CN111075460A - 一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，包括以下步骤：(1)盾构下穿建筑物，设置、加固、监测。本发明对每个步骤进行了改进措施，使盾构区间下穿城市密集建筑物实现了高质量安全下穿的目的。

Description

一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法。

背景技术

在城市地表下隧道施工，在对穿越城市密集建筑物的隧道施工中，要求需要对特殊施工段的创新施工方法，对现有隧道盾构下穿城市密集建筑物的施工进行改进，以达到高质量又安全施工的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，是一种改进的新的施工方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，包括以下步骤：

(1)盾构下穿建筑物，设置土压力为：正面平衡压力：P＝k₀γh，P：平衡压力，γ：土体的平均重度(KN/m³)，h：隧道埋深(m)，k₀：土的侧向静止平衡压力系数；

设置推进速度为30～40mm/min，每60cm测量一次纠正盾构机的推进方向；

设置同步注浆浆液配比重量份比例为:水泥200，粉煤灰350，膨润土100，砂600，水550；

推进单环管片造成的理论建筑空隙为：4.04(m³)，设置实际的压注量为每环管片理论建筑空隙的130％～180％，泵送出口处的压力0.2-0.4MPa；

盾构姿态保持盾构水平蛇行小于10mm/环；上下小于5mm/环；

盾构掘进参数：掘进速度(cm)3～4，推力(KN)9000～13000，扭距(KN·m)3000～4000，刀盘转速(rpm)1.0～1.2，土仓压力(MPa)0.15～0.2。

优选地，所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：

(2)掘进通过后加固措施：

1)二次注浆:

管片脱出盾尾后采用二次补强双液浆注浆,双液浆重量份配比为：水泥浆液混合液的水和水泥灰比为0.8：1，水玻璃混合液溶液配比为水玻璃：水为0.6：1，将所述混合液水泥浆液：水玻璃溶液重量份为1：1再次制成混合液；

2)地面注浆加固：

注浆孔布置：注浆孔沿线路穿越范围内建筑物周边轮廓线布置，间距1.5m，孔深比建筑物桩基深2m；采用水泥浆—水玻璃双液浆，浆液配比同上述二次注浆；

注浆量压力：，注浆压力1～2Mpa；

注浆时，当每个孔段达到终压之后，且注浆量单液浆小于20～30升/分，稳定20-30分钟后结束注浆；双液浆泵量小于30～40升/分，持续20分钟后结束注浆。

优选地，所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：

(3)布置监测点：

1)在隧道施工影响范围内的建筑主体结构上设置沉降监测点、倾斜监测点，在每幢需进行监测的建筑物的底部墙体1m高位置布设沉降观测点，布置在建筑物的承重构件、基础角点、柱底部；在建筑顶部每个角布设倾斜、位移观测点；

2)盾构施工对建筑物影响程度分析：按照Peck公式进行计算，Peck公式：

其中：

式中：v—地层损失，地表沉降容积；

Smax—距隧道中心线的最大沉降量；

χ—距隧道中心线的距离；

i—沉降槽宽度系数，沉降槽曲线拐点；

z—隧道中心埋深；

Φ—为土的内摩擦角，对于成层土取加权平均值；

取地面横向沉陷槽宽度W/2≈2.5i，根据Peck公式估算地表沉陷槽宽度最大约为10m，从两侧向中间均匀沉降。

3)盾构施工地表隆陷变化的盾构到达前，盾构到达时，盾构通过时；盾尾通过时，后期沉降阶段中，对地表建筑物变形能力设置控制标准：

砌体承重结构局部倾斜控制：砌体承重结构沿纵墙6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值：对中、低压缩性土为0.002，对高压缩性土为0.003；

对于框架结构和单层框架结构相邻柱基的沉降差控制：框架结构对中、低压缩性土的沉降差为0.002L，对高压缩性土的沉降差为0.003L，L为相邻柱基的中心距离；

对于高层或多层建筑物的基础倾斜：当H＜24m时，中低压缩性土为0.004L，高压缩性土为0.004L；当24≤H＜60m时，中低压缩性土为0.003L，高压缩性土为0.003L。

