地鐵盾構(gòu)控制測量方法探討

薛偉 張海

【摘要】盾構(gòu)施工是地鐵施工安全的重要保證，本文對地鐵盾構(gòu)施工測量和監(jiān)控進行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】地鐵盾構(gòu)；選型；測量；監(jiān)控

一、前言

地鐵是現(xiàn)代城市的重要出行方式。城市建設(shè)中地鐵的建設(shè)是關(guān)系到國計民生的大事。盾構(gòu)技術(shù)是地鐵施工的安全保證，也是地鐵施工的關(guān)鍵技術(shù)。

二、盾構(gòu)選型

根據(jù)工程需求（隧道尺寸、長度、覆土厚度、地層狀況、環(huán)境條件等）選定盾構(gòu)機類型（具體構(gòu)造、穩(wěn)定掘削面的方式、施工方式等）的工作，簡稱為盾構(gòu)選型。盾構(gòu)機選型主要根據(jù)隧道工程設(shè)計及施工條件、施工規(guī)范及標準等方面；根據(jù)各工程的地質(zhì)及水文特點對盾構(gòu)結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式、主要技術(shù)參數(shù)、后配套的配置要求等進行調(diào)查研究；借鑒國內(nèi)外先進技術(shù)和經(jīng)驗，從經(jīng)濟實用、安全可靠及技術(shù)層面進行綜合考慮?，F(xiàn)在地鐵盾構(gòu)施工大部分均采用土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)。根據(jù)日本盾構(gòu)施工經(jīng)驗，當?shù)貙又械酿ね梁坎蛔?0%時，不建議使用泥水平衡盾構(gòu)。當土層中黏土含量不足時，若使用泥水平衡盾構(gòu)在開挖面上很難形成泥膜，開挖面易坍塌。通常而言，細顆粒渣土容易形成不透水的塑流體，能在土倉內(nèi)填充密實，適用于土壓平衡盾構(gòu)；粗顆粒渣土流塑性差，難以填充密實，適用于泥水平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)選型一般分為3個階段：初步調(diào)查階段、基本調(diào)查階段和詳細調(diào)查階段。土層的流動性、可塑性、滲透性等情況，是盾構(gòu)選型最基本的依據(jù)。盾構(gòu)掘進會對地上建筑物、地下建筑帶來不同程度的影響，因此，對施工周邊環(huán)境的保護，也影響盾構(gòu)的選型。

三、盾構(gòu)方案比選

盾構(gòu)機選型一般按照適用性、先進性、可靠性、經(jīng)濟性相統(tǒng)一的原則進行，且所選的機型要能盡量在確保開挖面穩(wěn)定、施工安全可靠、地面建筑物安全的基礎(chǔ)上減少輔助工法的使用。單從技術(shù)上來說，百—化區(qū)間選用土壓平衡盾構(gòu)還是選用泥水平衡盾構(gòu)都是可行的，但究竟哪類盾構(gòu)更適用，大致可從以下幾個方面予以分析：

1、施工進度。由于地層的原因，若是采用土壓平衡盾構(gòu)施工，為了能形成具有塑流性的渣土，則需要添加大量的膨潤土、泡沫、聚合物等進行土體改良，不僅需要在地面設(shè)置添加劑存儲場地，而且還直接增加了洞內(nèi)的運輸量，在很大程度上制約了施工進度。而泥水平衡盾構(gòu)則采用管道以流體形式將開挖渣土運輸至地面，各個工序之間連續(xù)性強，有利于提高施工進度。

2、地表沉降。用土壓平衡盾構(gòu)進行隧道掘進地表沉降會較高，不利于地面建筑物的安全。相反，泥水平衡盾構(gòu)的壓力控制精度則要高許多，泥水壓力的控制精度一般都在±0.01MPa，地表沉降會低于5mm。

3、裝機功率。土壓平衡盾構(gòu)土倉內(nèi)土體混合占用了很大的功率，而相比較而言泥水平衡盾構(gòu)的裝機功率要比土壓平衡盾構(gòu)小很多。

4、刀盤及刀具的磨損。土壓平衡盾構(gòu)由于裝機功率高會造成刀盤及刀具磨損嚴重，很大一部分功率都消耗在土倉內(nèi)土體的混合和地層與刀盤及刀具之間的摩擦上。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)，相同直徑的2種盾構(gòu)機型的磨損率與其裝機功率成正比，因此土壓平衡盾構(gòu)的刀盤及刀具的磨損相對來說比泥水平衡盾構(gòu)嚴重，這會導致經(jīng)常換刀，不僅安全性差，而且很大程度上影響了施工進度。由于泥水平衡盾構(gòu)的刀具在泥水環(huán)境中工作，泥水的冷卻與潤滑作用使得刀具磨損較小，有利于長距離掘進，可減少或避免中途換刀，不僅降低了盾構(gòu)法施工風險，也節(jié)省了成本，提高了施工進度。

