盾构测量

7.18.2.4盾构推进测量 （1）准备工作 对盾构推进线路数据进行复核计算，计算结果由监理工程师书面确认。实测始发、接受井预留洞门中心横向和垂直向的偏差，并由监理工程师书面确认后方可进行下道工序施工。 按设计图在实地对盾构基座的平面和高程位置进行放样，基座就位后立即测定与设计的偏差。 盾构就位后精确测定相对于盾构推进时设计轴线的初始位置和姿态。安装在盾构内的专用测量设备就位后立即进行测量，测量成果应与盾构的初始位置和姿态相符，并报监理工程师备查。 （2）盾构推进中测量方法 在盾构机的配置中，用于控制掘进方向的主要为导向系统（SLS-T），辅以人工测量校核。该系统主要组成部分有ELS靶、激光全站仪、后视棱镜、工业计算机等见图7-51 SLS-T导向系统图。在盾构机右上方管片处安装吊蓝，吊蓝用钢板制作，其底部加工强制对中螺栓孔，用以安放全站仪。见图7-52。 图7-51 SLS-T导向设备及工作 强制对中点的三维坐标通过洞口的导线起始边传递而来，并且在盾构施工过程中，吊蓝上的强制对中点坐标与隧道内地下控制导线点坐标相互检核。因此盾构在推进过程中，测量人员要牢牢掌握盾构推进方向，让盾构沿着设计中心轴线推进。 盾构推进测量以SLS-T导向系统为主， SLS-T导向系统能够全天候的动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差，主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进姿态，使得盾构机能够沿着正确的方向掘进。 图7-52 SLS-T导向系统图 （3）盾构推进中测量内容 ①盾构姿态测量 包括纵向坡度﹑横向坡度﹑平面偏离值﹑高程偏离值﹑切口里程滚动值等。 ②环片成环现状测量 主要包括环片的直径﹑圆度﹑环片的平面和高程偏差以及环片前沿里程等。 ③隧道隆陷测量 盾构机机头前10m和后20m范围每天早晚各测一次,并随着施工进度递进,范围之外的监测点每周观测一次,直至稳定,当沉降和隆起超过规定限差(-30mm/+10mm),或变化异常时,则加大监测频率的监测范围。 7.18.2.5贯通测量 盾构通过一个区间后，联测地上、井下导线网、水准网，并进行平差，为盾构到达提供具有一定精度和密度的导线点与水准点。 7.18.2.6辅助测量 （1）调查测定在施工影响范围内的建(构)筑物、地下管线的确切位置，做出这些建(构)筑物、地下管线与设计隧道的平面位置关系图。 （2）按施工场地平面布置图，对临时设施的位置准确放样。 7.18.2.7测点的安置原则与保护 （1）测点选在通视良好、不受施工扰动的地方； （2）导线和水准控制点用不锈钢或铸铁制作，导线点有明显的十字标志，水准点表面为圆球状； （3）在软土中，做为钢钉的测量标志应嵌入大小合适的混凝土块中，并保证永久固定； （4）临时的测量标志，经监理工程师同意后，用钢管或木桩制做； （5）测量标志旁作出明显持久的标记或说明； （6）埋设在地下的测量标志用混凝土管或框架保护，并加盖防止泥土和雨水污染的装置； （7）测量标志如有损坏，应立即恢复。 7.18.2.8测量精度#控制措施# （1）严格执行集团公司、项目部二级测量复核制度； （2）项目部测量组由经验丰富、有合格资格的技术人员担任，并配备足够数量、符合精度要求的测量仪器； （3）所使用的测量仪器要定期到国家计量局授权的测量仪器鉴定单位检定。并将有关资料和检定报告报监理工程师； （4）所有重要测量及放样的内业计算以及外业测量和放样工作，都必须做到换手复核，换不同的人换不同的方法来复核，确保无误。测量的有关数据及成果要有专人保管，并要记录完整、清晰，及时上报监理工程师核对； （5）项目部测量组每周及监理工程师要求时向监理工程师提交测量报告。 7.19 监控量测 7.19.1概述 盾构隧道施工时必然对周围土体产生扰动，对周围地表及周边环境产生影响。特别在是市区施工，环境保护要求高，地表沉降+10～-30mm。