盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測(cè)技術(shù)及后期數(shù)據(jù)分析淺談
2015-05-20
一、工程概況
無(wú)錫市軌道交通1號(hào)線江海路站～火車(chē)站站區(qū)間線路長(zhǎng)1300m,出江海路站后，在通順橋前以350m（右線360m）曲線半徑向東南偏轉(zhuǎn)，于通順橋和廢棄水閘之間下穿慶豐河（區(qū)間下穿段河面寬度22米），再下穿錫澄二村大片居民樓后轉(zhuǎn)至規(guī)劃海澄路，近距離經(jīng)過(guò)康橋麗景小區(qū)后線路以400m（右線410m）曲線半徑向西南方向偏轉(zhuǎn)，先后下穿慶豐河（區(qū)間下穿段河面寬度27米）、北新河（區(qū)間下穿段河面寬度26.5米）、慶豐集團(tuán)廠房、慶豐里居委會(huì)、慶豐小區(qū)，垂直下穿錫滬西路后進(jìn)入無(wú)錫火車(chē)站站。線路中線間距為13.0～17.3m。隧道斷面穿越土層大部分為粉質(zhì)粘土、粘土層，部分?jǐn)嗝嫔喜课挥诜弁翃A粉質(zhì)粘土層。
本工程采用一臺(tái)Ф6380的土壓平衡盾構(gòu)， 在江海路站北端頭左線組裝調(diào)試完成后，向廣石路站推進(jìn)，推進(jìn)結(jié)束后調(diào)頭到右線；在廣石路站南端頭再次組裝調(diào)試后，向江海路站推進(jìn)。
二、監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)
在地下工程中進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，絕不是單純地為了獲取信息，而是把它作為施工管理的一個(gè)積極有效的手段，因此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)能確切地預(yù)報(bào)破壞和變形等未來(lái)的動(dòng)態(tài)，施工監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，監(jiān)測(cè)工作的成敗與監(jiān)測(cè)方法的選取及測(cè)點(diǎn)的布置直接相關(guān)。按以下5條原則進(jìn)行監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)：
1、可靠性原則2、多層次監(jiān)測(cè)原則3、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵區(qū)的原則4、經(jīng)濟(jì)合理原則5、方便實(shí)用原則
2.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置
2.1.1地表沉降和隧道沉降
沿兩個(gè)盾構(gòu)隧道軸線按5m間距布設(shè)地表沉降測(cè)點(diǎn)。同時(shí)，按30m間距布設(shè)地表橫向沉陷槽測(cè)點(diǎn)，每個(gè)斷面約9～12個(gè)測(cè)點(diǎn)。每個(gè)聯(lián)絡(luò)通道在中間各布置一個(gè)斷面，每個(gè)斷面約9個(gè)測(cè)點(diǎn)，橫向間距1～7m。在隧道開(kāi)挖影響范圍內(nèi)(2倍洞徑)的主要地下管線上方地表沿管線軸線按5～10m間距布設(shè)地下管線沉降測(cè)點(diǎn)。地表及地下管線沉降監(jiān)測(cè)布點(diǎn)應(yīng)使測(cè)點(diǎn)樁頂部突出地面5mm以?xún)?nèi)。
2.1.2地面建筑物沉降監(jiān)測(cè)
在區(qū)間盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的房屋承重構(gòu)件或基礎(chǔ)角點(diǎn)、中部及其它構(gòu)筑物特征部位布設(shè)測(cè)點(diǎn)。
2.2監(jiān)測(cè)頻率和周期
2.2.1監(jiān)測(cè)頻率
根據(jù)“無(wú)錫市地鐵一號(hào)線GD01TJSG-07標(biāo)區(qū)間設(shè)計(jì)方案T-55區(qū)間隧道監(jiān)控量測(cè)圖”監(jiān)測(cè)范圍及頻率如表5-1。
表監(jiān)測(cè)頻率一覽表
在區(qū)間隧道盾構(gòu)出洞前布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，取得穩(wěn)定的測(cè)試數(shù)據(jù)，在盾構(gòu)出洞后即開(kāi)始監(jiān)測(cè)，30m范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)頻率保持每天2次。盾構(gòu)正常推進(jìn)后，監(jiān)測(cè)頻率基本保持在每天1次。在整個(gè)盾構(gòu)推進(jìn)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)頻率可根據(jù)工程需要隨時(shí)調(diào)整，以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。監(jiān)測(cè)測(cè)量的周期應(yīng)滿(mǎn)足觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)變形達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)為止。
2.2.2監(jiān)測(cè)周期
本車(chē)工程施工監(jiān)測(cè)總工期以委托方要求的監(jiān)測(cè)開(kāi)工日期為起點(diǎn)，至隧道施工完畢或施工影響區(qū)域內(nèi)的受影響的建（構(gòu)）筑物沉降變形穩(wěn)定為止。沉降變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：參照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ 8-2007相關(guān)內(nèi)容確定，即“當(dāng)最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/d時(shí)可認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段”。
三、監(jiān)測(cè)結(jié)果及其分析
根據(jù)以往工程實(shí)例，我們把盾構(gòu)施工引發(fā)地表沉降過(guò)程劃分為如下五個(gè)階段，并根據(jù)這五個(gè)階段來(lái)對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。
