盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測技術(shù)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)至規(guī)劃海澄路，近距離經(jīng)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(zhuǎn)，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(zhì)粘土、粘土層，部分斷面上部位于粉土夾粉質(zhì)粘土層。
本工程采用一臺Ф6380的土壓平衡盾構(gòu)， 在江海路站北端頭左線組裝調(diào)試完成后，向廣石路站推進，推進結(jié)束后調(diào)頭到右線；在廣石路站南端頭再次組裝調(diào)試后，向江海路站推進。
二、監(jiān)測方案的設(shè)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(yīng)能確切地預(yù)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(guān)。按以下5條原則進行監(jiān)測方案的設(shè)計：
1、可靠性原則2、多層次監(jiān)測原則3、重點監(jiān)測關(guān)鍵區(qū)的原則4、經(jīng)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(gòu)隧道軸線按5m間距布設(shè)地表沉降測點。同時，按30m間距布設(shè)地表橫向沉陷槽測點，每個斷面約9～12個測點。每個聯(lián)絡(luò)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(nèi)(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(shè)地下管線沉降測點。地表及地下管線沉降監(jiān)測布點應(yīng)使測點樁頂部突出地面5mm以內(nèi)。
2.1.2地面建筑物沉降監(jiān)測
在區(qū)間盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的房屋承重構(gòu)件或基礎(chǔ)角點、中部及其它構(gòu)筑物特征部位布設(shè)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(shè)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(gòu)出洞前布設(shè)監(jiān)測點，取得穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù)，在盾構(gòu)出洞后即開始監(jiān)測，30m范圍內(nèi)監(jiān)測頻率保持每天2次。盾構(gòu)正常推進后，監(jiān)測頻率基本保持在每天1次。在整個盾構(gòu)推進施工過程中監(jiān)測頻率可根據(jù)工程需要隨時調(diào)整，以滿足現(xiàn)場施工需要。監(jiān)測測量的周期應(yīng)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(nèi)的受影響的建（構(gòu)）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(guān)內(nèi)容確定，即“當(dāng)最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/d時可認為已經(jīng)進入穩(wěn)定階段”。
三、監(jiān)測結(jié)果及其分析
根據(jù)以往工程實例，我們把盾構(gòu)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(gòu)到達前較遠處盾構(gòu)距離監(jiān)測點20m外時，沉降主要為因盾構(gòu)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(jié)沉降。
第二階段：盾構(gòu)到達前較近處盾構(gòu)距離監(jiān)測斷面20～10m時，因盾構(gòu)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(chǎn)生輕微沉降或隆起。
第三階段：盾構(gòu)掘進階段盾構(gòu)切口到達監(jiān)測點時，因盾構(gòu)刀盤對土體的擾動和盾構(gòu)參數(shù)的設(shè)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(yīng)力狀態(tài)變化較大等多種因素引起地層損失，這是盾構(gòu)施工過程中產(chǎn)生地表沉降最主要的組成部分。
第五階段：固結(jié)沉降階段由于盾構(gòu)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(chǎn)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(jīng)過實測數(shù)據(jù)分析，隧道中線上方沉降量最大，沿兩側(cè)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(gòu)掘進主要影響區(qū)域在隧道軸線8m范圍內(nèi)。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(chǎn)生沉降，刀盤切口離開監(jiān)測點5m至10m（約等于盾構(gòu)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(gòu)刀盤旋轉(zhuǎn)及開挖面出土卸載影響，以及盾構(gòu)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(gòu)已通過，對地層的擾動消失，同時，盾尾脫出后產(chǎn)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(chǎn)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(gòu)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(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)，施工風(fēng)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(gòu)隧道通過錫澄二村產(chǎn)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(gòu)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(fēng)險，說明是可控的。
3.3沉降與掘進土倉壓力的關(guān)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(gòu)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(gòu)土倉壓力設(shè)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(gòu)掘進時土倉壓力仍可調(diào)整得大一些。一般情況下，盾構(gòu)土壓壓力的設(shè)置應(yīng)使盾構(gòu)上方的地表有略微隆起為好。
⑵在掘進160米后，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，修正了盾構(gòu)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(gòu)施工比例越來越大的今天，上述認識對于盾構(gòu)隧道沉降監(jiān)測設(shè)計、盾構(gòu)施工等有使用價值。具有一定的優(yōu)勢以及廣闊的應(yīng)用前景。
