盾构段监控量测方案.docx
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盾构段监控量测方案
1.编制目的
盾构隧道下穿段地面建筑物密集，地下管线纵横交错，受盾构施工影响。
建立完善、严格的监测体系、合理科学的监测方法。
掌握盾构隧道施工动态，利用监测结果为设计方案优化和施工参数调整提供参考依据；监测数据经分段处理与必要的计算判断后进行预测和反馈，以便为工程和环境安全提供可靠的信息，特编制此方案。
2.编制依据
⑴《关于广深港客运专线深圳福田站及相关工程初步设计的批复》（铁鉴函〔2008〕832号）
⑵《建筑地基基础设计》（GB50007-2002）
⑶《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
⑷《建筑桩基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）
⑸《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）
⑹《铁路隧道监控测量技术规程》（TB10121-2008／J721-2007）
⑺《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）
⑻《建筑变形测量规程》（JGJ8-2007）
⑼《精密工程测量规范》（GB／T15314-94）
⑽《国家一、二等水准测量规范》（GB／T12897-2006）
⑾《孔隙水压力测试规程》（CFCS5593）
⑿《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）
⒀《城市测量规范》（CJJ8-1999）
3.工程概况
3.1地理位置
益田路隧道位于新深圳站和福田站之间，地理位置位于深圳市宝安区龙华街道梅林检查站至深圳市市民中心一带。
盾构隧道下穿段地面建筑物密集，可能受盾构隧道施工影响的邻近建筑物较多。
3.2工程范围
隧道起点里程益田路隧道起点里程DK104+730，终点里程DK110+966，全长6236m。
盾构法隧道分两段：
盾构施工第一段长度为1476.3m（DK107+915~DK109+391.3），盾构施工第二段长度为1134m（DK109+832~DK110+966）。
3.3设计参数
益田路盾构隧道两个区间段线路设计最小平曲线半径是2000m，曲线段长1930.2m，最小竖曲线半径为15000m，最大坡度25‰，隧道埋深30~60m。
隧道衬砌采用通用楔型环C50钢筋混凝土管片，管片外径12800mm，内径11700mm，宽度2000mm。
3.4建（构）筑物调查情况
盾构段地表建（构）筑物的调查情况详见下表3.1益田路隧道盾构段地表沉降监测横断面里程表。
表3.1益田路隧道盾构段地表沉降监测横断面里程表
序号
横断面里程
序号
横断面里程
序号
横断面里程
1
DK107+950
19
DK108+900
37
DK109+875
2
DK108+000
20
DK108+950
38
DK110+175
3
DK108+050
21
DK109+000
39
DK110+225
4
DK108+100
22
DK109+050
40
DK110+275
5
DK108+150
23
DK109+100
41
DK110+325
6
DK108+200
24
DK109+155
42
DK110+375
7
DK108+240
25
DK109+246
43
DK110+425
8
DK108+300
26
DK109+320
44
DK110+475
9
DK108+350
27
DK109+370
45
DK110+525
10
DK108+420
28
DK109+425
46
DK110+575
11
DK108+450
29
DK109+475
47
DK110+625
