地铁盾构地表沉降监测

地铁盾构地表沉降监测

苏凤雄

中铁第六勘察设计院集团有限公司天津滨海300451

摘要：地面沉降是我国普遍发生的工程地质问题，每年造成了巨大的直接和间接损失。因此，对于地面沉降的防治研究具有十分重要的意义。其中，地面沉降发展趋势的预测是地面沉降防治工作的重要内容。地面沉降通常是多种因素共同作用的结果，如何实现对沉降的精准监测一直是相关研究领域的难题和研究热点。本文通过对实际工程的相关研究进行总结，对地铁盾构地表沉降监测现状及方法进行了论述。

关键词:沉降监测；应用；地铁盾构

1工程概况

麻苴站～牛街庄站盾构区间西起麻苴站，出站后基本沿贵昆公路向东敷设，在贵昆公路下穿隧道U型槽段向南偏转下穿八公里小区、昆船一机公司、昆船第五机械分厂、青龙文武学校等浅埋基础建筑物后进入米轨范围，沿米轨下方敷设约600m侧穿阿拉社区居民小区及厂房浅基础后进入牛街庄站。左右线有两组平面曲线，半径分别为370（360）m、800（800）m，纵坡为“V”字坡，最大坡度为24.000‰，隧道埋深约11.0～31.8m。

2地表沉降监测

(1)表面垂直位移监测

为了解穿堤后河堤的垂直位移变化情况，在0－0、L1－1、Ｒ1－1、L2－2和Ｒ2－2断面各布设5个垂直位移测点，即堤防迎水坡坡脚表面、坡腰表面、堤顶表面、背水坡坡腰表面和坡脚表面处各布置1个垂直位移测点，共计25个垂直位移测点，在工程影响范围以外安全、稳定的位置布设2个垂直位移基点。表面垂直位移采用精密水准方法进行监测，呈矩阵式布设。按规范要求，本工程应采用二等变形测量等级可以满足监测需要，变形点的高程中误差±0．5mm，相邻变形点高差中误差±0．3mm。

(2)深部垂直位移监测

在断面背水坡坡腰与堤顶之间处布设多点位移计，监测大堤深部垂直位移，多点位移计采用5点式多点位移计，底部埋设至隧道底岩体内，各传感器间距一般为3m～7m。地铁运行期间采用动态监测方法监测地铁通行时穿越段大堤各土层的垂直位移。

（3）监测控制标准

沉降控制为盾构掘进引起的其前方上部土体隆起或下沉量控制值不大于+10mm和－30mm。监测实施工程中，应通过两个监测断面之间的空间对比分析，隧洞顶部断面的地下水位时序分析确认有无异常渗水情况发生。一旦发生异常渗水情况，应立即启动报警［9］，并立即采取应急措施，如监测到大堤沉降过大时，可采取地面灌浆，隧道内部二次注浆等措施。

3监测方法及数据处理

3.1监测方法

（1）地表沉降监测采用水准测量的方法实施。（2）使用仪器要求：使用DiNi03(0.3mm/Km)电子水准仪及配套铟瓦标尺。所用的主要观测仪器均送技术监督局授权鉴定中心鉴定，均在有效期内使用，并且在使用过程中定期按规范规定的有关检校项目进行自检。（3）精度要求：

沉降观测利用沿线附近已有的水准控制点，将基准点、工作基点按二等水准要求进行联测，组成沉降监测控制网。重要建筑物及地表、道路立交桥、地下管线等监测点按二级沉降监测精度进行观测。

3.2外业观测

观测前首先测量或检测基准点的相对关系，进行基准点稳定性判定，若基准点稳定，即可按Ⅱ等水准测量精度要求进行施测。附合水准路线应以偶数站结束观测，当最后一站为奇数站时，应增加一站形成偶数站结束观测。往测变返测,前后标尺应互换。并且，各监测点与水准基准点或工作基点应组成闭合环路或附合水准路线。沉降监测按前述有关规范对二等垂直位移监测的要求进行。垂直位移监测的技术指标要求如下表所示：

