浅谈软土地区地铁盾构施工监测控制技术

宋家承 苏厚庆

摘要：施工监测是地铁施工中必不可少的一项工作内容，尤其是在不良地质条件下的地铁隧道施工中，通过监测手段能够掌握实时施工信息，优化施工方案，确保工程施工质量及安全。基于此，文章结合工程实例，重点探讨了软土地质条件下盾构施工监控量测技术。

关键词：软土地层；地铁盾构；监控量测

0 引言

随着城市发展，城市中的高层建筑日趋增多，密集度越来越大，能够被利用的城市地面空间已经越来越少，城市地下空间的开发利用迫在眉睫，为缓解日益拥挤的交通，充分利用城市地下空间，城市地下轨道交通工程方兴未艾。盾构法隧道施工是地铁隧道施工常见施工方法，监控量测作为盾构施工的眼睛，是施工成败的关键。

1 研究背景

某城区地铁隧道采取盾构法施工，在施工前期勘察中，发现施工场地上方有天然气管道一条，盾构隧道和管道相交的位置位于A站以西238m的位置，管道位于区间隧道上行线第210，211环，下行线第206，207环上方。因盾构下穿段管道埋深无相关资料记载，施工之前采用管线仪对其位置进行大致测定，之后采用钻探勘测得其深度，为确保天然气管道安全，钻探使用钻头为塑料钻头。鉴于该区间软土地质特征，在盾构隧道施工过程中，易发生区域性地面沉降；盾构在软土地层中穿越天然气管道，地面沉降不易控制，直接导致管道变形不易控制，极易造成管道破裂等事故。该区间隧道埋深为12m，管道的埋深为1.0m。

2盾构施工原理及监控量测必要性

盾构法工作原理是：盾构机刀片在前面切削岩体时，盾构外壳在隧道开挖前端进行预先支护，形成外部支撑；盾构机在盾构外壳的支护下继续向前开挖岩体和拼装隧道管片衬砌；盾构外壳由内部结构支承，而盾尾部分则无内部结构进行支承，故盾尾需及时拼装隧道管片衬砌；盾构机掘进或调整方向是通过顶在己经拼装完成的隧道管片衬砌上的液压千斤顶操作的。在地质环境较恶劣时，通常还需要利用其它相应措施对盾构掘进前方工作面进行土体改良。

盾构隧道施工监控量测是盾构施工过程的一部分，是指导施工、发现问题解决问题的唯一途径。隧道设计和施工过程是处理好土力学、岩体力学等各种力学问题的过程，施工现场监控量测直接记录和反映着各种力学作用现象，为施工提供第一手资料。一方面通过对监测信息进行分析、处理直接指导隧道施工；另一方面根据监控量测数据，做到动态设计，随时对不合理的设计方案进行优化，提高施工质量，不断提升隧道工程建设的水平，不断优化盾构隧道施工技术。

3地铁盾构监控量测施工措施

盾构监控量测是盾构施工成败的关键，监测内容及方法在不同施工条件下有所不同。

（一）一般条件下的沉降及水平位移监测

一般条件下的地铁盾构监测施工，应根据地铁施工现场的实际条件，按照一定的施工等级分别对基准点、施工基点及沉降监测点进行控制。当基准点和监测点两者之间形成闭合或者是与水准路线附合后，应取两次监测数值的平均值，并将该平均值当作初始高程值，与此同时，在对水准线路进行观测时应与基准点或者是施工基点保持同步，监测得出的各项数值结果的偏差应控制在相关要求范围内。另外，对于地铁普通部位的水平位移监测，应采取小角度观测法对地铁盾构普通部位的各个基点进行监测，监测达到相关施工要求合格后，应利用高精度电子全站仪对已经监测过的各基点之间的小角度及距离进行准确测量，并精确计算各基点与实际基准线之间存在的偏差，计算得到的偏差就是地铁盾构垂直线路方向的位移量。