12
DK108+486
30
DK109+525
48
DK110+675
13
DK108+550
31
DK109+575
49
DK110+725
14
DK108+630
32
DK109+625
50
DK110+775
15
DK108+700
33
DK109+675
51
DK110+825
16
DK108+755
34
DK109+725
52
DK110+875
17
DK108+790
35
DK109+775
53
DK110+925
18
DK108+850
36
DK109+825
4.地表沉降变形机理
4.1沉降机理分析
泥水加压盾构平衡法所引起的地表变形特征表现在：
盾构掘进机的前方和顶部会产生微量的隆起，盾尾脱离以后，地表开始下沉，并形成一定的宽度和沉降槽地带，下沉的速率随时间而逐渐衰减，且与盾构经过的土质、施工工况和地表荷载、泥浆压力、掘进速度等有着密切的关系，并表现出相当大的差异。
4.2地表沉降变形的演变分析
泥水加压式盾构在推进过程中所引起的地表沉降，根据实测资料，按地表沉降变形曲线的形态，大致分为4个阶段：
4.2.1前期沉降阶段
盾构向前推进时，当盾构开挖面尚未到达测点以前的沉降或隆起；它主要是因为泥水压力的波动而引起。
当开挖面泥水舱的泥水压力偏低时，造成盾构开挖面应力释放，从而引起地表沉降，当开挖面泥水舱内泥水压力偏高时，使开挖面土体受挤压，从而引起地表隆起。
4.2.2通过期间沉降阶段
盾构继续向前推进，当盾构切口达到测点起至盾尾离开测点期间发生的地表沉降或隆起，主要原因是进排浆流量不平衡造成。
4.2.3盾尾间隙沉降阶段
盾构继续推进，盾尾通过测点后产生的地表沉降。
由于盾构体的外径大于管片的外径，盾尾通过测量点后，在地层中遗留下来的建筑空隙就需及时壁后注浆充填，以控制地表变形。
但是往往因盾尾壁后注浆没有能够及时充填建筑空隙，或是注浆量、注浆压力、注浆部位、浆液配比和材料方面不适当，使建筑空隙中的浆液不能及时形成环箍，盾尾脱出后，无支撑能力的软土在不能自立的情况下就很快自行充填入建筑空隙，造成土层应力释放。
除此以外，盾构在平面或高程纠偏过程中所引起的单侧土体附加压力在盾尾脱出后亦发生应力释放，于是又增加了盾尾部分的建筑空隙。
这些情况终将最后反应到地表变形上来。
4.2.4后期沉降阶段
盾尾脱出一周后的地表沉降。
这部分沉降主要是有土层的固结沉降和地基土的徐变引起。
5．工程施工特点
益田路隧道盾构段施工监测总体情况见表5.1益田路隧道盾构段监控量测表。
表5.1益田路隧道盾构段监控量测表
项目
单位
数量
备注
益田路隧道盾构段施工监测
地表沉降监测点
个
907
包含53个监测横断面，每个断面13个测点
建筑物变形监测点
个
362
土体分层沉降监测点
孔
51
土体水平位移监测点
孔
51
地下水位观测孔监测点
孔
11
地下管线位移监测点
个
1381
实际监测过中可适当调整
盾构隧道结构变形监测断面
个
62
纵向每50m一个断面
6.监测的目的及方法
监控量测目的：
根据盾构施工动态，利用监测结果为设计方案优化和施工参数调整提供参考依据；监测数据经分段处理与必要的设计判断后进行预测和反馈，以便为工程和环境安全提供可靠的信息。
6.1地表沉降监测
监测方法：
主要监测盾构掘进过程中引起的地表变形情况，监测方法是在地表埋设测点，在隧道沿线，地表影响范围外布设监测基准点，基准点按照国家二等水准观测的技术要求实施，用精密水准仪进行地面沉降的量测。
根据监测结果进行分析，判断盾构掘进对地表沉降的影响。
6.2监测控制网的施测精度
监测基准点按国家二等水准的技术要求进行测量：
基辅分划差M≦±0.5mm；每站高程中误差M站≤±1.0mm。
往返较差成环线闭合差M≤±8
L（mm）或0.8
n（mm）。
每次沉降观测时，对工作基点进行检核，基准网定期检测：
每隔三个月检测一次。
6.3监测的主要内容和测点布设
6.3.1地表变形监测