3.3观测注意事项

作业前，应对所使用的水准测量仪器和标尺进行常规检查与校正，水准仪i角不得大于10″。当观测成果异常，经分析与仪器有关时，应及时对仪器进行检验与校正，因现场施工影响，不能做到前后视距相等时，要在所测高差中加入i角改正；观测时，必需保证良好的观测环境及成像条件，尽量避免视线被遮挡以及望远镜直接对着太阳；观测前半小时，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致，在观测开始前，对仪器进行预热，预热次数不少于20次单次测量；在设站、迁站时做好仪器防曝晒工作；防止尺垫发生意外移动，尽量在安全、稳定位置放置尺垫，放置好尺垫后用脚用力踩实观测时应满足水准观测各项相关技术要求。

4监测数据分析

下图为麻牛区间穿越U型槽监测数据变化曲线，该段位置处隧道埋深16～19m，主要为粉质黏土层，地下水位埋深较浅，监测数据变动主要分布在盾构掘进过程中及注浆前后，因此盾构掘进各项参数的应根据隧道埋深、地质水文情况、监测数据变化进行调整设置，尽可能减小对上方地表及周边环境的影响。

5盾构区间沉降控制

为了控制盾构区间的地表沉降，我们可以采取以下措施对地表沉降进行控制：

（1）盾构机在施工过程中的推力、推速、正面土压等参数；

（2）同步注浆量和压力等。

盾构施工前期只需对监测点施测3次，取得各监测点的初始测量值，麻牛区间1月初右线穿越U型槽，3月中旬左线穿越U型槽。选取垂直位移的监测数据进行分析，并对堤防安全性作出评价。DK19+250DBC-01、DK19+250DBC-02、DK19+255DBC-01、DK19+255DBC-02DK19+260DBC-01、DK19+260DBC-02、DK19+265DBC-01、DK19+265DBC-02、DK19+270DBC-01、DK19+270DBC-02、DK19+275DBC-01、DK19+275DBC-02、DK19+275DBC-03、DK19+275DBC-04、DK19+275DBC-05、DK19+275DBC-06、DK19+275DBC-07、DK19+275DBC-08、DK19+275DBC-09地表沉降测点，为主要监测断面，对土体竖向位移监测起到重要作用。1月5日～1月30日右线盾构穿越U型槽，3月10日～3月25日右线盾构穿越U型槽，盾构穿越之后地表沉降累计变形最大为-10.16m，穿越后上述测点逐渐趋于稳定。

在盾尾离开监测断面之前，地表下沉相对较小，盾尾脱离后，沉降速度和沉降量徒增，在盾尾脱离3天后，地表稍有回弹，然后沉降速度出现转折，沉降速度明显变慢，之后沉降速度递减。一般认为，管片脱离盾尾初期，由于建筑空隙引起地层损失，会产生比较大的沉降;之后的沉降主要由扰动土体固结引起。

6结论及建议

通过对盾构施工过程中穿越河堤的水平位移和沉降监测的分析研究得到如下结论:

(1)同一横向沉降观测断面，累计沉降量从隧道轴向位置向两侧逐渐减小，因左右线穿越时间相差41天，所以两隧道中线O－O’断面累计沉降量最大，根据沉降分布曲线，受盾构机掘进施工影响，隧道轴线两侧20m范围内的堤基土体均受到相当程度的扰动。

(2)堤基土体深层水平位移最大值发生在隧道轴线高程附近，土体深层水平位移受盾尾注浆影响较大，而盾构机头掘进过程中，土体深层水平位移量较小。

(3)盾构推进的同时进行同步注浆和二次注浆加固地层，并可根据监测情况采用地面跟踪注浆。

结束语：

盾构施工将不可避免地对周边地层产生扰动，当下穿铁路道床时，将使道床产生沉降，甚至影响铁路正常运营。目前，针对盾构施工下穿铁路工程已开展了一定程度的研究。目前针对盾构下穿施工对铁路道床影响方面的研究，多集中在通过数值模拟和现场监测方法，预测、总结道床沉降的规律，提出道床沉降控制的措施。

参考文献：

[1]王淼,杨喆.盾构施工对建(构)筑物沉降监测及分析[J].西安科技大学学报,2014,34(2):169-173.

[2]地铁盾构隧道施工期地表沉降监测研究[D].河海大学,2004.

[3]谢雄耀,李军,王强.盾构施工地表沉降自动化监测及数据移动发布系统[J].岩土力学,2016(s2):788-794.