上海地铁某盾构区间监控量测方案.docx
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上海地铁某盾构区间监控量测方案
上海地铁杨浦线（M8线）黄兴绿地站～开鲁路站区间
盾构推进施工环境监测工程
监测方案
上海第一海洋地质调查大队
二零零二年十月
编写:
刘启文
审核:
张义彪
总工程师:
杨文达
总经理:
刘望军
编写单位:
第一海洋地质调查大队
目录
一、工程简介
二、盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计
三、监测施工的依据
四、监测内容
五、监测技术方案
六、监测人员安排
七、技术及质量保证措施
上海地铁杨浦线（M8线）黄兴绿地站～开鲁路站区间
盾构推进施工环境监测施工方案
前 言
科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。
历史上一些科学
术的重大突破都得益于试验测试技术。
因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。
测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可缺少的组成部分。
随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。
早期地下工程的建设完全倚赖于经验，19世纪才逐渐形成自己的理论，开始用于指导地下结构设计与施工。
于是在重大或长大隧道中，及时掌握现场的第一手资料，进行动态分析，就成为施工控制的重要项目之一。
因此施工量测项目显得更加突出和重要。
为了验证设计和计算是否合理，运营是否安全，各种工程试验与测试技术的研究和应用也越来越受到施工和科研工作者的重视。
地下工程的设计，必须将现场监控量测列入设计文件，并在施工中实施。
现场监控量测是判断围岩和隧道的稳定状态，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的重要手段。
掌握围岩和支护动态，按照动态管理量测断面的信息，正确而经济的施工；量测数据经分析处理与必要的计算和判断，预测和确定到最终稳定时间，指导施工工序和实施二次衬砌的时间；根据隧道开挖后围岩稳定性的信息，进行综合分析，检验和修正施工前的预设计；积累资料，已有工程的量测结果可应用到其他类似的工程中，作为其他工程设计和施工的参考依据。
盾构在推进过程中必然会造成地面沉陷、位移，同时隧道本身也会产生一定的偏移、偏转及俯仰现象，针对这种情况本监测工程设置了相应的监测手段，对在盾构推进过程中产生的各种变形进行实时监测。
一、工程简介
上海地铁杨浦线（M8线）是上海市重点工程。
黄兴绿地站～翔殷路站～嫩江路站～开鲁路站三个区间是杨浦线的一个子项，全长3.21km（含车站段），其中黄兴绿地站～翔殷路站长866m,翔殷路站～嫩江路站长893m,开鲁路站～嫩江路站长929m。
本工程首次采用两台双圆盾构进行施工，为国内首创，是整个杨浦线的控制性工程之一。
1#盾构从黄兴绿地站始发，途径国顺东路、营口路、安波路、至翔殷路站，再从翔殷路站经虬江桥、长海路、民星路至嫩江路站。
2#盾构从开鲁路站始发，途径国和路、市光路至嫩江路站。
（一）工程相关描述
1、工程规模描述：
隧道内尺寸Ф5700mm×W10300mm（内径×宽度）
隧道外尺寸Ф6300mm×W10900mm（内径×宽度）
管片厚度300mm
双圆中心间距4600mm
总长度2688m
区间长度黄兴绿地站～翔殷路站866m
翔殷路站～嫩江路站893m
开鲁路站～嫩江路站929m
2、轴线描述：
本工程最大坡度23‰，隧道顶部覆土深度为4.9～11.2m。
黄兴绿地站～翔殷路站
平曲线
竖曲线
长度（m）
半径（m）
长度（m）
坡度或半径（m）
4.5
+2‰
41.19
3000
129
+21‰
31.369
