盾構(gòu)下穿建筑物變形監(jiān)測(cè)

王曉磊

（中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司，上海 201900）

盾構(gòu)法修建隧道可降低對(duì)城市交通秩序的影響，并且對(duì)周圍土體擾動(dòng)較小，有利于地面建筑物安全。然而，在濟(jì)南地鐵盾構(gòu)施工過程中，由于部分地層是粉質(zhì)粘土地層，地下水位較高，下穿建筑物時(shí)施工風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，在地鐵施工過程中，必須采取有效工程對(duì)策和措施，控制地層變形以減少盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地表建筑物產(chǎn)生的不利影響。

1 工程概況

濟(jì)南市軌道交通R3線王舍人站-裴家營(yíng)站區(qū)間為雙單洞隧道，區(qū)間隧道出王舍人站大里程端盾構(gòu)井之后，沿工業(yè)北路直線向東推進(jìn)，后線路由東轉(zhuǎn)向北，沿村莊、農(nóng)田等向北推進(jìn)，最后推進(jìn)至裴家營(yíng)站小里程端盾構(gòu)接收井。區(qū)間隧道下穿的建筑物群有農(nóng)行濟(jì)南東郊支行、蘇寧電器大樓、濟(jì)南化肥廠宿舍樓群等建筑物。整個(gè)下穿建筑物施工過程掘進(jìn)方向?yàn)?‰的上坡，經(jīng)半徑5000m的豎曲線變坡為0‰，變坡為7.6‰的下坡，盾構(gòu)機(jī)沿7.6‰下坡方向掘進(jìn)施工。

1.1 地質(zhì)、水文條件

區(qū)間隧道盾構(gòu)掘進(jìn)涉及地層自上而下主要為9-1粉質(zhì)黏土、10-1粉質(zhì)黏土、14-1粉質(zhì)黏土、15-1碎石、16-1粉質(zhì)黏土、16-2黏土、17-1碎石、17-3含碎石粉質(zhì)黏土，局部涉及9-5卵石、10-2黏土、10-4卵石、14-2黏土、14-4卵石、17-2膠結(jié)礫巖等地層。對(duì)本工程有影響的地下水類型主要為松散巖類孔隙水與碳酸鹽巖裂隙巖溶水，第四系松散孔隙承壓水層主要為第四系卵石、碎石層及含碎石粉質(zhì)黏土層，粘性土層具有一定滲透特性，水位埋深一般為4.60～8.50m，穩(wěn)定水頭標(biāo)高24.62～32.86m，該區(qū)地下水涌水量較大，透水性較強(qiáng)，孔隙水單孔涌水量﹥500m3/d。

表1 工業(yè)北路站-王舍人站區(qū)間主要建筑物匯總表

1.2 沿途建筑物及基本情況（見表1）

1.3 建筑物監(jiān)測(cè)內(nèi)容及要求

距線路中線30m以內(nèi)的建筑物均需監(jiān)測(cè)。建筑物變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：沉降、水平位移、傾斜和裂縫等，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)按《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）第6.2節(jié)要求布設(shè)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頻率如表2所示。

其中，管片結(jié)構(gòu)位移、凈空收斂、管片內(nèi)力等隧道內(nèi)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在襯砌環(huán)脫出盾尾且能通視時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最后，兩個(gè)觀測(cè)周期的各點(diǎn)沉降速率小于0.02mm/d時(shí)可認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段，盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)過程中以及區(qū)間下穿重要建構(gòu)筑物時(shí)監(jiān)測(cè)頻率加密至2次/1d、暗挖聯(lián)絡(luò)通道在開挖期間監(jiān)測(cè)頻率為1次/1d。

2 監(jiān)測(cè)作業(yè)方法

2.1 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

建（構(gòu)）筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)滿足以下條件：（1）對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位應(yīng)做一定保護(hù)措施，并做明顯標(biāo)記，以便長(zhǎng)期保存；（2）在布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意點(diǎn)位上部和周邊的障礙物，保證足夠的立尺空間和觀測(cè)不受遮擋。

表2 盾構(gòu)法隧道工程監(jiān)測(cè)頻率

針對(duì)本工程實(shí)際情況，建（構(gòu)）筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)先采用鉆孔的方式埋設(shè)（見圖1），在實(shí)施過程中，因各種原因（如房屋產(chǎn)權(quán)單位或個(gè)人不允許鉆孔）無法在住宅樓上直接鉆孔時(shí)，也可在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)部位貼條形碼進(jìn)行監(jiān)測(cè)（見圖2）。

圖1 鉆孔埋設(shè)測(cè)點(diǎn)示意圖

圖2 條形碼粘貼效果圖

2.2 監(jiān)測(cè)方法

建（構(gòu)）筑物豎向位移監(jiān)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法，所使用儀器應(yīng)經(jīng)具有相應(yīng)資質(zhì)的儀器檢定單位鑒定合格并在檢定有效期內(nèi)使用。

