應將測測點設設在管管線上上，并并砌筑筑保護護井蓋蓋，一一般的的管線線可在在其周周圍設設置地地表樁樁進行行監測測。土體沉沉降和和深層層位移移監測測監測盾盾構施施工引引起的的土體體分層層沉降降和深深層位位移量量可了了解土土層被被擾動動的范范圍和和影響響程度度。土體分分層沉沉降是是指土土層內內離地地表不不同深深度處處的沉沉降或或隆起起，通通常用用磁性性分層層沉降降儀量量測。。土體深深層位位移是是指土土層不不同深深度的的水平平位移移，通通常采采用測測斜儀儀進行行測量量。土體沉沉降和和深層層位移移監測測都是是在隧隧道兩兩邊或或底部部鉆孔孔預埋埋測管管，兩兩者可可共用用一個個測管管。圖12-8雙孔隧隧道上上方的的地表表沉降降槽和和分層層沉降降的實實測曲曲線土體回回彈測測量在地鐵鐵盾構構隧道道掘進進中，，由于于卸除除了隧隧道內內的土土層，，因而而引起起隧道道內外外影響響范圍圍內的的土體體回彈彈。土體回回彈測測量就就是測測量地地鐵盾盾構隧隧道掘掘進后后相對對于地地鐵盾盾構隧隧道掘掘進前前的隧隧道底底部和和兩側側土體體的回回彈量量。一般是是在盾盾構前前方埋埋設回回彈樁樁，觀觀測施施工過過程中中底部部土體體的回回彈量量，其其具體體的測測量方方法可可以采采用精精密幾幾何水水準測測量的的方法法進行行。埋設回回彈樁樁時，，要利利用回回彈變變形的的近似似對稱稱性，，應埋埋入隧隧道底底面以以下20~30cm，根據據土層層土質質的情情況，，可采采用鉆鉆孔法法或探探井法法。土體應應力和和孔隙隙水壓壓力測測量對土體體應力力和孔孔隙水水壓力力測量量，能能了解解盾構構的施施工性性能，，了解解盾構構的施施工對對土層層的擾擾動程程度以以及預預測固固結沉沉降量量，可可及時時調整整施工工參數數，減減少對對土層層的擾擾動。。土體應應力和和孔隙隙水壓壓力測測量主主要是是采用用鉆孔孔埋設設法埋埋設土土應力力盒和和空隙隙水壓壓力探探頭等等傳感感器。。利用這這些傳傳感器器獲取取土體體的溫溫度和和水壓壓力，，通過過事后后計算算得到到需要要的觀觀測數數據。。這些測測點主主要埋埋設在在隧道道外圍圍。相鄰房房屋和和重要要結構構物的的變形形監測測地鐵盾盾構隧隧道掘掘進中中，對對盾構構直接接穿越越和影影響范范圍內內的房房屋、、橋梁梁等構構筑物物必須須進行行保護護監測測。建筑物物的變變形觀觀測可可以分分為沉沉降觀觀測、、傾斜斜觀測測和裂裂縫觀觀測三三部分分內容容。沉降觀觀測的的觀測測點設設在基基礎上上或墻墻體上上，另另外在在構筑筑物外外的表表面上上和構構筑物物底板板上有有時也也需設設一些些觀測測點，，用精精密水水準儀儀進行行測量量。構筑物物傾斜斜監測測可采采用經經緯儀儀測量量方法法，也也可在在墻體體上設設置傾傾斜儀儀，連連續監監測墻墻體的的傾斜斜。構筑物物的裂裂縫可可用裂裂縫觀觀測儀儀測得得。圖12-9裂縫觀觀測儀儀圖12-10薄鐵片片標志志法觀觀測裂裂縫示示意圖圖相鄰地地下管管線的的變形形監測測相鄰地地下管管線的的監測測內容容主要要為管管線垂垂直沉沉降，，其測測點布布置和和監測測頻率率應在在對管管線狀狀況進進行充充分調調查，，與管管線單單位充充分協協商后后確定定。調查內內容包包括以以下幾幾個方方面：：①管管線埋埋置深深度和和埋設設年代代；②②管線線所在在道路路的地地面人人流與與交通通狀況況；③③隧道道施工工過程程中地地下管管線的的預計計沉降降。布點方方式目前，，管線線垂直直沉降降布點點方法法主要要采用用間接接測點點和直直接測測點兩兩種形形式。。間接測測點又又稱監監護測測點，，常設設在管管線軸軸線相相對應應的地地面或或管線線的窨窨井蓋蓋上，，由于于測點點與管管線本本身存存在介介質，，因而而測試試精度度較差差，但但可避避免破破土開開挖，，可以以在人人員與與交通通密集集區域域，或或設防防標準準較低低的場場合采采用。。直接測點是是通過埋設設一些裝置置直接測讀讀管線的沉沉降，常用用方案有抱抱箍式、套套筒式。。圖12-11抱箍式布點點法示意圖圖圖12-12套筒式布點點法示意圖圖隧道沉降和和水平位移移監測傳統的隧道道沉降和水水平位移監監測方法是是在隧道的的頂部或腰腰線處設立立觀測點，，然后用常常規的水準準測量方法法進行沉降降量的測量量，同時，，以隧道軸軸線和其軸軸線的垂直直方向建立立坐標系，，用導線測測量的方法法測量所有有觀測點的的坐標，以以此來推算算隧道水平平位移量。。目前，為了了能夠連續續準確地監監測到隧道道的沉降及及水平位移移變形情況況，可采用用具有先進進功能和高高精度的自自動跟蹤全全站儀進行行觀測。隧道斷面收收斂位移監監測常規收斂位位移監測采采用收斂計計進行測量量，但最大大的問題是是重復精度度不高，而而且因操作作人而異；；其次是工工作量大，，效率低。。