为了满足环境保护的要求，在施工过程中必须合理确定掘进参数。应全面考虑盾构隧道施工引起周围地层变形的各种因素，为合理确定施工参数提供准确、全面、可靠的反馈信息。为确保施工安全，了解围岩变形和地层扰动情况，在整个盾构段的施工过程中，坚持跟踪进行监控量测。量测内容包括地表和建筑物沉降、隧道隆陷等，并及时反馈量测数据，实施信息化施工，以控制地层变形，保护地表建筑物和支护结构的稳定。 7.19.2监测目的 在盾构法隧道施工中，尽管采用了先进的复合式盾构机掘进、管片紧跟拼装成环和同步注浆充填技术，仍会因盾构掘进引起地层的扰动传至地表而导致地表产生不同程度的沉降与位移。通过对周围环境等的监测，掌握由盾构施工引起的周围地层和建筑物沉降变化数据，分析出周围环境的变形规律和发展趋势，及时采取必要的技术措施改进施工工艺，将施工引起的环境变形减小到最低程度，确保盾构法施工隧道影响范围内的道路、地下管线、建（构）筑物的安全；与此同时，隧道自身也要发生相应的变形和位移，必须加以监测，以确保隧道本体免遭破坏。 在软硬不均、长距离硬岩段地层掘进时，因渗透系数大，对脱出盾尾的管片所受的上浮力较大，易引起管片的上浮，要对安装的管片进行监测，监测结果及时反馈指导施工，确保隧道施工的安全和质量。 7.19.3盾构隧道监测 7.19.3.1盾构区间隧道监测项目 盾构区间监测项目见汇总表7-8。 区间隧道监测汇总表 表7-8 类别 序号 监测项目 监测仪器和工具 测点布置 监测频率 应 测 项 目 1 地面隆陷 精密水准仪 铟钢水准尺 一般地段30～50米布一断面结构边距高层楼边不大于10m者设1～2断面 掘进面距量测面前后<2B时1～２次/天 掘进面距量测面前后<5B时1次/天 掘进面距量测面前后>5B时1次/周 2 地面建筑物沉降、倾斜和水平位移 精密水准仪 铟钢水准尺 建筑物沉降点的数量不少于4点，规模较大的建筑物根据需要增加测点数量 距掘进面<20m时，1～2次/天 距掘进面<50m时，1次/2天 距掘进面>50m时，1次/周 3 拱顶下沉 精密水准仪 铟钢水准尺 收敛仪 每5～50米一个断面，每断面1～3个测点 掘进面距量测面前后<2B时1～２次/天 掘进面距量测面前后<5B时1次/天 掘进面距量测面前后>5B时1次/周 4 隧底隆起 5 周边净空收敛位移 收敛仪 每5～50米设一断面，每断面2～3个测点 6 管线沉降 水准仪 铟钢尺 每10-20m设一断面 7 地面建筑物及管片裂缝 观察、目测 　 随时观察 8 土层压应力 压力计和传感器 每一代表性地段设一断面 掘进面距量测面前后<2B时1～２次/天 掘进面距量测面前后<5B时1次/天 掘进面距量测面前后>5B时1次/周 9 衬砌环内力和变形 每50～100m设一断面 10 管片实际位置监测 水准仪 每环 每天 选测项目 11 土体水平位移 测斜仪 在典型断面 根据需要进行 12 土体分层沉降 沉降仪 在典型断面 根据需要进行 13 孔隙水压力 空隙水压力探头、频率仪 在典型断面 根据需要进行 7.19.3.2监测方法 7.19.3.2.1区间盾构隧道监测工艺流程 区间盾构隧道监测的工艺流程见图7-53。 7.19.3.2.2区间隧道监测实施方法 （1） 地面隆陷 a、 监测方法：用精密水准仪进行测量。 b、 监测要点：监测时严格按照GB12987-91国家二等水准测量规范执行，沉降点复测周期按照中华人民共和国《城市测量规范》执行。 c、 数据处理：地表沉降监测随施工进度进行，并将各沉降点沉降值存入计算机监测管理管理系统汇总成沉降变化曲线、沉降速度变化曲线统一管理，绘制报表。 （2） 地面建筑物沉降监测 a、 监测方法：用精密水准仪测量。 b、 监测要点：监测时严格按照GB12987-91国家二等水准测量规范执行，沉降点复测周期按照中华人民共和国《城市测量规范》执行。 图7-53 监测工艺流程图 c、 数据处理：建筑物沉降监测随施工进度进行，并将各沉降点沉降值存入计算机监测管理管理系统汇总成沉降变化曲线、沉降速度变化曲线统一管理，绘制报表。 （3） 拱顶下沉、隧底隆起和周边净空收敛位移监测 a、 监测方法：用收敛仪测量。 b、 测量精度：±1mm。 c、 数据处理：监测值存入计算机监测管理系统统汇总成位移变化曲线、位移速度变化曲线统一管理。 （4） 管线沉降监测 a、 监测方法：用精密水准仪测量。 b、 监测要点：管线保护按照业主、管理单位的要求及国家相关规范执行。 c、 数据处理：根据施工进度进行，将各沉降点沉降值存入计算机监测管理系统绘成管线变形曲线图统一管理，绘制报表。 （5） 地面建筑物及管片裂缝 a、 监测方法：观察、目测。 b、 监测要点：发现裂缝后立即用裂缝观测器实测裂缝宽度并统一编号，用黑色墨汁写在裂缝旁。 c、数据处理：将裂缝编号后宽度值存入计算机监测管理系统统一管理。 （6） 土层压应力及衬砌环内力、变形监测 a、 监测方法：在被测位置埋设压力计、传感器。 b、监测要点：压力计焊接在被测位置上（衬砌环在主筋上），处于不受力状态，应力计电路电阻值和绝缘情况应良好，并做好引出线和测试匣的保护措施。 c、 数据处理：监测数据存入计算机监测管理系统统一管理。 （7） 土体水平位移监测 a、监测方法：用测斜仪测量。根据本工程需要及实际情况，在测斜管中取1m 为每量测段长度。量测时假定测斜管底端位移为零，由下而上逐段量测各段水平偏差，直至管顶标高为止。量测时将测斜仪沿平行线路方向的管内导槽滑入管底，开始读数。徐徐提升逐段读数，直至管顶标高。提出测斜仪，平转180度重复以上步骤。两次量测的数值平均值即为平行于隧道中线方向的土体位移变化值。同样的方法沿垂直于隧道线路方向的管内导槽量测即可量测出相应的位移变化值。 b、数据处理：将各监测值存入计算机监测管理系统绘成土体水平位移变形曲线图统一管理。 （8） 土体分层沉降监测 a、 测点方法：在典型断面上与土体水平位移量测共用测斜管测量。在预钻孔成孔后放入PVC测斜管，调整后沿测斜管与孔壁之间下放瓷环，每放入一环回填约2米的细砂直至管顶。量测时，采用搁置在地表的电感探测装置将探测头由上向下缓慢伸入PVC管中。当接收仪上的指针偏转最大时即为磁环位置。由探测头上所带的钢尺读数测出其所在深度。量测过程中注意接收仪的指针偏转最大位置通过探测头的上下缓慢移动确定。 b、 数据处理：将各监测值存入计算机监测管理系统绘成土体分层沉降曲线图统一管理。 （9） 孔隙水压力监测 a、 监测方法：在典型断面上钻一与隧道底同等深度的孔，在孔底铺一层干净的细砂，将空隙水压力探头放入，并在探头周围填砂将探头覆盖为准，在细砂面上回填膨胀性粘土，以起到隔离空隙水的作用。再在其上用同一方法埋设一探头。整个孔中埋设2-3个探头并将传输线引出孔外地表，埋在浅层沟槽中妥善保管。每条引出传输线上贴标签注明探头编号和埋设深度。 b、 数据处理：孔隙水压力监测紧随施工进行，压力值存入计算机监测管理系统绘成孔隙水压力曲线图统一管理。 （10）管片实际位置监测 a、监测方法：采用全站仪。 b、数据处理：根据变化规律及时调整注浆配合比、注入量等。 7.19.3.2.3区间隧道监测控制 根据广州地铁施工经验，结合本工程的特点、设计要求及有关规范规定，对盾构隧道开挖引起的拱顶隆降、周边收敛位移等建立了相应的控制值和预警值。 1、地表变形限值：一般情况为-30mm～+10mm，特殊情况另定。 2、建筑物沉降控制值见表7-9。 【江泰路站～跃进村站盾构区间】沿线房屋绝大多数为天然基础，天然地基建筑物允许最大沉降值不大于30mm，桩基础建筑物允许最大沉降值不大于10mm，施工中必须严格控制建筑物的沉降，各类建筑物允许倾斜或沉降值见表7-10。 施工监测控制标准与预警值 表7-9 序 号 监 测 项 目 控 制 标 准 预 警 值 1 地面沉降 -30mm～+10mm 20mm 2 管线沉降 -30～+10mm 据实际要求 3 地面建筑物沉降 30mm 20mm 4 拱顶下沉 30mm 20mm 5 周边收敛位移 0.003B 0.002B 各类建筑物允许倾斜或沉降值表 表7-10 建筑物结构类型 基地土类型 备注 中低压缩性土 高压缩性土 砌体承重结构 0.002 0.003 1、L指相邻桩基的中心距离。 