第13章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測

2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系1主要內容概述施工監(jiān)測內容與方法地鐵盾構隧道監(jiān)測方案設計監(jiān)測數據整理與分析工程實例第十三章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系2§1概述

變形監(jiān)測與數據處理第十三章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系3概述盾構掘進機是集機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能的工程機械。盾構法隧道的基本原理是利用一件有形的鋼質組件沿隧道設計軸線開挖土體而向前推進。這個鋼質組件在初步或最終隧道襯砌建成前，主要起防護開挖出的土體、保證作業(yè)人員和機械設備安全的作用，同時還承受來自地層的壓力、防止地下水或流沙的入侵。隧道拱內圈的空洞由盾構本體防護，同時還需要其他輔助措施對工作面進行支護。第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系4盾構掘進機示意圖第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系5支護土體方法和相匹配的盾構類型示意圖第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系6各種盾構掘進機的支護面板第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系7土壓平衡盾構工法和盾構結構示意圖第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系8土壓平衡盾鉤掘進機第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系9泥水加壓平衡盾構掘進機第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系10泥水加壓平衡盾構掘進機工法示意圖第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系11監(jiān)測的主要作用（1）監(jiān)測和判斷各種施工因素對地表變形的影響，提供改進施工的方法和減少地面沉降的重要依據；（2）根據前一段的觀測結果，預測下一段的地表沉降和對周圍建筑物及其它設施的影響；（3）檢驗施工方法是否達到控制地面沉降和隧道沉降的要求；（4）研究土壤特性、地下水條件、施工方法與地表沉降的關系，作為將來設計的參考依據；（5）通過施工監(jiān)測可取得減少沉降、減少保護工程費的效果；（6）保證工程安全，減少總造價。第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系12施工監(jiān)測管理（1）工程施工前，根據現場的實際情況(尤其危房建筑)及工程的施工進度，編制詳細的監(jiān)測實施作業(yè)計劃及其相應的保證措施，作為施工生產計劃中的一項重要內容，同時報請監(jiān)理工程師和業(yè)主批準。（2）成立專門的監(jiān)測小組，保證監(jiān)測人員有確定的時間、空間和相應的監(jiān)測工具，確保監(jiān)測成果及時準確。（3）施工監(jiān)測緊密結合施工步驟，測出每一施工步驟時的變形影響，同時計算出各測點的累計變形。（4）監(jiān)測人員及時整理分析監(jiān)測數據，繪制各種變形和時間的關系曲線，預測變形發(fā)展趨向，及時向總工程師、監(jiān)理和業(yè)主匯報，若發(fā)現異常情況，隨時與監(jiān)理、業(yè)主聯(lián)系，采取有效措施，做好預防。（5）根據監(jiān)測結果及時調整施工步驟及采取相應的技術措施，確保施工及周圍環(huán)境的安全。第1節(jié)概述2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系13§2施工監(jiān)測內容與方法

