盾構隧道施工監(jiān)測技術及后期數(shù)據(jù)分析淺談
2015-05-20
一、工程概況
無錫市軌道交通1號線江海路站～火車站站區(qū)間線路長1300m,出江海路站后，在通順橋前以350m（右線360m）曲線半徑向東南偏轉，于通順橋和廢棄水閘之間下穿慶豐河（區(qū)間下穿段河面寬度22米），再下穿錫澄二村大片居民樓后轉至規(guī)劃海澄路，近距離經過康橋麗景小區(qū)后線路以400m（右線410m）曲線半徑向西南方向偏轉，先后下穿慶豐河（區(qū)間下穿段河面寬度27米）、北新河（區(qū)間下穿段河面寬度26.5米）、慶豐集團廠房、慶豐里居委會、慶豐小區(qū)，垂直下穿錫滬西路后進入無錫火車站站。線路中線間距為13.0～17.3m。隧道斷面穿越土層大部分為粉質粘土、粘土層，部分斷面上部位于粉土夾粉質粘土層。
本工程采用一臺Ф6380的土壓平衡盾構， 在江海路站北端頭左線組裝調試完成后，向廣石路站推進，推進結束后調頭到右線；在廣石路站南端頭再次組裝調試后，向江海路站推進。
二、監(jiān)測方案的設計
在地下工程中進行沉降監(jiān)測，絕不是單純地為了獲取信息，而是把它作為施工管理的一個積極有效的手段，因此監(jiān)測數(shù)據(jù)應能確切地預報破壞和變形等未來的動態(tài)，施工監(jiān)測是一項系統(tǒng)工程，監(jiān)測工作的成敗與監(jiān)測方法的選取及測點的布置直接相關。按以下5條原則進行監(jiān)測方案的設計：
1、可靠性原則2、多層次監(jiān)測原則3、重點監(jiān)測關鍵區(qū)的原則4、經濟合理原則5、方便實用原則
2.1監(jiān)測點的布置
2.1.1地表沉降和隧道沉降
沿兩個盾構隧道軸線按5m間距布設地表沉降測點。同時，按30m間距布設地表橫向沉陷槽測點，每個斷面約9～12個測點。每個聯(lián)絡通道在中間各布置一個斷面，每個斷面約9個測點，橫向間距1～7m。在隧道開挖影響范圍內(2倍洞徑)的主要地下管線上方地表沿管線軸線按5～10m間距布設地下管線沉降測點。地表及地下管線沉降監(jiān)測布點應使測點樁頂部突出地面5mm以內。
2.1.2地面建筑物沉降監(jiān)測
在區(qū)間盾構隧道施工影響范圍內的房屋承重構件或基礎角點、中部及其它構筑物特征部位布設測點。
2.2監(jiān)測頻率和周期
2.2.1監(jiān)測頻率
根據(jù)“無錫市地鐵一號線GD01TJSG-07標區(qū)間設計方案T-55區(qū)間隧道監(jiān)控量測圖”監(jiān)測范圍及頻率如表5-1。
表監(jiān)測頻率一覽表
在區(qū)間隧道盾構出洞前布設監(jiān)測點，取得穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù)，在盾構出洞后即開始監(jiān)測，30m范圍內監(jiān)測頻率保持每天2次。盾構正常推進后，監(jiān)測頻率基本保持在每天1次。在整個盾構推進施工過程中監(jiān)測頻率可根據(jù)工程需要隨時調整，以滿足現(xiàn)場施工需要。監(jiān)測測量的周期應滿足觀測到測點變形達到相對穩(wěn)定時為止。
2.2.2監(jiān)測周期
本車工程施工監(jiān)測總工期以委托方要求的監(jiān)測開工日期為起點，至隧道施工完畢或施工影響區(qū)域內的受影響的建（構）筑物沉降變形穩(wěn)定為止。沉降變形穩(wěn)定標準：參照《建筑變形測量規(guī)范》JGJ 8-2007相關內容確定，即“當最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/d時可認為已經進入穩(wěn)定階段”。
三、監(jiān)測結果及其分析
根據(jù)以往工程實例，我們把盾構施工引發(fā)地表沉降過程劃分為如下五個階段，并根據(jù)這五個階段來對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行整理和分析。