优选地，所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：施工监测，所述监测内容及布设包括：

1.现场巡查：监测影响范围内地物地貌、隧道内部；

2.地表沉降及隆起：监测影响范围内地表，采用埋深、线间距合理布设方法：

1)盾构始发、到达段，联络通道位置断面间距5m，断面横向布设9-11个测点；

2)盾构始发前50米，10米设置一个监测断面，断面横向布设9-11个测点；

2)盾构始发50～100米，20米设置一个监测断面，断面横向布设9-11个测点；

4)盾构左、右线沿隧道轴线，每5m布设1个中线点；

3.管线沉降：监测影响范围内管线；测点布设方法：

1)盾构主要影响区域内管线，沿管线上方每5～10m布设一个测点；

2)盾构次要影响区域内管线；结合管线的属性，沿管线方向每20～30m布设一个测点；

4.拱顶竖向位移，监测管片初支内侧顶部，与地表中线点位置对应布设：

1)盾构始发与接收段、联络通道区段；

2)地层偏压、围岩软硬不均、地下水位较高等地质条件复杂区段；

3)下穿或临近重要建筑物、管线周边环境条件复杂区段；

4)监测断面在拱顶、拱底、两次拱腰处布设净空收敛测点；

5)竖向位移测点，两侧拱腰处净空收敛测点可兼作水平位移点。

5.建构筑物变形：监测影响范围内建(构)筑物，测点布设方法：

1)竖向位移监测点沿建筑物外墙布设，四角及拐角处有监测点；建筑物位于1倍范围内时，沿外墙每10m或每隔2根承重柱布设1个测点，其余每10m～15m或每隔2～3根承重柱布设1个测点；

2)倾斜监测点布在建筑物的承重柱或外墙上；

3)裂缝监测点布在应力或应力变化较大有代表性部位的裂缝或宽度较大的裂缝；

6.土体分层竖向位移，监测隧道轴线上方地层，测点布设方法：

1)在盾构始发、到达段5～15米范围内，左右线分别布设2个监测点；

2)在盾构施工中换刀位置设置1个监测点；

3)盾构掘进异常位置布设1个监测点；

4)在盾构穿越的建构筑物前后各布设1个测孔；

所述受影响指位于隧道埋深约1～2倍的距离范围。

优选地，所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：所述建构筑物沉降、倾斜及裂缝监测测点布设方法：

建筑物沉降观测基点与地表垂直位移监测网基点共用，将建筑物沉降监测点纳入其中构成闭合线路、附合线路的形式；

观测、计算方法：建筑物沉降观测采用几何水准测量方法，使用精密水准仪进行观测，计算方式：

A、B两点的高差：hab＝a-b(高差＝后视读数-前视读数)的出待定点B的高程HB为：HB＝HA＝hAB

建筑物裂缝观测采用埋钉法，在建筑物大的裂缝两侧各钉一颗钉子，使用游标卡尺测量两侧两颗钉子之间的距离变化来判断裂缝变化长度、宽度、位置；

建筑物倾斜沉降采用差异沉降法，测出建筑物的沉降差，经换算求得倾斜度和倾斜方向；

a.建筑物局部倾斜

基于沉降观测结果作适当计算即可获取不均匀沉降或倾斜，已知结构上相邻的两点A、B，量测距离b，通过水准测量得到点A、B的沉降值ΔS_A、ΔS_B后，进行不均匀沉降(倾斜)计算；

θ角即为所求物产生的倾斜角。

b.建筑物整体倾斜：

建筑物整体倾斜观测，应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物主体的倾斜度，即

倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔD；

算出在X、Y墙面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值ΔD，即：

根据总偏移值ΔD和建筑物的高度H即可计算出其倾斜度i。

优选地，所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：所述受施工影响的管线沉降及差异沉降监测测点布设方法：测点宜布置在管线的接头处，或者对位移变化敏感的部位；

①有检查井的地下管线：打开井盖直接将测点布设到管线上或管线承载体上；

②无检查井但有开挖条件的管线：开挖暴露管线，将测点直接布到管线上；

③无检查井也无开挖条件的管线：可在对应的地表埋设间接观测点；

在管线上布设监测点时，对于封闭的管线可采用抱箍式埋点，对于开放式的管线可在管线或管线支墩上做监测点支架；

地下管线沉降监测计算、观测方法：

地下管线沉降监测点采用几何水准测量方法，使用精密水准仪采用往、返路线进行量测，计算各测点与水准原点的高差，统计并比较各次的高差值，就能得出该次各地下管线沉降监测点的下沉值。