直线段
83
5000
70
缓和曲线
132.5
+4‰
140.251
左曲500
50
5000
70
缓和曲线
135
-6‰
116.18
直线段
80
5000
2.4
直线段
124
-22‰
436.80
直线段
72
3000
翔殷路站～嫩江路站
平曲线
竖曲线
长度（m）
半径（m）
长度（m）
坡度或半径（m）
424.325
直线段
20
缓和曲线
58.934
2000
1.500
+2‰
20
缓和曲线
63
3000
45.740
直线段
123.500
+23‰
20
缓和曲线
90
5000
119.403
2000
121.750
+5‰
20
缓和曲线
66.50
5000
76.539
直线段
157.5
-8.3‰
20
缓和曲线
58.5
5000
21.443
2000
143.75
-20‰
20
缓和曲线
54
3000
26.616
直线段
13.00
-2‰
开鲁路站～嫩江路站
平曲线
竖曲线
长度（m）
半径（m）
长度（m）
坡度或半径（m）
267.76
直线段
31.500
-2‰
20
缓和曲线
63
3000
103.695
2000
123.500
-23‰
20
缓和曲线
90
5000
25.595
直线段
130
-5‰
2.4
直线段
50.00
5000
100.083
直线段
137.500
+5‰
20
缓和曲线
75
5000
103.696
2000
159.500
+20‰
20
缓和曲线
66
3000
245.771
直线段
3.00
+2‰
（二）地质状况
隧道穿越地区属长江口三角洲入海口东南前缘的滨海平原地貌类型，属河道沉积区。
场地地形较平坦，地面标高在4.96～3.36m。
场地分布的地基土属上海地区吴凇江古河道区地层沉积组合，次河口相、滨海、海相沉积土层为主，主要地层有：
（见下页）
黄兴绿地站～翔殷路站
层号
土层名称
含水量
W（%）
天然重度γ
（KN/m3）
孔隙比
e
液限WL
（%）
塑限WP
（%）
塑性指数IP
液性指数IL
直剪固快峰值强度
标贯击数N（击）
压缩系数
压缩模量
静止侧压力系数K0（KN/m3）
内聚力
C（kPa）
内摩擦角
ɸ（º）
②1
褐黄色、粉质粘土
30.1
18.9
0.874
35.2
20.5
14.7
0.66
17.0
31
0.31
6.05
0.44
②3-1
灰色粘质粉土
32.2
18.5
0.930
29.6
7
5
0.21
9.19
0.38
②3-2
灰色砂质粘土
27.8
19.0
0.824
31.1
8
7.3
0.17
10.73
0.35
④
灰色淤泥质粘土
47.7
17.1
1.374
44.1
24.5
19.4
1.17
9.0
14
1.04
2.28
0.55
⑤1
灰色粘土
37.2
17.8
1.120
38.3
21.6
16.5
0.93
11.4
16
0.65
3.26
0.51
翔殷路站～嫩江路站
层号
土层名称
含水量
W（%）
天然重度γ
（KN/m3）
孔隙比
e
液限WL
（%）
塑限WP
（%）
塑性指数IP
液性指数IL
直剪固快峰值强度
标贯击数N（击）
压缩
系数
压缩
模量
静止侧压力系数K0（KN/m3）
内聚力
C（kPa）
内摩擦角
ɸ（º）
②1
褐黄色
粉质粘土
28.0
19.5
0.79
32.6
20.1
12.5
0.63
17.2
33
0.25
7.16
0.44
②3-1
灰色粘质粉土
31.7
18.6
0.919
29.2
8
5
0.23
8.34
0.38
②3-2
灰色砂质粘土
28.9
18.9
0.844
29.9
7
7.5
0.19
9.71
0.350
④
灰色淤泥质粘土
47.4
17.0
1.379
42.0
22.6
19.4
1.27
8.7
17
0.97
2.45
0.55
⑤1
灰色粘土
35.0
17.9
1.064
37.8