第一階段：盾構到達前較遠處盾構距離監(jiān)測點20m外時，沉降主要為因盾構施工對土層的輕微擾動、路面車輛活荷載碾壓以及地下水位下降引起的固結沉降。
第二階段：盾構到達前較近處盾構距離監(jiān)測斷面20～10m時，因盾構推力對土體擾動影響的進一步加大、地下水位變化、施工參數(shù)(如土壓、推力等)變化等多方面因素影響，地表產生輕微沉降或隆起。
第三階段：盾構掘進階段盾構切口到達監(jiān)測點時，因盾構刀盤對土體的擾動和盾構參數(shù)的設置共同對其地表沉降造成的影響。
第四階段：盾尾脫離監(jiān)測點，沉降主要為漿液未及時充填、同步注漿量不足、施工中土體應力狀態(tài)變化較大等多種因素引起地層損失，這是盾構施工過程中產生地表沉降最主要的組成部分。
第五階段：固結沉降階段由于盾構推進中的擠壓作用和盾尾壓漿作用等因素，土體骨架還會發(fā)生持續(xù)較長的壓縮變形。在此土體蠕變過程中產生的地面沉降為施工后期沉降。
3.1縱、橫向地表沉降分析
3.1.1橫向地表沉降分析
經過實測數(shù)據(jù)分析，隧道中線上方沉降量最大，沿兩側逐漸減小，大部分沉降曲線形狀基本符合PECK的正態(tài)分布曲線。如下圖所示：
由上圖分析得出，盾構掘進主要影響區(qū)域在隧道軸線8m范圍內。沉降槽曲線基本沿隧道軸線點呈典型的正態(tài)分布,在軸線處的沉降值最大，在隧道洞徑范圍是沉降的主要范圍(距軸線4m處的沉降分別是最大沉降的67%、51%、)；距軸線4～8m為次要沉降區(qū)，距軸線6m處的沉降分別是最大沉降的25%、30%、) 距軸線10m外的沉降量小于1mm，12m外的沉降量小于0.5mm。
3.1.2縱向地表沉降分析
在敞開式掘進情況下，在刀盤切口前方約6m（約1倍隧道直徑）以外，地面基本無沉降跡象，部分出現(xiàn)輕微隆起趨勢（隆起量在2mm左右）；在刀盤切口離開監(jiān)測點約8m左右開始產生沉降，刀盤切口離開監(jiān)測點5m至10m（約等于盾構機長度9m）是沉降主要發(fā)展階段，這個范圍的地層主要受盾構刀盤旋轉及開挖面出土卸載影響，以及盾構機通過時盾殼對圍巖擾動的影響，沉降量約占總沉降量的80%以上；刀盤切口離開監(jiān)測點13~15m后沉降趨于穩(wěn)定，在這個范圍，盾構已通過，對地層的擾動消失，同時，盾尾脫出后產生的圍巖與管片間的建筑空隙得到了盾尾同步注漿的及時同步填充，對地層產生了很好的支撐作用，有效地抑制了地層沉降的進一步發(fā)展。
3.2建筑物的沉降分析
本區(qū)間，盾構隧道主要下穿錫澄二村兩棟六層民房，該民房建筑年代久遠，為淺基礎磚混結構，施工風險較大，這也對沉降監(jiān)測提出了很高的要求。
錫澄二村房屋沉降統(tǒng)計表
盾構隧道通過錫澄二村產生的影響非常較小，累計沉降值普遍小于3mm，差異沉降不到1mm。由此可見，如果盾構掘進過程中的各項參數(shù)的選擇合理，就能大大降低施工的風險，說明是可控的。
3.3沉降與掘進土倉壓力的關系
?。?）掌子面土倉壓力的平衡狀態(tài)變化對開挖面前方的地層影響不大，盾構掘進期間土倉壓力總體控制較好。
由掌子面土倉壓力的平衡狀態(tài)變化引起的地表沉降在-3mm左右，沉降數(shù)值普遍很小，說明盾構土倉壓力設置合理。從總體上看，地表絕大多數(shù)表現(xiàn)為下沉，這也說明盾構掘進時土倉壓力仍可調整得大一些。一般情況下，盾構土壓壓力的設置應使盾構上方的地表有略微隆起為好。
?、圃诰蜻M160米后，根據(jù)監(jiān)測結果，修正了盾構掘進參數(shù)(土倉壓力)，建立有效土倉壓力平衡，是控制地層損失、減小地層變位的有效手段。由上圖可見，在同等條件下，土倉壓力增大則地表沉降減小，甚至有略微的隆起，達到了較好的效果。
在城市盾構施工比例越來越大的今天，上述認識對于盾構隧道沉降監(jiān)測設計、盾構施工等有使用價值。具有一定的優(yōu)勢以及廣闊的應用前景。
