城市轨道交通盾构法施工监测分析

汪福源

（南昌市城市规划设计研究总院）

1 引言

城市轨道交通盾构法施工是以相关理论为指导，在隧道掘进的过程中，对开挖面开展注浆和衬砌作业，提高隧道施工的可靠性。施工期间进行监测能为整个施工建设过程提供安全保障。

2 城市轨道交通盾构法施工监测的具体内容

①要确定变形监测的具体内容，需考虑隧道主体埋置的深度，以及所建设的工程的地质和环境条件特点，选择主要监测对象和具体的项目。

②对隧道结构进行结构变形的监测，主要监测项目为隧道结构内部收敛，所使用的监测仪器是收敛计。

③对地层进行沉降监测，针对地表、隧道、衬砌环进行沉降监测，利用的仪器是水准仪。

④对周围环境建筑物以及地下的管道交通等，进行沉降位移的监测，监测是否有水平位移、倾斜或者建筑物裂缝，所采用的监测元件以及仪器为经纬仪、全站仪以及游标卡尺。

2.1 布设沉降监测观测点

在开展沉降监测之前，先要进行沉降基准点的选取。基准点所在位置要不在施工场地影响的范围之内，具有较高的稳定性。在沉降基准点的基础上，进一步建设水准控制网，并且确定好观测路线，这样能让监测数据更准确。

①对于地表沉降的监测点而言，在布设的时候，首先要采用钻孔机，进行地面钻孔，在钻孔到一定的深度之后，进行预制钢筋的埋设，并且利用细沙等材料进行填充，起到夯实的作用，这样能对监测点进行固定，避免其发生移动变形。

②要利用专业机器进行沉降监测标志的加工，要显著突出立尺部位。在加工过程中，也可以选择让其成为半球状，这样更加利于立尺。加工完后，要在上方进行防腐材料的涂抹，做好防腐处理工作。

③在对地下管线的监测点进行设置时，如果有专门的检查井的设置，可以在管线或者承载体上布设监测点。如果因为地质条件等因素，使管线未进行检查井的设置，而且也不具备条件开挖，就要设置间接沉降监测点，布设在地表。

④在监测点布设（见图1）的过程中，所采用的各项仪器都需要是国家批准的、正规合格的仪器。

图1 沉降监测观测点位布置图

2.2 裂缝监测

对轨道监测来说，常见的安全隐患是管片发生裂缝现象。由于这种裂缝问题的形成原因多种多样，因此造成的危害也具有一定差异。对于大部分的裂缝类型来说，一般都是从整体上对管片产生影响，并伴随着施工进展，裂缝越来越大，会对管片造成结构性损害。所以，为了提高建筑施工的安全性，保障轨道投入使用的可靠性，要实时对管片裂缝及其发展状态做好监测工作。在监测的过程中，务必注意对监测结果进行观察，并且需要收集每一次监测所得到的信息，将其应用到未来的发展与建设中，不断提升工程质量。

2.3 管片沉降监测

在城市轨道交通利用盾构法施工时，需要在始发端和到达端的40m以内进行变形监测断面的布设，间隔距离为20m，这样能够收集到具体的管片沉降的数据信息。

2.4 管片水平收敛监测

在利用盾构法施工时，监测断面的间隔一般为10m，而且每一个断面上，都需要进行3个观测点的布设，对主断面来说，需要布设5个观测点。利用微型钻机钻孔，对埋设进行测定。断面监测点的布设方法大致等同于管片沉降观测点的布设方法。这样通过监测断面，针对隧道管片水平收敛的具体状况，实施监测工作。

3 监测频率

一般来说，城市轨道交通监测频率需要在真实性的基础上，对变形以及具体发展状况，进行有效反映，还要能监测到轨道施工过程所发生的每一处变形。因此，要在变形监测目标、变形速度、大小的基础上，进一步确定盾构监测频率（见表1）。

