地铁隧道盾构法施工全程监测探讨

一、 隧道监测的目的与意义

1、根据盾构法隧道施工中对周围环境的监测，及时将监测数据分析、整理并绘制成相关的图表，并结合盾构机掘进参数综合分析，从而对盾构推力、土仓压力、注浆压力、和注浆配比等参数进行调控。

2、根据盾构穿越特殊地段的实际情况合理安排监测任务，建立监测数据信息交流沟通的动态信息传递网络，以便于施工技术人员及时了解施工状况和相应区域的地面构筑物变形情况，做出相关技术要求的指令并传递给盾构推进工作面，使推进工作面及时相应调整，最后通过监测确定效果，经过多次反复的循环、验证、完善，以确保地面和周边建筑物沉降情况始终处于受控状态。

二、隧道施工地面沉降原因分析

在软土层中因地层土体损失及土体的扰动，必然引起地表变形。表现为：盾构机掘进时的正前方和顶部会产生微量隆起，盾尾脱离后，地表开始下沉，且形成一定宽度的沉降槽地带。下沉的速率随时间而递减。最大下沉量及速率与盾构经过的土质、施工情况和地表荷载的不同有较大的差异。

1、盾构掘削面前的地层变形

因盾构推力过大和出土率小而引起的挤压隆起和前移，因盾构推力过小和出土率大而引起的塌陷。

2、盾构通过时的地层变形

因盾体直径小于刀盘直径，造成刀盘超挖，盾构通过时引起的沉陷。 3、盾尾脱出后的地层变形

因盾尾空隙不能及时填充注浆而引起的沉陷；因过大的注浆量和注浆压力而引起的隆起。此外，有时因盾尾漏水或隧道衬砌缝漏水引起地下水降低而发生大范围下沉。

三、实例分析 1、工程概况

【黄村站～车陂南站盾构区间】属广州轨道交通四号线，地处广州市中心区东部，线路出黄村站（奥林匹克站）后，紧接着下穿广园快速路及广深铁路，随后转向西下穿大观路、东环高速高架桥桩基及广州化工城、东圃工业园等大量既有或在建民用建筑基础，下穿车陂涌后进入中山大道，基本沿中山大道南侧行进，接近车陂路口时接入车陂站；出车陂站后，转向南下穿大量2～5层B类民用建筑，后走行于车陂路下方，与先期实施的四号线车陂南站北端盾构吊出井相接。盾构施工场地位于黄村站，工程施工交通条件便利。吊出井位于车陂南站。

试验段隧洞上部地层主要分布有<3-1>、<3-2>、<4-1>、<5-1>、<5-2>、<6>、<7>号地层，并以粉细砂层<3-1>、中粗砂层<3-2>、粉质粘土层<4-1>、残积层<5-1>地层为主。隧道从<3-1>、<3-2>砂层中穿过，为中～强透水层，在掘进过程中易发生流砂现象，地层沉降控制要求较高增加了工程的施工难度。

2、典型断面地表横向沉降

由1断面各时间沉降槽曲线可知，沉降槽宽度约为20m，最大沉降量约为10mm左右，发生在右线中轴线处。此处的掘进参数为，顶部土压0.5bar，中间土压1.0bar，推顶力为14000KN，掘进速度15 mm/min，出渣量65m3/环，注浆压力0. 9bar，注浆量4.5m3/环，最大沉降量为10mm，说明参数基本设置较好。

5断面左线各时间沉降槽曲线

上两图为盾构机通过5号监测断面右线和左线的沉降曲线，由图可知，两沉降槽相互影响很小，左右两沉降曲线均为较对称的Peck曲线形式，其中右线的沉降槽宽度为30m，左线沉降槽宽度为25m，右线沉降量约为8.5mm，左线沉降量约为6.5mm，此处左线沉降量已小于右线沉降量。最大沉降量均发生在隧道中线处。

3、监测面纵向沉降曲线 右线纵向沉降槽曲线

上述为盾构隧道引起地表纵向沉降曲线，由纵向沉降曲线分析，其具有典型的时效性，在盾构机达到时，地表先表现为微微隆起，之后再发展为逐渐沉降，其过程大概可以分为以下几个阶段：

1）盾构到达前，离切口20m～l0m左右有少量沉降，沉降量不超过1mm，10m之后有1～2mm的沉降，这一阶段总的沉降量是很小的，约占最大沉降量的10%；

2）盾构到达时，盾构到达时，沉降继续增加。大约有3mm的沉降，占总沉降量的25%，此时，如果前仓土压力控制不好，这个阶段将引起较大的地表沉降，从数据来看，这个阶段沉降为2～5mm，为最大沉降值的10%～20%；

3）盾构通过时的地表沉降，此时盾构机距离观测断面为-10～Om，是由于盾构与土层之间的摩擦剪切力，以及盾构\"抬头\"和\"叩头\"引起的，这个阶段的沉降较小，为2～4mm，为最大沉降值的10%～20%。

4、掌子面的沉降控制

掌子面沉降主要是由于推进过程中影响范围内的土体颗粒流失，造成地表出现沉降， 其控制的方法主要是对土仓的渣土改良、土仓压力以及推力等的控制。

5、盾体通过时沉降控制

由于盾体通过时，围岩体和盾构机盾体形成一定的空隙，在土仓保压的情况下，不一定能填充满渣土，特别是盾构机上部可能会存在间隙，围岩体在受扰动后，盾构机通过时会造成一定的沉降，同时還会造成注浆的浆液回流至土仓和刀盘，甚至固死刀盘。

6、盾尾脱出时沉降控制

管片和围岩体存在一定的间隙，管片和围岩体的间隙为14cm，因此在管片脱出盾尾时注浆如果不饱满就会存在一定的空隙，使围岩体有部分应利释放，导致围岩体变形或是坍塌造成沉降。

7、成果

通过试验段监测数据的整理与分析为双线顺利通过广深铁提供了有效的施工参数，双线通过广深铁最大沉降量为3mm。

本项目在上述工作基础之上，综合上述工作研究成果，将施工信息监控、信息数据分析反馈系统及微扰动施工技术有机的结合起来，形成了一整套地铁近距离下穿重要构筑物的微扰动信息化施工关键技术，研究开发了盾构隧道微扰动信息化施工平台，实现了智能化、信息化管理。

参考文献

[1]潘国荣，王穗辉，陈传林等.盾构姿态自动测量系统的开发与应用[J].同济大学学报：自然科学版，2010，38（3）：459-463.

[2]汪玉勤.长区间盾构施工地铁隧道的测量控制方法[J].铁道勘察，2007（2）：1-3，7.