地下管线差异沉降通过管线沉降观测结果计算即可获取不均匀沉降或差异沉降，通过结构上相邻的两点A、B，量测距离b，通过水准测量得到点A、B的沉降值ΔS_A、ΔS_B后，进行不均匀沉降或倾斜计算：

θ角即为所求物产生的倾斜角；

对在无检修井管道沉降监测点埋设时，埋设间接测点的孔径大于150mm。

优选地，所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：所述监测控制基准和预警标准如下表：

本发明相对于现有技术，具有以下技术效果：

一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，通过以下步骤：(1)盾构下穿建筑物，设置、加固、监测方法和监测标准。本发明对每个步骤进行了改进措施，使盾构区间下穿城市密集建筑物实现了高质量安全下穿的目的。

附图说明

图1为本发明盾构区间隧道纵断面图

图2为本发明沉降槽示意图

图3为本发明建(构)筑物直埋式监测点埋设结构示意图

图4-1为本发明不均匀沉降(倾斜)计算示意图1

图4-2为本发明不均匀沉降(倾斜)计算示意图2

图5-1为本发明封闭管道沉降监测点埋设结构示意图

图5-2为本发明开发管道沉降监测点埋设结构示意图

图5-3为本发明无检测井管道沉降监测点埋设结构示意图

图中,1-构建物体，2-沉降监测点，3-回填层，4-井盖，5-支架，6-地下管线。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4-1、图4-2、图5-1、图5-2、图5-3所示的一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，在下述工程区间进行的施工实施。

工程概况

龙灯山车辆出入段线盾构区间(41#、42#、38#)。根据设计图纸，龙灯山车辆出入段线盾构区间出段线1总长2144m，出段线2总长2144m，入段线总长447m；采用3台铁建重工盾构机(DZ193(42#)、DZ194(41#)、DZ046)。由龙灯山车辆段为小里程盾构始发。

区间最大覆土约24m，最小覆土约6m，线路最大曲线半径500m，最小曲线半径300m，最小坡度4‰，最大坡度29.8‰。根据工程筹划出场线盾构机在龙灯山车辆段小里程端盾构井拼装后向北掘进，出场线左线盾构机直接掘进至张家寺站大里程端吊出，出场线右线盾构机在明挖区间空推过站后继续掘进至张家寺站大里程端吊出，入场线盾构机在明挖区间始发掘进至陆肖站吊出。

工程地质，如图1所示。

龙灯山车辆段出入线区间盾构穿越的主要地层有<2-9-3>中密卵石、<2-9-4>密实卵石、<5-3>中等风化泥岩。

<2-9-3>中密卵石：褐灰色、浅灰色，中密，局部稍密，饱和，圆砾、中砂充填，卵石粒径2～15cm，含漂石，漂石含量小于10％，最大粒径约15cm；卵石原岩为石英砂卵石层、花岗岩。据颗粒分析实验：粒径＞20mm的颗粒含量为61.1％～69.9％，粒径为2～20mm的含量为12.1％～22.1％。N120动力触探修正击数7～10击，层厚1.40～5.30m，平均厚度2.24m。

<2-9-4>密实卵石：褐灰色、浅灰色，饱和，密实，为花岗岩及石英质砂卵石层，卵石含量大于70％，卵石粒径2～20cm，含漂石，漂石含量小于10％，最大粒径约20cm，磨圆度较好、分选性差，圆砾、中砂充填。据颗粒分析实验：粒径＞20mm的颗粒含量为70.5％～82.5％，粒径为2～20mm的含量为6.4％～12.8％。N120动力触探修正击数大于10击，层厚1.80～2.10m，平均厚度1.95m。

<5-3>中等风化泥岩：暗红色、紫红色。泥质结构，块状构造，岩质较软，锤击声哑。节理、裂隙较发育，局部裂隙面可见黑色氧化物膜，破碎～较完整。岩芯多呈短柱状，少量长柱状及碎块状。根据室内试验，天然密度ρ＝2.21～2.40cm3，平均值为2.32g/cm3；天然单轴抗压强度fc＝3.00～5.43MPa，饱和单轴抗压强度fc＝1.82～4.02MPa，干燥单轴抗压强度fc＝7.93～13.86MPa，RQD大于80％，岩石为极软岩～软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