地表变形监测点布置在地面上，监测断面垂直于线路方向，在隧道中线的两侧30m范围内布置测点，每个监测断面布设13个测点，按照设计要求在隧道的上方沿隧道方向每间隔50m布一个断面，在隧道中线方向上每10m布置一个纵向地表监测点，为了保证盾构施工时地面安全，加强地面沉降点监测。
如图6.1隧道横向地表变形监测点布置示意图
图6.1隧道横向地表变形监测点布置示意图
6.3.2洞外观察
洞外观察的内容主要包括，地表开裂、地表隆沉、建（构）筑物开裂、倾斜、隆沉等状况的观察和记录，根据周边环境状况确定观测频率，且每天不少于1次。
6.3.3周边建（构）筑物监测
周边建（构）筑物监测包括沉降监测、倾斜监测和位移监测。
采用电子水准仪或全站仪及测缝计进行量测。
建（构）筑物监测点布置在其结构外墙四角和受力结构柱处，对于低于5层（含5层）的邻近建筑物，可只在底层布置测点，对于高于5层的建筑物，在建筑物的底部、中部及上部四角埋设位移测点；建筑物边长超过50m时，在边长中部约按10m布置1个测点。
倾斜监测仅对8层以上高层建筑物进行监测。
根据“益田路隧道邻近建筑物基础情况及保护方案表”中所列邻近建筑物必须按设计要求布设监测点，对距离隧道中线30m以内的建筑物应布置测点纳入监测范围。
6.3.4深层土体位移监测
为了监测分析盾构隧道施工过程中引起的土体变形及其规律，分析隧道掘进时引起土体变形的大小、范围及对周边环境的影响，提前预测周边敏感建筑物的变形。
根据隧道与建筑物的相对位置关系，采用断面形式布置测斜管，每个断面布设1~4个检测孔，位于隧道一侧的检测孔深度与隧道结构底部同深，隧道中线处监测孔高于隧道外轮廓不小于1m。
监测孔内竖向每隔1m测量一次深层土体位移。
见图6.2深层土体变形位移监测布置剖面图
图6.2深层土体变形位移监测布置剖面图
采用电子水准仪按照二等水准测量要求，测定孔口标高，通过侧斜仪观测各层深度处水平位移。
埋设沉降标志，通过分层沉降仪测定孔内沉降标志的沉降。
6.3.5地下水位监测
地下水位实行全程监控，但间距可适当增大。
地下水位监测孔位于隧道结构外侧不小于3m，孔底位于隧道结构底3m。
钻孔内设置水位管利用水位计对地下水位进行量测的方法测试。
由于水位监测孔不封闭，本工程采用的泥水盾构产生的泥水压力可能会击穿土体，引起地面喷发，因此水位监测孔尽量布置在建筑物边且离开隧道尽可能远们设计图中所标示的水位孔位置在实际监测中可按照上述原则予以调整，保证监测过程中的安全性。
6.3.6地下管线位移监测
地下管线位移监测包括水平位移和垂直位移监测。
在隧道施工前应对隧道穿越地区进行详细的地下管线调查，并对重要的地下管线进行监测。
根据现有资料标出了隧道周边的地下管线分布及测点布设情况，原则上按照地表沉降的监测范围对隧道中线两侧各30m范围内的既有管线进行监测，尤其将上水管、煤气管等有压管道作为重点监测管线，一般在管线接头部位应布设测点，其余段按管线长度方向每隔10m布设一个监测点。
采用电子水准仪或全站仪监测。
根据具体的管材、接头方式及其内部压力等具体情况和相关规范要求，地下管线监测采用直接法和间接法相结合的方式进行。
原则上地下管线的变形测量应直接在管线上设置观测点进行监测，当无法直接进行观测时应去除其覆盖土体进行观测或监测管线周围土体变形。
当采用间接法监测管线周围土体变形来反应管线变形时，监测点应埋入土中距管线距离不大于0.5m处且应与管线底同深。
7.施工监测资源配置
7.1监控测量仪器
益田路隧道盾构段施工监测投入的测量仪器见表7.1监控测量仪器配置表。
7.1监控测量仪器配置表
序号
仪器设备名称
规格型号
单位
数量
精度
备注
1
徕卡全站仪
TCR1201+400
台
1
±1″,±（1mm+1.5ppm·D）
2
徕卡精密水准仪
DNA03
台
1
±0.3mm/km
3
铟钢尺
2m
个
2
±0.02mm+L·2·10-5
监控量测的仪器设备经过计量检定单位检定合格，并在有效期内。