（二）地铁盾构关键部位沉降监测

地铁盾构关键部位沉降监测一般采用电水平尺法，电水平尺具有较全面的功能及良好的效果。电水平尺在安装时紧贴被测对象的，不会对行车带来影响，同时能自动读取监测数据，适合于行车封闭路段时进行全方位连续的沉降监测。电水平尺具有较高的精度，利用该工具对地铁盾构关键部位进行监测，能够捕捉小到1”的倾角变化，使用电水平测量出来的数据具有较高可靠性。在地铁盾构关键部位沉降监测过程中将多个电水平尺首尾相连进行测量，能够准确计算出地铁盾构的绝对位移，并且根据这些测量数据可推断出地铁盾构的沉降断面。此外，在盾构监测中运用电水平尺与数据采集器进行相互配合，能够实现盾构实际状况的连续监测，实时掌握盾构施工中的沉降变化，如果遇过大或者影响盾构施工安全的沉降量，即启动自动报警功能。综上，电水平尺在盾构各个部位沉降测量中的应用给盾构施工提供了安全保障。

4监测控制具体研究方法

（一）监测点布置

地面监测点埋设，沿线路方向每5环布设一个监测断面，横断面监测点布置3排，第一排位于200环，断面监测点7个，第二排位于205环，断面监测点3个，第三排位于210环，监测点3个，监测点间距2.4 m，在194环、202环分别埋设深层沉降监测点，埋设深度8m。

（二）深层分层监测技术

盾构机通过天然气管道后，对200环、205环、210环监测结果进行比较分析。掘进过程中地面下沉，通过后变化速率趋于0，并略有回升，最后保持稳定，地面最大变化量下沉5 mm。盾构机掘进推力800t左右、土压0.12、出土量38方、注浆量都是3 m3，在埋深12 m的地层中此为合理掘进参数，地面沉降能控制在规定范围之内。第200环断面监测数据显示，盾构机通过断面过程中，地面隆起单次变化在1mm内，下沉在3mm内，沉降变化速率小。第205环断面监测据显示，盾构机通过断面过程中，地面降起单次变化在2mm内，下沉在4mm内，沉降变化较小。第215环断面监测数据显示，盾构機通过断面过程中，地面隆起单次变化在2mm内，下沉在5mm内，沉降比较稳定。在200环、205环、210环的累计沉降变量中，隆起最大值为4 mm，下沉最大值为5 mm，控制地面沉降在规定范围之内。盾构机刀盘到达194环深层沉降管处，监测数据显示，30号监测点隆起6 mm，通过后下沉6 mm，监测数据变化小，变化在2 mm左右，盾构机下穿时，对隧道上部2 m左右地层的扰动变化在6mm左右。盾构机刀盘到达深层沉降管处，上部2.3 m处上升4 mm，下部上升4mm，穿过管道后，上部变化在3 mm左右，下部变化2mm左右。

上述数据显示，盾构机在穿越管道过程中，地下7 m处，沉降变化小。在盾构机掘进过程中，刀盘对上部两米左右部分土体扰动较小，变化值最大为5 mm左右。盾构通过后注浆对土体的扰动很小，变化在2 mm左右。在盾构机下穿天然气管道的过程中，即196-203环推进过程中，对每一环进行了4次取样，经过检测，取土样品不含油脂，土质无污染。天然气管道没有发生渗漏等现象。通过深层分层监测，最终保证了盾构顺利穿越天然气管道。

5 小结

盾构法是当前城市地铁隧道施工中的常用方法，本工程运用深层监测技术对软土地层中的盾构地铁隧道施工进行了监测，将施工现场地下管线的地层实际变形情况实时反馈至操作面，直接用于调整施工参数和判定管线的安全情况。最终保证了工程的顺利实施，并确保了管线的安全性，为以后类似工程提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]赵纪平.盾构法隧道施工的监测[J].建筑与工程，2008（11）

[2]郑淑芬.盾构隧道施工地表沉降规律及控制措施研究[J].湖南：中南大学，2010

[3]冯超.地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律研究[D].陕西：西安科技大学，2011