2、H指自室外地面算起的建筑物高度。 3、倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。 4、如有关部门对建筑物的沉降有特殊要求时，以其要求为准。 5、以上控制标准采用，《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002基准值。 工业与民用建筑物相邻接桩基的沉降差： 砖石墙填充边排桩 0.007L 0.001L 框架结构 0.002L 0.003L 不均匀沉降时不产生附加力的结构多层、高层 0.005L 0.005L 高层或多层建筑物的基础倾斜： H<24m 0.004L 0.004L 24≤H <60 0.003L 0.003L 60≤H<100 0.002L 0.002L H≥100 0.0015L 0.0015L 3、管线的不均匀沉降和沉降控制值 各类管线不均匀沉降值表 表7-11 管线类型 允许不均匀 沉降值 备注 煤气管（承插式、机械式插头） 1‰L L为管线的分节长度； 各种管线的沉降值应根据管线的连接形式结合盾构施工的沉降槽曲线特征通过计算确定。 如有关部门对管线沉降有特殊要求时，以其要求为准。 上水管（承插式、机械式插头） 1‰L 下水管（承插式、机械式插头） 1‰L 7.19.3.2.4测点布置 一、测点布置原则 （1）按监测在现场布设测点，当实际地形不允许时，可在靠近设计测点位置设置测点，以能达到监测目地为原则。 （2）为验证设计参数而设的测点布置在设计最不利位置和断面，为指导施工而设的测点布置在相同工况下最先施工部位，其目的是为了及时反馈信息，以修改设计和指导施工。 （3）地表变形测点的位置既要考虑反映对象的变形特征，又要便于采用仪器进行观测，还要有利于测点的保护。 （4）深埋测点（结构变形测点等）不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度。 （5）各类监测测点的布置在时间和空间上有机结合，力求同一监测部位能同时反映不同的物理变化量，以便找出其内在的联系和变化规律。 （6）测点的埋设应提前一定的时间，并及早进行初始状态的量测。 （7）测点在施工过程中一旦破坏，尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，以保证该测点观测数据的连续性。 二、区间隧道测点布置 （1）地面沉降(隆起)监测点布置：一般地段30～50m设一断面，结构边距高层楼边不大于10m者设1～2断面。 （2）地面建筑物沉降、倾斜和水平位移：沉降点的数量不少于4点，规模较大的建筑物根据需要增加测点数量。 （3）隧道隆陷：每5～10m设一断面。 （4）周边净空收敛位移测量：每10～20m设一断面。 （5）管线沉降：每10～20m设一断面。 （6）地面建筑物及管片裂缝：建筑物基础表面、墙上，管片内表面。 （7）土层压应力：每一代表性地段设一断面。 （8）衬砌环内力及变形：每50～100m设一断面。 （9）土体水平位移及分层沉降：在典型断面布置测斜仪进行测量，见图7-58。 （10）孔隙水压力：在典型断面布设。 图7-54 主断面监测点布置示意图（单位：mm） 图7-55 洞内常规监测点布置图 图7-56 纵断面监测点布置图 图7-57 单线隧道掘进地面沉降监测点布置示意图 图7-58 测斜仪布置示意图 7.19.4建立碴土 在掘进时加入足量的泡沫剂进行充分的碴土改良，严格控制每环泡沫剂加入量，特别是在岩层段掘进时，更应该保证碴土良好的流动性，避免刀盘前方形成泥饼；出碴过程中，由值班工程师对碴土状况进行监控，发现异常及时通知盾构司机调整掘进参数，确保碴土改良效果。 