地鐵盾構(gòu)法施工監(jiān)測工程方案總體緒論

地鐵盾構(gòu)法施工監(jiān)測工程方案總體緒論盾構(gòu)施工技術(shù)介紹盾構(gòu)施工技術(shù)簡介盾構(gòu)法(ShieldTunnellingMethod)是指利用盾構(gòu)機(jī)在軟質(zhì)地基或破碎巖層中進(jìn)行隧道開挖、襯砌等作業(yè)的施工方法。盾構(gòu)機(jī)是一種帶有護(hù)罩的專用設(shè)備，利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點(diǎn)向前推進(jìn)，用刀盤切割土體，同時(shí)排土和拼裝后面的預(yù)制混凝土襯砌塊。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的出碴方式有機(jī)械式和水力式，以水力式居多。水力盾構(gòu)在工作面處有一個(gè)注滿膨潤土液的密封室。澎潤土液既用于平衡土壓力和地下水壓力，又用作輸送排出土體的介質(zhì)。盾構(gòu)施工的主要原理是在盡可能不擾動(dòng)圍巖的前提下完成施工，從而最大限度的減少對地面建筑物及地基內(nèi)埋設(shè)物的影響。盾構(gòu)法適合在軟土地基段施工，具有自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，易于管理，施工速度快，洞體質(zhì)量穩(wěn)定，不受氣候影響，對周圍建筑物和交通影響小等特點(diǎn)。由于這些特點(diǎn)，盾構(gòu)法施工是在鬧市區(qū)和水底的軟弱地層中修建地下工程較好的施工方法之一。修建地鐵等城市地下工程，有明(蓋)挖法、暗挖法、盾構(gòu)法等，各種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，而盾構(gòu)法其優(yōu)勢成為城市地鐵隧道采用較多的施工方法[1]。目前，世界上在建的地鐵區(qū)間一般都采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工。盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展盾構(gòu)施工法于19世紀(jì)初期發(fā)明，首先用于開挖英國倫敦泰晤士河水底隧道。1887年，英國人格雷特海德（Greathead）在南倫敦鐵路隧道工程中使用盾構(gòu)和氣壓施工法進(jìn)行施工，奠定了現(xiàn)代盾構(gòu)施工法的基礎(chǔ)。1931年，前蘇聯(lián)用英制盾構(gòu)建造了莫斯科地鐵隧道，這是盾構(gòu)法首次應(yīng)用于地鐵施工中[2]。20世紀(jì)80年代以后，通過對盾構(gòu)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)（如盾構(gòu)機(jī)的有效密封，確保開挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及沉降在規(guī)定范圍之內(nèi)，刀具的使用壽命以及在密封條件下刀具的更換），和在惡劣地質(zhì)條件下施工技術(shù)等方面的探索和研究，盾構(gòu)技術(shù)獲得了巨大進(jìn)步，成績顯著?，F(xiàn)在，盾構(gòu)施工趨于長距離化、大直徑化和小直徑化，也越來越趨向于自動(dòng)化。盾構(gòu)設(shè)備中出現(xiàn)了管片吊裝、拼裝自動(dòng)化裝置，盾構(gòu)的掘進(jìn)方向、姿態(tài)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，盾構(gòu)施工信息化管理系統(tǒng)以及盾構(gòu)施工故障自動(dòng)診斷系統(tǒng)。盾構(gòu)技術(shù)在我國的使用現(xiàn)狀1956年，我國在阜新海州露天礦中采用了φ2.66m的盾構(gòu)，在沙土層里成功地開鑿了一條疏水巷道，這是我國第一條采用盾構(gòu)施工的隧道。1963年，上海市打浦路過江隧道采用上海隧道工程研究院設(shè)計(jì)的我國第一臺(tái)（φ10.22m）大型網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)施工，輔以氣壓穩(wěn)定開挖面，在黃浦江底順利掘進(jìn)隧道，掘進(jìn)總長1322m，取得了成功。