施工工期计划

出段线1龙灯山～张家寺，出段线2龙灯山～张家寺，入段线明挖段～陆肖站。

资源配置

机具配置：铁建重工盾构机DZ193、D194、DZ046规格及型号3台隧道掘进，始发基座，反力架，电瓶车，龙门吊，冷却塔，浆液搅拌系统，通风机，双液注浆机，地质钻机，固定式气体检测仪，手持式气体检测仪等。

材料配置：水泥，河砂，膨胀土，盾尾油脂等。

下穿建构筑物空间位置关系

出段线盾构隧道在ZCK0+400～ZCK0+510侧/下穿酒店、汽修厂等密集建筑物。盾构隧道在YCK0+123～Y CK0+181下穿中和人行天桥。盾构隧道在里程CCK1+016～CCK1+375线路下/侧穿及影响范围内的养殖大棚、房屋、商混建筑等。盾构隧道在里程CCK1+590～CCK1+830下穿家具厂房、饭店、茶楼，房屋共计22间。盾构隧道在ZCK1+905～ZCK1+955侧穿医院家属楼，家属楼共计6栋。

盾构下穿建筑物措施

(1)准备措施

①在盾构施工之前对建筑物现状进行详细调查、记录。

②在到达建筑前30m左右对盾构机、门吊等设备检查维修。

③对刀具进行全面检查，对磨损量超过15mm的刀具进行更换。

④施工前制定完善的监测方案，并完成各监测点的埋设。

⑤配备现代化的通信设施，做到信息化施工。

⑥各类应急材料准备齐全，并运送至现场。

(2)掘进施工措施

①合理设置土压力，防止超挖

在盾构推进的过程中，根据理论计算、前期掘进数据和监测数据及时调整土压力值，从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等参数，防止超挖，以减少对土体的扰动。如图2所示，

正面平衡压力：P＝k₀γh

P：平衡压力(包括地下水)

γ：土体的平均重度(KN/m³)

h：隧道埋深(m)

k₀：土的侧向静止平衡压力系数

②渣土改良

为保证一个正常的工作范围，减少刀盘的磨损，在掘进过程预先对掌子面土体进行改良，通过对刀盘前方土体注入泡沫剂，以减少刀盘的扭矩，降低刀盘的油压，并使渣土具有适当的和易性。

③推进速度

下穿建(构)筑物时保证推进速度的恒定、稳定，严格控制盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏。推进速度控制在30～40mm/min，并控制推进力。

在下穿建筑物的推进过程中，每60cm测量一次盾构机的推进方向，尽可能减少纠偏，特别是要杜绝大量值纠偏，同时在盾构下穿期间，保持匀速推进，从而保证盾构机平稳地下穿建筑物。

④同步注浆

浆液的具体配比如下表：(Kg/m³)

浆液配比表:水泥(kg)200，粉煤灰(kg)350，膨润土(kg)100，砂(kg)600，水(kg)550，外加剂按需要根据试验加入

推进单环管片造成的理论建筑空隙为：

1.5π(6.28²－6.0²)/4＝4.04(m³)

实际的压注量为每环管片理论建筑空隙的130％～180％，即每推进一环同步注浆量为5.2～7.2m³，这里取最大值到7m³。泵送出口处的压力一般控制在0.3MPa左右，实际施工压力还应视地面沉降进行调节和控制。

⑤控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀

盾构姿态控制：盾构水平蛇行小于10mm/环；上下控制5mm/环。盾构推进过程中的同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要因素，以往的经验显示，盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆，地面沉降，因此在盾构下穿建筑物期间，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，盾尾四周间隙均匀。另外通过加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失。同时采用性能较好的盾尾油脂。

⑥加强施工过程管理，确保盾构连续穿越。

盾构推进过程中长时间的停机易造成地面大量的沉降，为了确保24h连续推进，在穿越前对盾构机及其他故障和缺陷，会同设备供应商共同检测修理，并对可能出现的故障预先做好修理准备，对主要设备零件的备件在施工前配备齐全。