目前，用斷斷面自動掃掃描的方法法進行隧道道斷面收斂斂變形監測測。這種方法是是利用免棱棱鏡自動跟跟蹤全站儀儀和專業的的斷面測量量系統軟件件組成的儀儀器系統來來實現斷面面自動掃描描，以此進進行隧道斷斷面收斂變變形監測。。應力測量應變和應力力測量是在在隧道的結結構物上，，焊接應變變計和應力力計等一些些傳感器，，根據傳感感器測量的的結果計算算結構構件件的軸力和和彎矩，判判斷結構物物的安全性性能。12.3地鐵盾構隧隧道監測方方案設計方案設計的的原則在熟悉隧道道施工方案案，了解施施工區域內內土壤及地地下水和隧隧道施工影影響范圍內內現有結構構物情況的的基礎上，，根據工程程的特殊要要求，設計計出確保工工程安全的的、經濟有有效的、便便于監測工工作的實施施和工程項項目施工的的監測方案案。方案設計前前的準備工工作（1）收集各種種資料主要包括：：隧道施工工方案，施施工區域內內地質分析析報告，施施工影響范范圍內結構構物的設計計圖紙和竣竣工資料，，施工區域域內的管線線圖，施工工區域內的的交通情況況等。（2）實地進行行踏勘實地進行踏踏勘主要是是進行施工工影響范圍圍內結構物物和管線的的調查。調調查管線的的位置、種種類、大小小；結構物物形狀以及及其是否有有裂縫等情情況。調查查的主要目目的是便于于觀測點的的布置和施施工對其影影響的評價價。方案設計的的內容工程項目概概況。主要要介紹工程程項目的基基本情況和和施工區域域內的地質質情況。監測的目的的和意義。。詳細闡述述監測對安安全施工、、保障人民民財產的重重要性以及及進行各項項科學研究究的重要意意義。施工過程中中對各種設設施的影響響評價。分分析隧道項項目施工對對周邊結構構物、管線線的影響程程度，分析析盾構推進進引起的地地表位移特特征，并估估算地表沉沉降量，分分析隧道本本身的變形形特征。監測的具體體內容。根根據具體工工程項目和和地質的具具體情況，，確定監測測的具體項項目內容，，同時，可可以包含對對于一些具具體施工工工藝和參數數的測定。。監測點的布布置。根據據收集的資資料和踏勘勘的實際情情況，具體體確定監測測點的數量量和位置，，繪制監測測點位分布布圖。監測方法。。針對每一一項監測內內容，提出出采用何種種監測方法法以及如何何實施監測測工作，使使用何種監監測儀器，，并詳細闡闡述使用方方法的實施施效果。監測頻率和和報警值的的確定。根根據規范，，結合實際際情況確定定每一監測測項目的監監測頻率和和報警值。。監測的組織織結構和質質量保證體體系。為保保障監測工工作的順利利實施和監監測結果的的準確性，，要制訂科科學的質量量保證體系系。12.4監測數據整整理與分析析監測數據整整理監測數據整整理的主要要工作是對對現場觀測測所取得的的資料加以以整理、編編制成圖表表和說明，，使它成為為便于使用用的成果。。其具體內內容如下：：校核各項原原始記錄，，檢查各次次變形觀測測值的計算算是否有誤誤；變形值計算算；繪制各種變變形過程線線，建筑物物變形分布布圖。監測數據分分析監測數據分分析是分析析歸納地表表、管線及及周邊建筑筑物的變形形過程、變變形規律和和變形幅度度。分析變變形的原因因，變形值值與引起變變形因素之之間的關系系，并找出出它們之間間的函數關關系，進而而判斷地表表、管線及及周邊建筑筑物的情況況是否正常常。（1）成因分析析（定性分分析）。成成因分析是是對結構本本身（內因因）與作用用在結構物物上的荷載載（外因））以及觀測測本身，加加以分析、、考慮、確確定變形值值變化的原原因和規律律性。（2）統計分分析。根根據成因因分析，，對實測測數據進進行統計計分析，，從中尋尋找規律律，并導導出變形形值與引引起變形形的有關關因素之之間的函函數關系系。（3）變形預預報和安安全判斷斷。在成成因分析析和統計計分析的的基礎上上，可根根據求得得的變形形值與引引起變形形因素之之間的函函數關系系，預報報未來變變形值的的范圍和和判斷建建筑物的的安全程程度。12.5工程實例例工程概況況南京地鐵鐵一號線線盾構15標沿途穿穿越金川川河、玄玄武湖隧隧道、龍龍蟠路隧隧道、廖廖家巷密密集建筑筑群、南南京古城城墻等及及眾多地地面建筑筑和地下下管線；；該區間隧隧道上覆覆地層為為沖積層層、殘積積層和風風化巖層層因此工工程施工工難度很很大；為了保證證盾構機機推進時時的安全全，防止止周圍已已建構筑筑物的安安全，必必須對其其進行監監測和分分析。現場監測測內容①地表沉降降和地下下管線安安全觀測測。②地面面房屋沉沉降和傾傾斜觀測測。③水位位測試。。④土體體水平位位移監測測。⑤隧道道沉降、、凈空水水平收斂斂監測。。⑥玄武武湖公路路隧道相相關監測測及其他他盾構機機掘進參參數的采采集。