四、盾構(gòu)區(qū)間控制測量

由于條件的限制，盾構(gòu)區(qū)問隧道平面控制網(wǎng)的布設(shè)只能布設(shè)成導線，因此，要求布設(shè)的導線測回數(shù)和儀器等級高于精密導線的要求。隧道導線應(yīng)盡量沿線路中線布設(shè)，邊長要接近等邊，避免長短邊相接，盡量布設(shè)成多邊形閉合導線或主副導線環(huán)。由于后期沉降等因素，每1/4區(qū)間隧道長應(yīng)該從車站底板控制點開始重測隧道內(nèi)控制網(wǎng)。如導線邊長較短，在曲線段，測回問儀器和目標應(yīng)重新對中，以提高精度。每次測量完成，都要同車站底板控制點進行整體平差，各次測量成果再進行加權(quán)平差；

五、盾構(gòu)機出洞控制測量

洞門鋼環(huán)最大允許盾構(gòu)機貫通偏差160mlTl，測量規(guī)范要求：橫向誤差限差100mm，縱向50mm。除了測量誤差，還有施工誤差，凈空要求，所以真正留給測量的限差很少，留給控制測量的限差就更少了。盾構(gòu)機出洞前的控制測量是整個控制測量中最重要的一環(huán)，需要對地面區(qū)間、車站、聯(lián)系測量點、盾構(gòu)始發(fā)基點、盾構(gòu)接收基點全部重新測量并進行整體平差，且需要對隧道區(qū)問內(nèi)導線重新測量，必要時全自動陀螺經(jīng)緯儀進行定向，確保盾構(gòu)機順利出洞。

六、地鐵盾構(gòu)監(jiān)測內(nèi)容

1、沉降監(jiān)測觀測點布設(shè)

對建（構(gòu)）筑物進行沉降監(jiān)測，首先必須在施工場地影響范圍外，選取穩(wěn)定可用的沉降基準點，建立水準控制網(wǎng)及固定觀測路線，獲得準確可靠的監(jiān)測起算數(shù)據(jù)。具體要求：

（1）地表沉降監(jiān)測點：利用鉆孔機械在地面鉆孔至規(guī)定深度，并在孔中埋設(shè)預制鋼筋，通過填充細沙等材料進行夯實，防止設(shè)置好的監(jiān)測點位移動變形。

（2）建筑物沉降監(jiān)測的標志應(yīng)選用專業(yè)機械進行加工，立尺部位需有較明顯的突出點，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料進行防腐處理。

（3）地下管線監(jiān)測點布設(shè)：地下管線如設(shè)置有檢查井，則可直接把監(jiān)測點布設(shè)在井下管線上或管線承載體上；由于地質(zhì)等其他外界條件的影響，沒有設(shè)置檢查井且無法開挖的管線，應(yīng)在地表埋設(shè)間接的沉降觀測點。

（4）儀器使用經(jīng)國家批準的計量檢定部門檢定并取得合格證書的儀器

2、隧道管片隆沉監(jiān)測

采用盾構(gòu)法進行隧道施工時，盾構(gòu)機影響范圍為始發(fā)端前及到達端后的30～40m內(nèi)，按照每隔20m布設(shè)變形監(jiān)測的斷面；其他影響區(qū)域則是每隔50m設(shè)置。通過在每個監(jiān)測斷面布設(shè)管片隆起沉降監(jiān)測點，可獲得管片隆沉的數(shù)據(jù)。

3、裂縫監(jiān)測

建（構(gòu)）筑物上出現(xiàn)裂縫是一種較常見的安全隱患，各種裂縫由于形成的原因不同，產(chǎn)生的危害也不一致。多數(shù)裂縫發(fā)展初期主要是對建（構(gòu)）筑物的整體性有一定影響，隨著施工的加載，裂縫也將不斷加大，此時的裂縫能引起建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)性破壞。因此，為保證建（構(gòu)）筑物施工期間及投入運營后的安全，應(yīng)對裂縫的現(xiàn)狀及發(fā)展狀況進行實時監(jiān)測。

4、隧道管片水平收斂監(jiān)測

在盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測時，應(yīng)每隔10m設(shè)置一個監(jiān)測斷面，對隧道管片的水平收斂情況進行監(jiān)測。一般情況下，每個斷面布置3個收斂觀測點，且在監(jiān)測主斷面處需增設(shè)2個。測定埋設(shè)采用微型鉆機成孔，斷面監(jiān)測點的設(shè)置方法與上述管片隆起或沉降的布點方法大致相同。

七、監(jiān)測頻率

一般情況下，要求盾構(gòu)隧道的施工監(jiān)測頻率在真實反映其變形發(fā)展過程的同時，又能對隧道的每個變形進行有效監(jiān)測。因此，盾構(gòu)隧道的監(jiān)測頻率需根據(jù)變形監(jiān)測的目的及變形的速度、大小而定。若在施工過程中遇到緊急情況，需增加監(jiān)測的次數(shù)，以保證施工過程的安全可靠。變形監(jiān)測點的變形速率或累積變形量達到設(shè)計允許變形值的80%時，或通過監(jiān)測數(shù)據(jù)繪出的變形曲線圖與預測變形曲線圖有明顯區(qū)別時，變形監(jiān)測頻率應(yīng)增加為1次/d；如果危險情況較緊急，其變形監(jiān)測頻率應(yīng)改為1次/4h；險情一旦發(fā)展為安全事故，則應(yīng)用測量機器人對危險點進行持續(xù)不間斷的監(jiān)測。

八、結(jié)束語

綜上所述，進行盾構(gòu)施工，要對建筑物進行詳細的調(diào)查，對存在的風險進行評估，采取有效的方法，保證施工順行。

參考文獻

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