變形監(jiān)測與數據處理第十三章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系14監(jiān)測依據（1）正常施工情況下的具體監(jiān)測要求，如不同的施工工藝對各項變形的限差等；（2）施工區(qū)域土壤及地下水情況；（3）隧道施工影響范圍內現有房屋建筑、各種構筑物的形狀、尺寸、與隧道軸線的相對位置；（4）隧道填埋的深度；（5）雙線隧道的間距或施工隧道與近旁大型、重要公用管道的間距；（6）隧道設計的安全儲備系數。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系15監(jiān)測內容土體介質的監(jiān)測。包括：地表的沉降監(jiān)測、土體分層沉降和深層位移監(jiān)測、土體回彈測量、土體應力和孔隙水壓力測量。周圍環(huán)境的監(jiān)測。包括：相鄰房屋和重要結構物的變形監(jiān)測、相鄰地下管線的變形監(jiān)測。隧道變形的監(jiān)測。包括：隧道沉降和水平位移監(jiān)測、隧道斷面收斂位移監(jiān)測、隧道應變和預制管片凹凸接縫處法向應力測量。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系16地表沉降監(jiān)測地表沉降監(jiān)測是采取精密水準測量的方法測量地鐵盾構隧道上方地表的標高。在沉降測量區(qū)域埋設地表樁，地表樁一般沿盾構隧道的軸線每隔3～5m設置一個，同時，適當布置幾排橫向地表樁，便于測量盾構施工引起的橫向沉降槽的變化。在遠離沉降區(qū)域，并沿地鐵隧道方向布設監(jiān)測基準點，并進行基準點聯(lián)測。按照監(jiān)測方案規(guī)定的觀測頻率，用精密水準儀進行測量，并計算每次觀測的地表樁高程。如果地鐵盾構隧道上方是道路，在進行道路沉降觀測時，必須將地表樁埋入地面下的土層里，才能比較真實地測量出道路的沉降。如果地鐵盾構隧道上方有地下管線，在監(jiān)測時，對重點保護的管線，應將測點設在管線上，并砌筑保護井蓋，一般的管線可在其周圍設置地表樁進行監(jiān)測。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系17土體沉降和深層位移監(jiān)測監(jiān)測盾構施工引起的土體分層沉降和深層位移量可了解土層被擾動的范圍和影響程度。土體分層沉降是指土層內離地表不同深度處的沉降或隆起，通常用磁性分層沉降儀量測。土體深層位移是指土層不同深度的水平位移，通常采用測斜儀進行測量。土體沉降和深層位移監(jiān)測都是在隧道兩邊或底部鉆孔預埋測管，兩者可共用一個測管。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系18雙孔隧道上方的地表沉降槽和分層沉降的實測曲線第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系19土體回彈測量在地鐵盾構隧道掘進中，由于卸除了隧道內的土層，因而引起隧道內外影響范圍內的土體回彈。土體回彈測量就是測量地鐵盾構隧道掘進后相對于地鐵盾構隧道掘進前的隧道底部和兩側土體的回彈量。一般是在盾構前方埋設回彈樁，觀測施工過程中底部土體的回彈量，其具體的測量方法可以采用精密幾何水準測量的方法進行。埋設回彈樁時，要利用回彈變形的近似對稱性，應埋入隧道底面以下20~30cm，根據土層土質的情況，可采用鉆孔法或探井法。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系20土體應力和孔隙水壓力測量對土體應力和孔隙水壓力測量，能了解盾構的施工性能，了解盾構的施工對土層的擾動程度以及預測固結沉降量，可及時調整施工參數，減少對土層的擾動。土體應力和孔隙水壓力測量主要是采用鉆孔埋設法埋設土應力盒和空隙水壓力探頭等傳感器。利用這些傳感器獲取土體的溫度和水壓力，通過事后計算得到需要的觀測數據。這些測點主要埋設在隧道外圍。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系21相鄰房屋和重要結構物的變形監(jiān)測地鐵盾構隧道掘進中，對盾構直接穿越和影響范圍內的房屋、橋梁等構筑物必須進行保護監(jiān)測。建筑物的變形觀測可以分為沉降觀測、傾斜觀測和裂縫觀測三部分內容。沉降觀測的觀測點設在基礎上或墻體上，另外在構筑物外的表面上和構筑物底板上有時也需設一些觀測點，用精密水準儀進行測量。構筑物傾斜監(jiān)測可采用經緯儀測量方法，也可在墻體上設置傾斜儀，連續(xù)監(jiān)測墻體的傾斜。構筑物的裂縫可用裂縫觀測儀測得。

第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系22裂縫觀測儀第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系23薄鐵片標志法觀測裂縫示意圖第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系24相鄰地下管線的變形監(jiān)測相鄰地下管線的監(jiān)測內容主要為管線垂直沉降，其測點布置和監(jiān)測頻率應在對管線狀況進行充分調查，與管線單位充分協(xié)商后確定。調查內容包括以下幾個方面：①管線埋置深度和埋設年代；②管線所在道路的地面人流與交通狀況；③隧道施工過程中地下管線的預計沉降。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系25布點方式目前，管線垂直沉降布點方法主要采用間接測點和直接測點兩種形式。間接測點又稱監(jiān)護測點，常設在管線軸線相對應的地面或管線的窨井蓋上，由于測點與管線本身存在介質，因而測試精度較差，但可避免破土開挖，可以在人員與交通密集區(qū)域，或設防標準較低的場合采用。直接測點是通過埋設一些裝置直接測讀管線的沉降，常用方案有抱箍式、套筒式。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系26抱箍式布點法示意圖第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系27套筒式布點法示意圖第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系28隧道沉降和水平位移監(jiān)測傳統(tǒng)的隧道沉降和水平位移監(jiān)測方法是在隧道的頂部或腰線處設立觀測點，然后用常規(guī)的水準測量方法進行沉降量的測量，同時，以隧道軸線和其軸線的垂直方向建立坐標系，用導線測量的方法測量所有觀測點的坐標，以此來推算隧道水平位移量。目前，為了能夠連續(xù)準確地監(jiān)測到隧道的沉降及水平位移變形情況，可采用具有先進功能和高精度的自動跟蹤全站儀進行觀測。

第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系29隧道斷面收斂位移監(jiān)測常規(guī)收斂位移監(jiān)測采用收斂計進行測量，但最大的問題是重復精度不高，而且因操作人而異；其次是工作量大，效率低。目前，用斷面自動掃描的方法進行隧道斷面收斂變形監(jiān)測。這種方法是利用免棱鏡自動跟蹤全站儀和專業(yè)的斷面測量系統(tǒng)軟件組成的儀器系統(tǒng)來實現斷面自動掃描，以此進行隧道斷面收斂變形監(jiān)測。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系30應力測量應變和應力測量是在隧道的結構物上，焊接應變計和應力計等一些傳感器，根據傳感器測量的結果計算結構構件的軸力和彎矩，判斷結構物的安全性能。第2節(jié)施工監(jiān)測內容與方法2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系31§3地鐵盾構隧道監(jiān)測方案設計