⑦在盾构下穿建筑物期间，进行24h人员蹲守巡视，一旦发现异常迹象，立即上报项目部领导，并根据情况采取适当措施进行处理。

表4.2-1盾构掘进参数控制：掘进速度(cm)3～4，推力(KN)9000～13000，扭距(KN·m)3000～4000，刀盘转速(rpm)1.0～1.2，土仓压力(MPa)0.15～0.2。

(3)掘进通过后加固措施

1、二次注浆

管片脱出盾尾后采用二次补强注浆来满足工程质量要求。

二次补强注浆根据始发时地层情况选择材料和浆液配比，采用双液浆，双液浆配比：水泥浆液水灰比为0.8：1(质量比)，水玻璃溶液配比为水玻璃：水＝0.6：1(体积比)，水泥浆液：水玻璃溶液＝1：1(体积比)。

2、地面注浆加固

在盾构穿越建(构)筑物后，继续对掘进过后的该建筑物结构进行监控量测，并进行24h巡视，一旦发现异常现象或建筑物变形超标，及时采取地面注浆加固。

(1)、注浆孔布置

注浆孔沿建筑物周边轮廓线布置，主要在线路穿越范围内布置，间距1.5m，孔深比建筑物桩基深2m。

(2)、浆液

采用水泥浆—水玻璃双液浆，浆液配合比初步确定：注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，双液浆配比：水泥浆液水灰比为0.8：1(质量比)，水玻璃溶液配比为水玻璃：水＝0.6：1(体积比)，水泥浆液：水玻璃溶液＝1：1(体积比)。具体的浆液配合比通过在注浆前及起先几个孔注浆时的现场试验确定。

(3)、注浆量及压力

注浆以加固土体，提高建筑物基础承载力为目的，同时也考虑到建筑物的安全，施工过程中通过加强监测，缓慢加大注浆压力，注浆压力一般控制在1～2Mpa；注浆量根据地层加固区需充填的地层孔隙数量及现场试验来确定；同时也应加强各方面的监测，以便指导注浆。

(4)、注浆步骤：

注浆孔采用钻机钻孔，用双液注浆泵注浆，浆液在进入土体前混合。注浆前先注水试压，注水压力1Mpa，持续20min左右。根据选定的参数配制注浆浆液，水泥浆液配好后用筛过滤一遍。按设计连接注浆管路并做好注浆系统的检查。按设计压力、注浆量及时注浆。注浆时，压力逐渐由低到高，排量逐渐减少，并逐渐趋于平衡，可视为正常。时刻注意泵口及孔内压力、流量变化。若压力不升，流量不减，或注入30min后压力上升过快，流量减少亦快，调换浆液配比或调整浆液凝胶时间，并防止堵管事故的发生。当每个孔段达到终压之后，且注浆量单液浆小于20～30升/分，稳定20-30分钟后，即可结束注浆。双液浆泵量小于30～40升/分，持续20分钟后可结束注浆。

(5)布置监测点

沿隧道中心线布设监测点，有条件的对建筑内增布测点。在隧道施工影响范围内的建筑主体结构上设置沉降监测点、倾斜监测点。在每幢需进行监测的建筑物的底部墙体1m高位置布设沉降观测点，主要布置在建筑物的承重构件、基础角点、柱底部，长边时适当加密测点；在建筑顶部每个角布设倾斜、位移观测点。

4.6施工对既有建筑物影响程度分析

1、施工影响范围计算

盾构施工影响范围可按照Peck公式进行计算，沉降槽计算：

Peck公式：

其中：

式中：v—地层损失(地表沉降容积)；

Smax—距隧道中心线的最大沉降量；

χ—距隧道中心线的距离；

i—沉降槽宽度系数(沉降槽曲线拐点)；

z—隧道中心埋深；

Φ—为土的内摩擦角，对于成层土取加权平均值。

根据经验，地面横向沉陷槽宽度W/2≈2.5i。

根据Peck公式估算地表沉陷槽宽度最大约为10m，从两侧向中间均匀沉降。

2、地表隆陷变化规律

根据盾构施工特点，地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段：

(1)、盾构到达前

盾构到达前，地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制，当土仓压力较大而出土量较少时，地表呈隆起状态；当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态。

