西安地铁盾构施工中地表沉降监测技术
摘 要:引例西安市地铁二号线,分析盾构隧道施工引起地表沉降的机理,研究施工现场地表沉降的监测技术,以及盾构施工的监测注意事项和数据分析的方法,最终形成监测成果报告,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依据。
关键词:地铁隧道;盾构施工;地表沉降;监测
盾构法施工有机械化程度高,掘进速度快,对环境影响时间短、程度低,施工管理容易等特点。但国内外实践表明,盾构施工多少都会扰动地层而导致不同程度对环境的影响,即使采用当前较先进的盾构技术,也难以完全防止地面隆陷及水平位移的发生。尤其是在城市修建地铁,埋深较浅,会波及地表而产生地表沉降。因此,对盾构施工中的地表沉降进行监测,并研究其发展规律及影响的主要因素,对保护周围环境具有重要的意义。
引例西安市地铁二号线一期工程尤家庄———长延堡段TJSG—18标段,工程概况如下:
会展中心站后配线暗挖段区间隧道位于长延堡站和后配线明挖段之间,走向为南北走向,其北侧为长安南路,西侧为陕西电视塔群建筑。会展中心站后配线暗挖段右线长97. 1m,里程为YDK20+390. 085—YDK20+ 487. 185;左线长98. 239m,里程为ZDK20+390. 085—ZDK20+ 488. 324。暗挖段采用中洞法+CRD法进行施工,暗挖段车站端断面宽22. 5m,高10.628m;区间端断面宽24m,高11. 778m。
1 盾构施工引起的地表沉降的原因
盾构推进过程中产生的地表沉降由五个阶段的沉降组成,如表1所示。
分析盾构施工段地表沉降规律知:盾构掘进所引起的地层损失和隧道周围地层受到扰动或剪切破坏的再固结是产生沉降的主要原因。对于本标段盾构区间,由于区间隧道穿越的主要为黄土地层,并且隧道埋深相对较浅,因此大部分地表沉降以盾构通过时的沉降和盾尾空隙沉降为主,且由于隧道埋深浅,地层较软弱,地表沉降相对会较大,五种沉降都会产生。
2 盾构施工中地表沉降的监测
2. 1 监测方法
采用NA2精密水准仪(配铟钢尺),测量精度为±1mm。沉降观测首先应根据设计文件等有关资料和现场情况,在施工前布设基准点。利用已经布设的GPS点和导线点在隧道进出口附近各设一个基准点,形成较系统的水平、垂直位移观测网。基准点布置在远离隧道施工沉降区大于30m施工影响范围外的稳定面上,且保证相邻点位的通视。沉降观测一般采用闭合路线或附和路线进行,便于往返较差,也利于基准点稳定性检测。一般在基准点无破坏、移动的状况下,每3~5个月作一次稳定性检测,以保证量测数据的精度要求。利用基准点布设测点,沿隧道纵向开挖洞室中线每10~20m且垂直中线布置沉降观测断面,每个观测断面布置21个测点(图1),测点间距根据洞室间距而定,横向间距范围为2~5m,隧道中线附近密些,远离中线处疏些。布设点统一编号,并作初始观测值的测定。沉降观测开始后对每一工程按既定观测频率,用同一编号的观测仪器进行观测。
2. 2 监测数据分析、处理以及成果报告
(1)对基准点与沉降观测点进行联测,整理数据,计算闭合差,经平差计算出各沉降观测点高程H0,确定为原始值。
(2)闭合水准路线的高差闭合差楋h等于该线路上各点间高差代数和∑h,即楋h=∑h。符合水准路线的高差闭合差楋h等于所测各点间高差的代数和∑h减去终点与起点已知高程之差,即楋h=∑h -(H终-H起)。往返测水准路线的高差闭合差楋h等于往返测高差代数和楋h=|∑h往-∑h返|。
(3)平差计算:将高差闭合差按测站数进行分配,即Vi=-fh/Nn;式中:ni为某测段的测站数;N为水准路线的总测站数;fh为水准路线高差闭合差;Vi为个观测点所分配的改正数。
(4)各沉降观测点的沉降量ΔH =H0-Hi;式中:H0为观测点高程原始值;Hi为每次计算后的观测值。
(5)对比现场实测数值与初始数值,绘制各种地表隆降曲线,运用回归分析法(一元线性回归、非线性回归)进行分析并根据位移、应力变化趋势推算后续沉降并与控制值比较。
(6)确定土体及支护结构的安全稳定性,提出分析意见和采取必要的措施,及时反馈以调整施工参数,提交监测成果报告,报告的内容包括[3]: 点位布置图; ④测量方法及精度要求;（四）本次观测值及累计值; 观测成果汇总表及各种时态曲线图; 有关工程进度和荷载变化; 分析意见及相关处理措施。
3 盾构施工监测的注意事项
(1)制定详细的监测计划,包括监测程序、方法、使用的仪器、监测点布置、监测频率和周期、监测人员的组织和安排,监测质量保证措施等。
(2)妥善协调好施工和监测的关系,将观测设备的埋设计划列入工程施工进度控制计划中。及时为监测工作提供工作面。在施工过程中采取有效措施,防止一切观测设备、观测点和其它相关部件受到机械或人为的破坏,如有损失,应及时采取补救措施,并作详细记录。
(3)保护和保存好监测范围内全部三角网点、水准网点和自己布设的网点,使之容易进入和通视,防止网点的移动和破坏。
(4)当隧道施工中出现下列情况之一时,立即停止施工,采取措施处理[2]。
开挖面坍塌、破裂及滑坡; ④监测数据趋势不断增大; （四）支护结构出现明显的受力裂缝或变形过大并有不断发展的趋势; 时态曲线长时间没有变缓的趋势。
4 结论
由于盾构法已成为我国地铁隧道施工中一种重要的施工方法,在建的上海、北京、广州地铁中都大量的采用。但其施工过程中所带来的地表沉降是不可避免的。在盾构施工过程中采取相应的监控量测是为了保证盾构施工的安全和地铁线路的正常运营。通过监测不但可以有效的预测和控制沉降变形,还可以为研究地下水、地表与土体变形的关系积累数据,同时为研究盾构法施工对土体变形的分析预测方法积累资料[3]。
参考文献:
[1]晏远见《城市地铁施工中的变形监测[J].测绘技术装备》2007, 9(1): 35-36.
[2]陈景平,胡锋,刘明钢《盾构法地铁隧道施工中的形变监测[J]》.江西测绘, 2007, (增刊): 100-10.
[3]宋宜容,陈广峰,桂轶雄,张文平.《地铁盾构施工中监测技术的研究[ J]》.青海大学学报(自然科学版), 2009, 27(1): 20-24.
[4]杜建华,王玉林,沈仁强.《浅谈盾构隧道施工引起的地表沉降[J]》.山西建筑, 2006, 32(3): 115-117.
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