仪器设备验收、维护保养和检修均按规定程序进行。
7.2监控量测人员组织
工区成立施工监测小组，由工区总工王红路担任组长，测量班班长陈征担任副组长，李涛、张立凯、刘鹏举、罗林文、杨雷、李四邦、薛源等参加（见图7.1六工区施工监测小组组织机构）。
负责按设计做好施工监测元器件埋设，施工监测的数据采集、整理和分析，及时提供监测日报、周报、月报等有关监测资料。
图7.1六工区施工监测小组组织机构
8.施工监测控制精度和监测频率
8.1施工监测控制精度
施工监测控制精度采用二等水准高程测量的方法由精密水准网向各监测点引测高程，测得各监测点上高程变化值。
要求精度：
基铺读数差△h≤±0.5mm，转站高差中误差M站≤±1.0mm，相邻基准点测量闭和差△h≤±1.0mm或0.6
n。
8.2监测频率
监测频率控制如下：
①盾构到达监测断面（点）前50米：
埋设好测点，读好初始读数；
②盾构到达监测断面（点）前50米到前30米：
1次/天；
③盾构到达监测断面（点）前30米到前1倍盾构直径：
2次/天；
④盾构到达监测断面（点）前1倍盾构直径到盾尾通过后3天：
3次/天；
⑤盾尾通过监测断面（点）后3天到盾尾离监测断面（点）30米内：
2次/天；
⑥盾尾通过监测断面（点）后30米到50米：
1次/天；
⑦盾尾离监测断面（点）50米后：
1-2次/周；
⑧盾尾通过监测断面（点）30天后：
1次/月（长期监测）。
8.3控制标准
8.3.1建筑物变形控制标准
建筑物裂缝宽度控制标准为1.5mm，且每两次监测期间裂缝发展不超过0.1mm,建筑物最大沉降累计值按20mm进行控制。
砌体承重结构房屋基础局部倾斜不得大于0.002；混凝土框架结构相邻柱基的沉降差不得大于0.002倍的柱间距；Hg≤24m的高层整体倾斜不得大于0.004；24m＜Hg≤60m的高层整体倾斜不得大于0.003；Hg＞60m的高层整体倾斜不得大于0.0025。
（Hg为自室外地面起算的建筑物高度）
当隧道施工对周边建筑物的影响不到以上标准的50%时，隧道正常施工；
当隧道施工对周边建筑物的影响大于以上标准的50%时，加密监测频率，及时跟踪注浆；
当隧道施工对周边建筑物的影响大于以上标准的75%时，应在现设计基础上再及时增加保护措施；
当隧道施工对周边建筑物的影响达到以上标准时，启动紧急预案，必要时疏散民众。
8.3.2地表变形控制标准
地表变形应按照如下标准进行控制：
当地表隆起值≤10mm，沉降值≤30mm时，隧道正常施工；
当地表隆起值为10～15mm.，沉降值为30～40mm时，加密监测频率，密切注意施工过程；当地表隆起值≥15mm，沉降值≥40mm时，隧道施工暂缓，进行施工检查，启动紧急预案。
8.3.3深层土体变形控制标准
深层土体变形监测作为一种辅助手段，可根据深层土体变形值推测邻近建筑物桩基变形，以10mm作为控制标准。
当变形量测值超过控制标准时，应对周边监测项目进行加密观测，及时跟踪注浆，如果量测值持续增大应结合建筑物监测进行分析，隧道施工暂缓，进行施工检查，待变形稳定后正常掘进。
8.3.4地下水位、管线位移控制标准
地下水位按初始稳定水位累计升降1m，变化速率0.5m/d作为控制标准；
按《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）规定的管线位移控制标准如下：
刚性管道（压力）累计值为10～30mm，变化速率为1～3mm/d；刚性管道（非压力），累计值为10～40mm，变化速率为3～5mm/d；柔性管线累计值为10～40mm，变化速率为3～5mm/d。
地下管线种类繁多，结构形式、接头形式多样，不同的管线抗变形能力有较大差别，控制标准也有一定差别，在准确调查管线情况后对管线的沉降曲线允许最小曲率半径确定最大变形值，才能合理确定地下管线的变形控制标准。
在监测过程中出现管线变形较大，超过变形控制标准后，应加密监测频率，调整施工方法，加强盾构同步注浆，并可在必要时对管线进行跟踪注浆加固或开挖暴露后进行悬吊，对于煤气管、上水管在特殊情况下应采取暂时关闭，待加固完成变形稳定后恢复。