(2)、盾构到达时

盾构到达时，地表变形承接(1)阶段的发展。但变化速率增大。是地表隆陷的峰值段。

(3)、盾构通过时

盾构通过时，一般情况地表会呈沉降变化；若注浆及时饱满，充填率超过200％时，会表现为隆起。

(4)、盾尾通过时

盾尾通过时，最易发生突沉，突沉量可达30mm，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。

(5)、后期沉降

盾尾通过后，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。

盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面：

(1)、开挖面土压不平衡引起的土体损失；

(2)、盾构蛇行纠偏引起的土体损失；

(3)、盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；

(4)、注浆材料固结收缩；

(5)、隧道渗漏水造成土体的排水固结；

(6)、衬砌环变形和隧道纵向沉降；

(7)、土体扰动后重新固结。

地表建筑物变形能力分析

由于地基不均匀等因素产生的变形，对于砌体承重结构应有局部倾斜控制，砌体承重结构沿纵墙6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值：对中、低压缩性土为0.002，对高压缩性土为0.003。

对于框架结构和单层框架结构应有相邻柱基的沉降差控制，框架结构对中、低压缩性土的沉降差为0.002L，对高压缩性土的沉降差为0.003L，L为相邻柱基的中心距离。

对于高层或多层建筑物的基础倾斜：

H＜24m，中低压缩性土为0.004L，高压缩性土为0.004L。

24≤H＜60m，中低压缩性土为0.003L，高压缩性土为0.003L。

施工监测

监测项目及要求

现场配备的仪器设备精度满足规范要求，所有进场仪器设备均具有合格的检定证书，定期进行监测仪器设备的保养、维护，保证所有的仪器设备处于良好的工作状态。

(1)施工期间基准点、工作基点等每月复核一次，并给出复测报告及时修正工作基点的坐标和高程值。

(2)采用相同的观测方法和观测路线；使用同一监测仪器和设备；固定观测人员；在基本相同的环境和条件下工作。

(3)沉降观测的闭合差按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008中的Ⅱ级水准测量限差执行。水平位移监测按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008中的Ⅱ级技术要求与监测方法执行。

(4)集合设计图记性监测布点图绘制，根据监测布点图进行现场布点，无法布设的监测点根据现场情况进行调整。

(5)各县监测点埋设完毕且稳点后，初始值测试应连续3次并取平均值的平均数作为原始基准数据。

(6)所有测量器材及测量仪器需要经过鉴定偶使用，水准仪的i角按国家一、二等水准测量要求定期检核，并不得大于10″。

(7)检测过程中加强对现场测点的保护，发现问题及时与有关单位联系，若因施工不慎损坏测点，应当尽最大努力进行补救。对于被损坏而无法进行补救的测点，应及时利用附近布设的备用监测点，以保证监测点位的不缺失，保证监测数据能准确的反应变形情况，用来保证施工安全。

(8)当出现预警状态或突发险情时，勘察设计单位、施工单位、监理单位、第三方监测单位等有关单位在信息报送的同时，应及时进行先期风险处置，加强监测、巡视，防止风险扩大和次生险情的发生。

(9)对各周期观测过程中发现的相邻观测点高差变动迹象、地质地貌异常、附近建筑物基础和墙体裂缝等情况，及时上报并分析原因，应做好记录，并画草图。

表1监测内容及布设原则

监测频率

工程监测频率的确定应满足能反映监测对象所测项目的重要变化过程而又不遗漏其变化时刻的要求。盾构工程的监测频率需综合考虑盾构类别、盾构及地下工程的不同施工阶段以及周边环境、自然条件的变化和当地经验而确定。在无数据异常和事故征兆的情况下，开挖后现场监测频率可按施工进程确定。

地表沉降：

1、监测目的

该项目监测目的是监控盾构施工周围土体的位移，了解土体稳定性，同时也可对围护结构的安全状况间接判断。

2、测量形式及工作原理

对于地表沉降监测，以成都地铁6号线一、二期工程高程系统为基准通过闭合、附和水准路线建立垂直位移监测网。控制点由基准点和工作基点组成。一般情况下，基准点可利用设计单位提供给的测量控制点(与同步复测成果)。若无法利用设计单位提供的测量控制点可选择较稳定位置自行制作。