21.5
16.3
0.84
12.3
18
0.60
3.44
开鲁路站～嫩江路站
层号
土层名称
含水量
W（%）
天然重度γ
（KN/m3）
孔隙比
e
液限WL
（%）
塑限WP
（%）
塑性指数IP
液性指数IL
直剪固快峰值强度
标贯击数N（击）
压缩
系数
压缩
模量
静止侧压力系数K0（KN/m3）
内聚力
C（kPa）
内摩擦角
ɸ（º）
②1
褐黄色
粉质粘土
30.4
19.1
0.863
34.2
20.9
13.3
0.72
23.0
18
0.22
8.47
0.44
②3-1
灰色粘质粉土
30.7
19.3
0.834
30.4
7
8
0.19
9.65
0.38
②3-2
灰色砂质粘土
25.7
19.4
0.758
31.3
8
8.3
0.14
12.56
0.35
④
灰色淤泥质粘土
45.9
17.2
1.325
42.8
23.8
19.0
1.14
10.1
16
0.91
2.55
0.55
⑤1
灰色粘土
43.5
17.3
1.276
42.9
24.1
18.8
1.00
10.3
17
0.84
2.71
0.51
场地的地下潜水主要赋存于②3层砂质粉土层中，其补给来源主要为大气降水，潜水水位标高为3.70～3.20m，埋深0.5～0.8m。
潜水位随季节、气候等因素有所变化，年幅度在0.5～1.0m左右。
场地内的承压水层主要为⑦1层砂质粉土，承压水位埋深为5.90m。
（三）盾构推进沿线环境及地下管线分布状况
区间沿线的建筑物分布情况为：
从开鲁路站～市光路，在中原路东侧沿途有若干2层、6层民房，距隧道边线的距离约8m。
从市光路～国和路在中原路西侧有1幢2层民房，距隧道边线距离约7m。
在国和路～嫩江路在中原路西侧有8幢6层民房，距隧道边线的距离为3～4m。
在嫩江路～长海路之间的中原路西侧有6幢6层楼民房，距隧道边线的距离为9m左右，此外在该区段内还有3幢1层的民房和6幢2层的民房，距隧道边线的距离为3～5m。
从长海路向南受隧道施工影响的建筑物已经很少。
区间沿线管线分布情况为：
地铁隧道沿线经过的道路及路口下面分布着多种地下管线，其中中原路下面有电力，9孔电信电缆排管、300煤气、1800雨水、1500污水、36孔电信电缆、300上水、900上水。
市光路口有300煤气两根、450雨水、1000污水、12孔电信电缆、300上水等，国和路口从北向南依次有：
电力电缆、12孔电信电缆、500上水、1000雨水、500污水、300煤气两根等，在中原路嫩江路口，从北向南分布有：
300上水、12孔电话电缆、500上水、1200雨水、450污水、500煤气、电力等，在中原路翔殷路口有：
200上水、24孔电话、12孔电话、500上水、1000雨水、450污水、500煤气、电力等，在民星路口，从北向南有：
电力、电话、500上水、2460雨水、1200污水、电力等管线，在长海路口，从北向南依次有：
12孔电话、300上水、雨水、污水、电力、300上水、300煤气等管线。
在黄兴绿地～翔殷路区间，在营口路下从东至西依次排列的管线有：
300上水、300煤气、1000煤气、电力电缆排管、1000污水、1000雨水、1000上水、300上水、24孔电话电缆、2孔电话电缆。
本工程1#盾构从黄兴绿地站出洞日期为2003年1月1日，2#盾构从开鲁路站出洞日期为2003年3月1日，全线隧道贯通日期为2004年5月29日。
二、盾构推进对周边环境影响程度的分析和估算
盾构推进引起的地层移动因素有盾构直径、埋深土质、盾构施工情况等，影响地层移动的原因见下图，其中隧道线形、盾构形状、外径、埋深等设计条件和土的强度、变形特征、地下水位分布等地质条件是客观因素。
而盾构形式、辅助工法、衬砌壁后注浆、施工管理情况是主观因素。
地表沉降估算：
盾构施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。