建（構(gòu)）筑物豎向位移監(jiān)測(cè)按照《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》GB 50308-2008Ⅱ級(jí)垂直沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)有關(guān)主要技術(shù)要求觀測(cè)，主要技術(shù)指標(biāo)及要求如表3所示。

表3 Ⅱ級(jí)垂直沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的主要技術(shù)要求

2.3 建（構(gòu)）筑物傾斜

本工程建（構(gòu)）筑物的傾斜擬采用差異沉降的方法進(jìn)行推算。如圖3所示，先用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)定基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的差異沉降量Δh，再按寬度D和高度h，推算建（構(gòu)）筑物的傾斜值。設(shè)頂部?jī)A斜位移量為Δ，斜度為i，則：

圖3 差異沉降推算法示意圖

2.4 建（構(gòu)）筑物裂縫

測(cè)點(diǎn)埋設(shè)如圖4所示，用2塊白鐵皮，一塊兒為正方形，固定在裂縫一側(cè)，并使其一邊和裂縫的邊緣對(duì)齊，另一塊兒為長(zhǎng)方形，固定在裂縫另一側(cè)，并使其一部分緊貼相鄰白鐵皮。當(dāng)白鐵皮固定好之后，在其表面均涂上紅色油漆。

圖4 裂縫監(jiān)測(cè)標(biāo)志

（1）在了解設(shè)計(jì)、施工、使用及沉降觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，預(yù)先評(píng)估隧道施工對(duì)建（構(gòu)）筑物可能造成的影響；。

（2）記錄建（構(gòu)）筑物現(xiàn)有裂縫的位置和數(shù)量分布，測(cè)定其走向、長(zhǎng)度、寬度和深度；分析裂縫形成原因，選定主要裂縫為觀測(cè)對(duì)象。

（3）定時(shí)觀測(cè)，觀測(cè)頻率由裂縫所處位置及兩次觀測(cè)間裂縫發(fā)展不大于0.1～0.5mm而定。

（4）隨著裂縫繼續(xù)發(fā)展，兩件白鐵皮將逐漸拉開，露出正方形白鐵皮上原先被覆蓋的部分，其寬度即為裂縫加大的寬度。

2.5 墻頂水平位移

2.5.1 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)，先在圍護(hù)樁的頂部鉆出深約10cm的孔，再把強(qiáng)制歸心監(jiān)測(cè)標(biāo)志放入孔內(nèi)，用錨固劑填充縫隙，并保證與工作基點(diǎn)間的通視，保證強(qiáng)制歸心監(jiān)測(cè)標(biāo)志穩(wěn)固，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完畢后，應(yīng)進(jìn)行必要保護(hù)，并作清晰標(biāo)記。埋設(shè)形式及效果如圖5所示。

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)示意圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)景圖

2.5.2 監(jiān)測(cè)方法

本方案涉及平面水平位移監(jiān)測(cè)的區(qū)域?yàn)橥跖釁^(qū)間風(fēng)井，因區(qū)間風(fēng)井較小，擬采用小角法進(jìn)行水平位移觀測(cè)。建立一條基線，利用精密經(jīng)緯儀測(cè)小角從而計(jì)算出水平位移。待監(jiān)測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)的水平位移值ΔP為：

式中：ρ″＝206265″，D是測(cè)站點(diǎn)A到觀測(cè)點(diǎn)P之間的平距，Δβ為測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)到的角度變化值。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

外業(yè)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算后，所得到的變形結(jié)果往往難以直接應(yīng)用于監(jiān)測(cè)成果分析。因此，需要運(yùn)用一定的方法，在看似雜亂無章、變化不一的數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息和找到數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)常用分析方法主要有以下幾種。

3.1 統(tǒng)計(jì)法

通過統(tǒng)計(jì)的方法得到某些信息，如階段變形最大值、累計(jì)變形最大值、變形最大測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、超報(bào)警值的測(cè)點(diǎn)數(shù)等信息，有助于重點(diǎn)把握監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的情況。

3.2 列表法

列表法清晰明了，便于分析比較、提示規(guī)律?？蓪⒈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的階段變形值、累計(jì)變形值、變形速率等按照監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)依次列出，同時(shí)寫明表格名稱、儀器編號(hào)、環(huán)境信息等，可使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一目了然，并能快速提取出想要的數(shù)據(jù)信息。

3.3 作圖法

通過繪制變形的時(shí)程曲線圖、橫縱斷面圖、等值線圖等可以清晰直觀地判明測(cè)點(diǎn)變形趨勢(shì)、變形影響范圍等。通過圖表或圖形，還可以簡(jiǎn)便地得到某些結(jié)果（如一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的階段變形量、相鄰測(cè)點(diǎn)的差異沉降等）。

4 結(jié)語(yǔ)

施工安全監(jiān)測(cè)盾構(gòu)應(yīng)貫徹整個(gè)盾構(gòu)施工過程，及時(shí)對(duì)工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以此為依據(jù)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，盡可能降低施工對(duì)周圍環(huán)境的影響。