變形監(jiān)測與數據處理第十三章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系32方案設計的原則在熟悉隧道施工方案，了解施工區(qū)域內土壤及地下水和隧道施工影響范圍內現有結構物情況的基礎上，根據工程的特殊要求，設計出確保工程安全的、經濟有效的、便于監(jiān)測工作的實施和工程項目施工的監(jiān)測方案。第3節(jié)地鐵盾構隧道監(jiān)測方案設計2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系33方案設計前的準備工作（1）收集各種資料主要包括：隧道施工方案，施工區(qū)域內地質分析報告，施工影響范圍內結構物的設計圖紙和竣工資料，施工區(qū)域內的管線圖，施工區(qū)域內的交通情況等。（2）實地進行踏勘實地進行踏勘主要是進行施工影響范圍內結構物和管線的調查。調查管線的位置、種類、大??；結構物形狀以及其是否有裂縫等情況。調查的主要目的是便于觀測點的布置和施工對其影響的評價。第3節(jié)地鐵盾構隧道監(jiān)測方案設計2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系34方案設計的內容工程項目概況。主要介紹工程項目的基本情況和施工區(qū)域內的地質情況。監(jiān)測的目的和意義。詳細闡述監(jiān)測對安全施工、保障人民財產的重要性以及進行各項科學研究的重要意義。施工過程中對各種設施的影響評價。分析隧道項目施工對周邊結構物、管線的影響程度，分析盾構推進引起的地表位移特征，并估算地表沉降量，分析隧道本身的變形特征。監(jiān)測的具體內容。根據具體工程項目和地質的具體情況，確定監(jiān)測的具體項目內容，同時，可以包含對于一些具體施工工藝和參數的測定。第3節(jié)地鐵盾構隧道監(jiān)測方案設計2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系35監(jiān)測點的布置。根據收集的資料和踏勘的實際情況，具體確定監(jiān)測點的數量和位置，繪制監(jiān)測點位分布圖。監(jiān)測方法。針對每一項監(jiān)測內容，提出采用何種監(jiān)測方法以及如何實施監(jiān)測工作，使用何種監(jiān)測儀器，并詳細闡述使用方法的實施效果。監(jiān)測頻率和報警值的確定。根據規(guī)范，結合實際情況確定每一監(jiān)測項目的監(jiān)測頻率和報警值。監(jiān)測的組織結構和質量保證體系。為保障監(jiān)測工作的順利實施和監(jiān)測結果的準確性，要制訂科學的質量保證體系。第3節(jié)地鐵盾構隧道監(jiān)測方案設計2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系36§4監(jiān)測數據整理與分析

變形監(jiān)測與數據處理第十三章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系37監(jiān)測數據整理監(jiān)測數據整理的主要工作是對現場觀測所取得的資料加以整理、編制成圖表和說明，使它成為便于使用的成果。其具體內容如下：校核各項原始記錄，檢查各次變形觀測值的計算是否有誤；變形值計算；繪制各種變形過程線，建筑物變形分布圖。第4節(jié)監(jiān)測數據整理與分析2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系38監(jiān)測數據分析監(jiān)測數據分析是分析歸納地表、管線及周邊建筑物的變形過程、變形規(guī)律和變形幅度。分析變形的原因，變形值與引起變形因素之間的關系，并找出它們之間的函數關系，進而判斷地表、管線及周邊建筑物的情況是否正常。（1）成因分析（定性分析）。成因分析是對結構本身（內因）與作用在結構物上的荷載（外因）以及觀測本身，加以分析、考慮、確定變形值變化的原因和規(guī)律性。（2）統(tǒng)計分析。根據成因分析，對實測數據進行統(tǒng)計分析，從中尋找規(guī)律，并導出變形值與引起變形的有關因素之間的函數關系。（3）變形預報和安全判斷。在成因分析和統(tǒng)計分析的基礎上，可根據求得的變形值與引起變形因素之間的函數關系，預報未來變形值的范圍和判斷建筑物的安全程度。第4節(jié)監(jiān)測數據整理與分析2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系39§5工程實例變形監(jiān)測與數據處理第十三章地鐵盾構隧道施工監(jiān)測2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系40工程概況南京地鐵一號線盾構15標沿途穿越金川河、玄武湖隧道、龍蟠路隧道、廖家巷密集建筑群、南京古城墻等及眾多地面建筑和地下管線；該區(qū)間隧道上覆地層為沖積層、殘積層和風化巖層因此工程施工難度很大；為了保證盾構機推進時的安全，防止周圍已建構筑物的安全，必須對其進行監(jiān)測和分析。第5節(jié)工程實例2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系41現場監(jiān)測內容①地表沉降和地下管線安全觀測。②地面房屋沉降和傾斜觀測。③水位測試。④土體水平位移監(jiān)測。⑤隧道沉降、凈空水平收斂監(jiān)測。⑥玄武湖公路隧道相關監(jiān)測及其他盾構機掘進參數的采集。第5節(jié)工程實例2023/9/2中南大學測繪與國土信息工程系42測點布置地表沉降點在區(qū)間隧道兩端各50m范圍內及規(guī)劃玄武湖隧道、金川河地段沿隧道軸線按10m間距布設，其余地段按20m間距布設。地表橫向沉陷槽測點按50～80m間距布設一組。沿區(qū)間隧道施工影響范圍內的主要地下管道上方地表每隔30m