表1 城市轨道交通监测频率（部分）

在施工的开展中，如果遭遇紧急状况，要适当增加监测频率，多次开展监测工作，确保施工的安全性。对变形监测点来说，发生变形速率或是累积的变形量，超过允许变形值的80%时，或者预测变形的曲线图相比监测测绘的曲线有较大差异时，就需要增加变形监测频率，将其增至1次/d。若出现紧急危险状况，就要将监测频率调整到1次/4h。如果危险情况进一步发展，变为安全隐患以后，就要通过测量机器人，对危险点做持续监测。

4 监测数据处理

定期进行监测点的观测工作能够通过现场实测收集到具体的变形数据，并且利用特定软件，针对所获得的监测数据，进一步开展偏差计算，同时，要保证数据的精确性，才能在数据处理系统中进行输入。对数据库来说，要保存原始的观测数据以及计算处理后的数据。

4.1 横向地表沉降监测结果分析

根据对横向地表沉降的实际测量数据信息进行具体分析和计算，可以得到这样的结果：对盾构机的始发端来说，由于土地所产生的压力具有不断变化的特点，无法处于平衡状态，而且隧道埋深不深，在盾构机掘进的过程中，对地表具有显著扰动，就会出现严重的地表变形现象。首先，对城市轨道交通来说，利用盾构法施工，其所发生的地表变形与盾构机所掘进的地质环境的差别有着密切关系。如果地质条件较差，那么在盾构机掘进的时候，就会对地表造成较大的扰动，相反，就会使扰动较小。因此，导致底边具有较小幅度的沉降变形。其次，在矛盾法施工过程中，对地表产生影响的范围在隧道中线轴线的5m～7m之内，中心轴线处是沉降值最大的位置。

4.2 纵向地表沉降监测结果分析

在进一步计算和分析盾构隧道变形断面监测数据的基础上，得到具有普遍意义的沉降变形图。通过对纵向沉降曲线的分析，可以得知，盾构始发端的掘进不会引起较大的地表沉降变形，而且随着掘进的不断推进，也会使土压一直处于变化的状态，不断增大。所以对于盾构机的始发以及到达端来说，都要应用控制措施实现对地表沉降变形的有效缓解，提高底层整体的稳定性，提高地层强度。

4.3 隧道管片沉降

在开展具体的监测时，通过所得数据观察到，隧道的管片变形具有显著的上浮趋势，大概在13mm～33mm之间，进行了关于管片上浮以及盾构掘进变化的具体曲线图的绘制。通过对曲线图中监测数据的分析和处理，将隧道管片隆沉概括为如下三个具有显著特征的阶段：首先，在管片安装到脱离这一时期，因为千斤顶和盾构机所带来的管片上浮，其上浮可以控制在5m空间范围内；其次，在管片脱离之后，大约5m的距离会在注浆压力不够的情况下，使上浮量明显上涨，达到10mm～20mm；最后，对于后期固结时期来说，也会因为土体的固结变形和浆液渗透产生沉降现象，一般在-3mm左右。

5 结语

对于周边建筑物以及地表沉降的监测项目来说，能够对盾构隧道所引起的底层变位进行直接反映。如果要想对施工所导致的邻近底层的变位进行具体监测，就要开展管片隆沉监测以及水平收敛监测。在本文的具体论述中，在对盾构监测数据进一步分析以及计算的基础上，从地表的横纵向沉降以及管片隆沉的具体方面作出了研究，并得出结论。首先，在实际的盾构施工时，隧道埋深、上覆土层等外在条件，都属于影响地表沉降情况的客观因素，而土舱压力参数的具体设置以及盾构的开挖模式，也在主观层面上影响地表的沉降。其次，在盾构机的主要影响范围中，体现地表的变形走向。一般在隧道中心轴线的2到3倍直径上为横向地表沉降的主要变形区域，而在刀盘前10m到盾构机尾部的40m这一区间内，是纵向地表沉降变形的范围。盾构机的施工一般不会影响轴线3倍直径以外的范围。