第一階段：盾構(gòu)到達(dá)前較遠(yuǎn)處盾構(gòu)距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)20m外時(shí)，沉降主要為因盾構(gòu)施工對(duì)土層的輕微擾動(dòng)、路面車(chē)輛活荷載碾壓以及地下水位下降引起的固結(jié)沉降。
第二階段：盾構(gòu)到達(dá)前較近處盾構(gòu)距離監(jiān)測(cè)斷面20～10m時(shí)，因盾構(gòu)推力對(duì)土體擾動(dòng)影響的進(jìn)一步加大、地下水位變化、施工參數(shù)(如土壓、推力等)變化等多方面因素影響，地表產(chǎn)生輕微沉降或隆起。
第三階段：盾構(gòu)掘進(jìn)階段盾構(gòu)切口到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，因盾構(gòu)刀盤(pán)對(duì)土體的擾動(dòng)和盾構(gòu)參數(shù)的設(shè)置共同對(duì)其地表沉降造成的影響。
第四階段：盾尾脫離監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降主要為漿液未及時(shí)充填、同步注漿量不足、施工中土體應(yīng)力狀態(tài)變化較大等多種因素引起地層損失，這是盾構(gòu)施工過(guò)程中產(chǎn)生地表沉降最主要的組成部分。
第五階段：固結(jié)沉降階段由于盾構(gòu)推進(jìn)中的擠壓作用和盾尾壓漿作用等因素，土體骨架還會(huì)發(fā)生持續(xù)較長(zhǎng)的壓縮變形。在此土體蠕變過(guò)程中產(chǎn)生的地面沉降為施工后期沉降。
3.1縱、橫向地表沉降分析
3.1.1橫向地表沉降分析
經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，隧道中線上方沉降量最大，沿兩側(cè)逐漸減小，大部分沉降曲線形狀基本符合PECK的正態(tài)分布曲線。如下圖所示：
由上圖分析得出，盾構(gòu)掘進(jìn)主要影響區(qū)域在隧道軸線8m范圍內(nèi)。沉降槽曲線基本沿隧道軸線點(diǎn)呈典型的正態(tài)分布,在軸線處的沉降值最大，在隧道洞徑范圍是沉降的主要范圍(距軸線4m處的沉降分別是最大沉降的67%、51%、)；距軸線4～8m為次要沉降區(qū)，距軸線6m處的沉降分別是最大沉降的25%、30%、) 距軸線10m外的沉降量小于1mm，12m外的沉降量小于0.5mm。
3.1.2縱向地表沉降分析
在敞開(kāi)式掘進(jìn)情況下，在刀盤(pán)切口前方約6m（約1倍隧道直徑）以外，地面基本無(wú)沉降跡象，部分出現(xiàn)輕微隆起趨勢(shì)（隆起量在2mm左右）；在刀盤(pán)切口離開(kāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)約8m左右開(kāi)始產(chǎn)生沉降，刀盤(pán)切口離開(kāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)5m至10m（約等于盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度9m）是沉降主要發(fā)展階段，這個(gè)范圍的地層主要受盾構(gòu)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)及開(kāi)挖面出土卸載影響，以及盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)盾殼對(duì)圍巖擾動(dòng)的影響，沉降量約占總沉降量的80%以上；刀盤(pán)切口離開(kāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)13~15m后沉降趨于穩(wěn)定，在這個(gè)范圍，盾構(gòu)已通過(guò)，對(duì)地層的擾動(dòng)消失，同時(shí)，盾尾脫出后產(chǎn)生的圍巖與管片間的建筑空隙得到了盾尾同步注漿的及時(shí)同步填充，對(duì)地層產(chǎn)生了很好的支撐作用，有效地抑制了地層沉降的進(jìn)一步發(fā)展。
3.2建筑物的沉降分析
本區(qū)間，盾構(gòu)隧道主要下穿錫澄二村兩棟六層民房，該民房建筑年代久遠(yuǎn)，為淺基礎(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，這也對(duì)沉降監(jiān)測(cè)提出了很高的要求。
錫澄二村房屋沉降統(tǒng)計(jì)表
盾構(gòu)隧道通過(guò)錫澄二村產(chǎn)生的影響非常較小，累計(jì)沉降值普遍小于3mm，差異沉降不到1mm。由此可見(jiàn)，如果盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)的選擇合理，就能大大降低施工的風(fēng)險(xiǎn)，說(shuō)明是可控的。
3.3沉降與掘進(jìn)土倉(cāng)壓力的關(guān)系
?。?）掌子面土倉(cāng)壓力的平衡狀態(tài)變化對(duì)開(kāi)挖面前方的地層影響不大，盾構(gòu)掘進(jìn)期間土倉(cāng)壓力總體控制較好。
由掌子面土倉(cāng)壓力的平衡狀態(tài)變化引起的地表沉降在-3mm左右，沉降數(shù)值普遍很小，說(shuō)明盾構(gòu)土倉(cāng)壓力設(shè)置合理。從總體上看，地表絕大多數(shù)表現(xiàn)為下沉，這也說(shuō)明盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)土倉(cāng)壓力仍可調(diào)整得大一些。一般情況下，盾構(gòu)土壓壓力的設(shè)置應(yīng)使盾構(gòu)上方的地表有略微隆起為好。
?、圃诰蜻M(jìn)160米后，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，修正了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)(土倉(cāng)壓力)，建立有效土倉(cāng)壓力平衡，是控制地層損失、減小地層變位的有效手段。由上圖可見(jiàn)，在同等條件下，土倉(cāng)壓力增大則地表沉降減小，甚至有略微的隆起，達(dá)到了較好的效果。
在城市盾構(gòu)施工比例越來(lái)越大的今天，上述認(rèn)識(shí)對(duì)于盾構(gòu)隧道沉降監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、盾構(gòu)施工等有使用價(jià)值。具有一定的優(yōu)勢(shì)以及廣闊的應(yīng)用前景。