9.隧道结构变形监测
9.1隧道结构变形监测内容
隧道结构变形监测内容包括砌结构拱顶沉降、水平收敛、拱底隆起、椭圆度等定期进行监测。
各监测项目应集中于同一横断面，监测横断面纵向间距50m，建议采用激光断面仪进行结构变形监测，精度应不低于1mm。
9.2变形控制标准
隧道结构变形控制标准：
拱顶沉降：
±10mm；水平收敛：
±15mm；拱底隆起：
±15mm；盾构环直径椭圆度≤3‰。
初始观测值应在隧道壁后注浆凝固后12h内量测。
9.3隧道结构变形监测频率
隧道结构变形监测频率距开挖面≤20m：
1次/天；距开挖面20～50m：
1～2次/周；距开挖面＞50m：
1次/月，监测应持续直至结构变形稳定。
9.4隧道结构变形控制方法
成型管片的纵向垂直位移监测；采用水准测量的方法测量遂道底正下方固定位置的高程变化量。
监测精度与地表监测相同。
圆度变形监测与水平偏移监测采用4M（5M）长铝合金直尺法测量。
水平横置直尺，用全站仪测定铝合金直尺中心坐标，比对与设计中心坐标的变化量测定水平偏移值，并推算下半环隧道圆度的变化值，采用收敛仪测定环片脱出盾尾后的
净空收敛变化值。
（图9.1隧道结构变形监测示意图）
图9.1隧道结构变形监测示意图
管片安装后,由于受到管片外侧的水土等压力而发生变形,其中最大跨度的变形最大。
因此把收敛点布置在管环的最大跨度附近。
周边收敛点以10m为一断面布置。
采用穿孔钢卷尺式收敛计进行监测,监测频率同地面沉降监测。
每次监测后，通过测量出来的监测点间距的大小计算监测点收敛值。
然后绘出测点的累计收敛――时间图和每次收敛――时间图。
10.监测数据的整理和分析
10.1监测数据整理
监测成果报告分日报和最终结果报告。
监测成果报告中应包含技术说明、监测时间、使用仪器、依据规范、监测方案及所达到精度，列出监测值、累计值、变形速率、变形差值、变形曲线，并根据规范及监测情况提出结论性意见。
监测成果报告必须能以直观的形式（如表格、图形等）表达出获取的与施工过程有关的监测信息（如被测指标的当前值与变化速率等），监测结果一目了然，可读性强。
10.2最终报告内容
每周一提交一次监测周报。
汇总各测点一周的变化情况，累计沉降值及变化时变曲线图及前方待监测点的初始值。
监测周报、月报的内容包括：
①工程概况
②监测项目和测点布置
③施工进度
④监测值的时程变化曲线
⑤监测结果分析和预报
⑥指出达到或超过警戒值的测点位置，初步分析其原因，提出处理建议意见
⑦提供以下图表：
a各项监测成果表；b典型测点的变化值——时间曲线图；c沉降断面图；d监测测点布置图；e结合工程实际情况提供其它分析图表（如沉降值曲线图、测点的变化值随施工进展（或受力变化）变化曲线等。
报告提交后，以部位（施工单位）为单位，按监测时间顺序或监测部位，将监测原始资料、周报、月报、最终成果报告分电子文件和书面文件存档。
电子文件部分，信息管理系统中数据库部分要转换成常见数据库格式，仪器采集部分按最原始的格式保存。
书面文件，原始资料与报告分别归存。
工区施工监测的组织机构及流程见图10.1施工监测组织与流程图。
图10.1施工监测组织与流程图
原始数据经过审核，消除错误和取舍之后，可供计算分析。
根据计算结果，绘出各监测项目监测值与盾构掘进的关系曲线。
列出的图表力求格式统一，以便装订成册。
监测资料经整理校核后，列出阶段或最终成果表，并绘制有关过程线和关系曲线，在此基础上，对各监测资料进行综合分析。
每次监测工作结束后，均须提供监测资料、简报及处理意见。
监测资料整理应及时，以便发现数据有误时，及时改正和补测，当发现测值有明显异常时，应迅速通知建设各方，以便采取相应措施，指导施工，确保盾构施工和盾构穿越段的场地环境安全。
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