即假定盾构施工引起的地表沉降是在不排水情况下发生的，所以沉降槽的体积应该等于地层损失的体积，此法假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地表沉降的横向分布似正太分布曲线。
地面沉降量
的横向分布估算公式为：
式中：
Smax－最大沉降量（m），即顶管中心处。
Vl－盾构隧道单位长度地层损失量（m3/m）。
S（x）－沉降量（m）。
i－沉降槽宽度系数（隧道中心线至沉降曲线反弯点的距离m）。
Z－地面至隧道中心深度。
φ－土的内摩擦角。
在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。
三、监测施工的依据
1、隧道设计平面图、推进区间管线图
2、《工程测量规范》（GB50026－93）
3、国家一、二等水准测量规范（12897－91）
4、精密工程测量规范（GB/T15314－94）
5、城市测量规范（CJJ8-85）
6、上海地铁施工有关技术要求
四、监测内容
根据工程所处地理环境及盾构施工特点与要求，结合我公司历年来隧道施工监测经验，经实地踏勘，本监测工程拟设以下监测内容：
1、道路与管线沉降监测
2、一般建（构）筑物沉降、裂缝监测
3、隧道轴线上方地表沉降监测
4、地层深层位移的量测
5、土体分层沉降测试
6、地面裂缝的观察
五、监测技术方案
（一）水准基准点与工作基点的布设与检验
1、水准基准点布设
以现有两车站地铁水准点为依据，考虑施工工期及隧道施工影响范围，本次监测基准点将沿隧道走向布设8组基准点，每组由3～4个基准点组成。
基准点布设与高程测量按照国标《工程测量规范》（GB50026－93）中的规定执行。
2、工作基准点布设与检验
工作基准点是直接用于对变形观测点进行观测的控制点，其埋设位置既要考虑到便于观测，又要考虑它的稳定性，因此，本工程工作基准点拟每150米设一个工作基准点，共设20个工作基准点。
为检测工作基准点稳定性，根据施工进度情况，拟每二周检测一次，检测时按国家二等水准规范观测的技术要求进行往返观测。
（二）沉降监测点的设置
1、道路与管线监测点的设置
在隧道推进区域上方，市政管道设点原则上尽量利用现有管道设备点（阀门与窖井），对重要管道在有条件允许下开挖布设直接监测点，测点布设数量根据实际情况而定。
对无法利用现有设备点的管道监测，则使用道钉在其旁边布设测点，以反映推进施工对其影响。
测点编号根据管线单位要求采编，如：
煤气用M，电力用D，上水用S，市话用T等。
在盾构推进期间，监测频率根据施工进度和管线变形速率的大小适当调整，一般2次/天。
2、普通建（构）筑物沉降监测点设置
为了及时反映隧道推进区上方建筑物变形情况，需在隧道轴线两侧20－25米范围内一般建筑物上设立沉降监测点，测点数量根据现场实际需要而定，估计需约设500个。
测点标志采用墙面标志，布设时，采用冲击钻钻成孔，然后用水泥将道钉封牢。
3、轴线地表监测点及断面监测点的设置
根据地铁控制点，先放样轴线。
本工程中，由于采用宽度为10.9米的双圆盾构进行推进，故先将整个盾构的推进轴线放于实地，再根据刀盘半径将每条隧道（推进后将形成两条隧道）的轴线放于实地。
在三条轴线上均布设沉降监测点。
正常区域6米（5环）布置1点，同时在轴线走向上每60米（50环）布置1条监测断面，在轴线左右两侧设点，断面测点间距为3m、4m、5m、5m。
整个工程总计需布设轴线地表监测点及断面监测点约2000个。
轴线点编号，直接以环号作为点号；断面点编号，根据断面点所处轴线的方向，以E（东）、W（西）表示。
以上各监测点均采用统一定制的铁制道钉布设，据历年来隧道推进环境监测的经验，完全能反映地表及管线的沉降情况，以保证推进施工周边环境的安全。
初推段（试验段）前50米为监测重点。
监测区纵向长50m，横向宽25m，测点布置见下图。
地表沉降点66个，沿隧道纵向设12排，主要监测隧道中心及盾构推进中心区域的地表变形情况。