同時(shí)，這也是我國在交通建設(shè)首次采用盾構(gòu)施工技術(shù)[3]。20世紀(jì)90年代以來，我國各地紛紛立項(xiàng)開建地鐵。2001年起廣州地鐵二號(hào)線、南京地鐵二號(hào)線、深圳地鐵一號(hào)線、沈陽地鐵一號(hào)線先后從德國和日本引進(jìn)14臺(tái)φ6.14～6.34的土壓平衡盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)，掘進(jìn)地鐵隧道50km。如今，深圳、上海、廣州、南京、天津等地地鐵的建設(shè)，以及部分高速鐵路隧道（如廣深港高速鐵路隧道等），都已經(jīng)或者即將采用更大直徑的盾構(gòu)/TBM施工。盾構(gòu)工法施工隧道已經(jīng)成為我國城市地鐵隧道和部分鐵路隧道的主要施工方法[4]。盾構(gòu)法施工監(jiān)測簡述盾構(gòu)施工中變形監(jiān)測的目的由于地鐵隧道工程位于地層包圍之中，周圍地層的水文、工程地質(zhì)情況復(fù)雜多變，土層力學(xué)性質(zhì)又各不相同，施工中可能遇到很多預(yù)想不到的問題，帶來安全隱患。而采用盾構(gòu)法施工時(shí)，隧道襯砌管片和周邊土體之間的間隙，也容易造成泥水流失，從而引起地面沉降及周圍建筑物、管線明顯位移。另外，由于盾構(gòu)掘進(jìn)的速度受盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)、出土速度的限制，若進(jìn)出土速度不協(xié)調(diào)，極易出現(xiàn)正面土體失穩(wěn)和地表沉降等不良現(xiàn)象。針對這些實(shí)際情況，現(xiàn)代盾構(gòu)工程普遍采用信息化設(shè)計(jì)、施工和管理，以便于隨時(shí)掌握施工進(jìn)展情況，針對出現(xiàn)的問題采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。施工中進(jìn)行監(jiān)控測量，是信息化施工管理的一個(gè)積極有效的手段[5]。信息化施工通過現(xiàn)場監(jiān)控測量可以達(dá)到以下目的：檢驗(yàn)工程勘察資料的可靠性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)參數(shù)；通過監(jiān)控測量，將監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)測值相比較，判斷前一步施工工藝和參數(shù)是否符合預(yù)期要求，了解所采用的施工方法和施工手段的科學(xué)性和合理性；各種觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，為合理確定盾構(gòu)施工參數(shù)提供依據(jù)，調(diào)整下一步施工方法，保證施工安全；根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，判斷工程的安全性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的先兆，以便提前采取必要的工程措施，避免發(fā)生工程事故和環(huán)境事故，保證工程順利進(jìn)行；分析地質(zhì)情況制定監(jiān)測計(jì)劃施分析地質(zhì)情況制定監(jiān)測計(jì)劃施工量測數(shù)據(jù)處理分析施工狀態(tài)評(píng)估穩(wěn)定性判別結(jié)構(gòu)施工是否完成結(jié)束修改支護(hù)參數(shù)否否是是圖1-1圖1-1信息化施工中開展變形監(jiān)測的作用盾構(gòu)施工過程中導(dǎo)致變形的因素主要包括以下幾點(diǎn)：(1)開挖面周圍的土體擾動(dòng)；(2)盾尾后壓漿不及時(shí)、不充分；(3)盾構(gòu)在曲線推進(jìn)或糾偏推進(jìn)中造成超挖；(4)盾殼對周圍土體的摩擦和剪切造成隧道周圍土層的擾動(dòng)；(5)盾構(gòu)擠壓推進(jìn)對土體的擾動(dòng)。針對盾構(gòu)施工的這些變形特點(diǎn)，施工中一般進(jìn)行如下項(xiàng)目的監(jiān)測：地表沉降觀測，地面建筑