对每一环的出碴量都要进行认真统计并如实记录下来，并做好每环出碴量的对比与分析。 （1）在过邻近建（构）筑物段时、为防止因出碴量过多造成刀盘前方地下水损失过大、地层失稳、坍塌。在与垂直位移相应埋设水位观测孔于主断面上。在隧道两侧影响范围内，在施工过程中可能有变化的区域布设测孔各1个。 （2）测点布置要考虑地下管线与隧道的相对位置关系，由于本区间地下管线与隧道大都接近垂直相交，布置在管线正上方的地面上。 7.19.5监测管理制度 在隧道信息化施工中，监测后应对各种数据进行及时整理分析，判断其发展变化规律，并及时反馈到施工当中去，以此来指导施工。根据以往经验，采用《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》（TBJ108-92）的Ⅲ级管理制度作为监测管理方式。可按表7-12变形管理等级指导施工。 变形管理等级 表7-12 管理等级 管 理 位 移 施 工 状 态 Ⅲ U0＜Un/3 正常施工 Ⅱ （Un/3）≤U0≤（2Un/3） 加强支护 Ⅰ U0＞（2Un/3） 采取技术措施 注：U0—是实测变形值；Un —是允许变形值。 根据上述监测管理基准，调整监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅲ级管理阶段则应加强支护，并加强监测，密切关注工程过程，监测频率可达到1～2次/天或更多。 7.19.6施工监测反馈程序 在取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移或应力的时态变化曲线图，即时态散点图。 见图7-59时态散点示意图。 取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，采用的回归函数有： U=Alg（1+t）+B U=t/（A+Bt）U=Ae-B/t U=A（e-Bt-e-Bt0） U=Alg{（B+t）/（B+t0）} 式中： U——变形值（或应力值）； A、B——回归系数； t、t0——测点的观测时间（天）。 为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，每次监测必须有监测结果，及时上报监测日报表，并按期向监理和项目部提交监测周、月报，并在月报上附上典型测点位移或应力时态曲线图，对当月的施工情况进行并提出施工建议。 监测反馈程序见图7-60。 7.19.7监测管理体系 针对本工程监测项目的特点建立专业组织，由集团公司科研所派驻现场7～10人组成监测小组，由具有丰富施工经验、监测经验及有结构受力计算、分析能力的技术人员担任组长，监测施工组织与流程、监测组成员组成及职责分别示于图7-61。 ⑴提供有关切实可靠的数据记录。 ⑵制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中。 ⑶量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。 ⑷量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。 ⑸量测设备、元器件等在使用前均应经过检校，合格后方可使用。 ⑹各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的。 ⑺量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。 图7-60 监测反馈程序框图 ⑻量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。 ⑼各量测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。 ⑽针对施工各关键问题及早开展相应的QC小组活动，及时分析、反馈信息，指导施工。 图7-61 监测施工组织与流程图