其中5个监测面为重点监测对象，每一监测面横向上布置沉降点9个，主要测试盾构推进对周围环境的影响范围以及为绘制完整的沉降槽提供比较完整、合理的数据。
地面沉降测点布置示意图
4、地层深层土体位移的量测
见下图，测斜孔布置在2和3断面，两个断面布置及测量情况相同，布置在出洞口前方45m和75m处。
每个断面布置7个测斜孔，具体位置见下图。
测量时每1m取一个测点，x与y轴分别进行测量。
基本原则是测点和打孔最近处离开管片1m。
5、土体分层沉降测试
见下图，2与3断面布置情况相同，分层沉降孔与测斜孔位置重合，实际布设时可适当离开断面位置0.5m以内以避免干涉。
断面分别离开始发井45m、75m，在测斜管上安置分层沉降磁环。
深层测点布置断面位置示意图
测斜孔埋设及分层沉降点布设见下图所示：
测斜管及测点分布图（２，３断面）
6、地面裂缝的观测
在盾构推进前对推进区影响范围内的地面进行调查，发现有裂缝处及时用石膏粉作标记，并现场进行拍照。
在盾构推进后再进行对比量测。
（三）监测方法
1、常规地面监测：
以工作基准点为起始点，用精密几何水准测
量方法，按二等测量要求测定各测点的高程值，比较相邻周期高程值的差即为本次变化量，与初始高程值比较其差即为累计变化量，水准路线按闭合或附合形式进行，闭合差或附合差不大于0.5Nmm，其中N为测站数。
2、地层深层位移的量测：
测斜仪自下而上每1米量测位移，连续测量两次，确定初始值。
以后定期每1米量测，数据经专用软件处理，计算出与初始值比较自上而下每1米的水平位移量。
3、土体分层沉降测试：
用精密水准仪，按照二等水准测量要求，测定沉降孔孔口标高，用分层沉降仪测定沉降标到孔口位置高度，从而计算沉降标位置。
以后，通过测量沉降标到孔口位置高度变化，可测量出沉降标的垂直位移。
（四）监测仪器及设备
水准仪：
采用DSZ2水准仪，配FS1测微器，精度为0.5mm/Km，测微器最小值读数为0.1mm，估读到0.01mm。
测斜仪：
CX-03型测斜仪，精度为0.01mm.
分层沉降仪：
精度为1mm。
水准标尺：
2m铟钢标心尺
记录设备：
PC-E500电子手簿
（五）监测周期
（1）离洞口50米范围内，在盾构推进过程中，需加强监测，提高监测频度，及时提供监测数据，优化施工参数。
（2）每个点从盾构切口到达前30米开始监测，盾尾脱离该点后7天或沉降量小于±0.2mm/天，则停止监测。
（3）监测频度在正常情况下为每天1～2次，若有异常或突变则增加次数。
（4）测点停止监测后，每3个月复测一次。
（5）整个工程结束后进行全线复测。
（六）监测资料处理及资料提交
野外采集资料由SHARPPC-E500S型电子计算机采集、存储，通过通讯数据由微机经专用平差软件和报表处理软件处理，以报表形式提交有关各方，提交资料及报表内容为：
1、监测点平面布置图
2、隧道施工工况,及监测资料分析
3、沉降监测报表
4、监测技术报告（月报告与阶段小结报告）
六、监测人员安排：
项目负责：
1人
技术负责：
1人
施工负责：
1人
监测技工：
3人
七、技术及质量保证措施
1、严格按照各种测量规范及仪器操作规程进行野外数据采集
与室内资料处理,做到精心组织、精心施工。
2、加强监测全过程的质量检查监督，做到有人监测就有人检
查，提交监测资料须经过自检、互检、专检无误后提交给有关各方。
3、认真做好施工工况记录，结合施工及监测数据，及时总结
分析与预测环境变形趋势与安全性，积极配合信息化施工。
4、严格按照设计、房管部门及管线监护要求的报警值及时报
警，出现报警后进行跟踪监测，并及时把监测情况，采用速报形式提交给各施工。
5、为确保监测资料的连续性与完整性，保护好各测点及监
测设施。
6、监测施工区域处于闹市，来往车辆及行人较多，应避开高
峰施测。
7、树立安全施工、文明施工意识，穿着、佩带醒目标志以消
除安全隐患，加强安全教育，为重点工程树立良好的文明窗口。
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