3、测点布设原则及方法

沉降监测点按照设计图纸中的要求，在施工影响范围内的地表布置，原则如下：地表沉降监测点采用人工开挖或钻具成孔的方式进行埋设，要求穿透路面结构层。测点加保护盖，孔径不得小于80mm。道路、地表沉降监测测点应埋设平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，同时，测点埋设稳固，做好清晰标记，方便保护。埋设方法如下图：

地表沉降测点采用人工开挖或钻具成孔的方式进行埋设，埋设步骤如下：

a.土质地表使用洛阳铲，硬质地表使用工程钻具，开挖直径约130mm，深度约1m孔洞，夯实孔洞底部；

b.清除渣土，向孔洞内部注入适量清水养护；

c.在孔中心置入长度不小于100cm的钢筋标志，露出填充物面约1～2cm，测点高度要低于路面高度，以避免行车对其影响，并用粗沙回填夯实；

d.上部加装钢制保护盖(直径不小于110mm)；

e.养护15天以上(此方法使测点以端承的方式直接反映土层变化)。

4、观测、计算方法及要求

水准监测网观测采用几何水准测量方法，使用精密水准仪进行观测，

计算方式：A、B两点的高差：hab＝a-b(高差＝后视读数-前视读数)的出待定点B的高程HB为：HB＝HA＝hAB

主要技术要求如下：

a.基准点、工作基点观测按《工程测量规范》GB50026-2007二等垂直位移监测网技术要求观测。

b.观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。观测顺序：往测：后、前、前、后；返测：前、后、后、前。

建(构)筑物沉降、倾斜及裂缝，如图3所示，

1、监测目的

盾构施工会引起建筑物产生沉降、倾斜和裂缝，为全面了解施工引起的对周围建筑物的影响情况，在施工期间内，在建筑物墙角的承重结构上设置测点，观测盾构施工过程中建筑物的下沉及倾斜，据以判定建筑物的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。

2、测点布设原则及方法

建筑物沉降观测基点与地表垂直位移监测网基点共用，将建筑物沉降监测点纳入其中构成闭合线路、附合线路等形式。建筑物上布设的沉降监测点采用方式：

钻孔方式步骤：

a.使用电动钻具在选定部位钻直径18mm，深度约120mm孔洞；

b.清除孔洞内渣质，注入适量清水养护；

c.向孔洞内注入适量搅拌均匀的锚固剂；

d.放入观测点标志,使用锚固剂回填标志与孔洞之间的空隙,养护15天以上。

3、观测、计算方法及要求

建筑物沉降观测采用几何水准测量方法，使用精密水准仪进行观测，其技术要求及观测注意事项与地表沉降监测要求一致。

计算方式：A、B两点的高差：hab＝a-b(高差＝后视读数-前视读数)的出待定点B的高程HB为：HB＝HA＝hAB

建筑物裂缝观测采用埋钉法，在建筑物大的裂缝两侧各钉一颗钉子，使用游标卡尺测量两侧两颗钉子之间的距离变化来判断裂缝变化长度、宽度、位置。

建筑物倾斜沉降采用差异沉降法，测出建筑物的沉降差，经换算求得倾斜度和倾斜方向。

a.建筑物局部倾斜

沉降监测点观测按《工程测量规范》GB50026-2007二等垂直位移监测网技术要求观测，其技术要求及观测注意事项与地表沉降监测要求一致。

基于沉降观测结果作适当计算即可获取不均匀沉降(倾斜)，已知结构上相邻的两点A、B(距离b可量测)，通过水准测量得到点A、B的沉降值ΔS_A、ΔS_B后，进行不均匀沉降(倾斜)计算，如图4-1所示。

θ角即为所求物产生的倾斜角。

b.建筑物整体倾斜

建筑物整体倾斜观测，应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物主体的倾斜度，即

倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔD，如图4-2所示。

算出在X、Y墙面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值ΔD，即：

根据总偏移值ΔD和建筑物的高度H即可计算出其倾斜度i。

4、监测点埋设安全保证措施

a.钻机使用前，应检查钻机设备的性能是否处于良好状态，应检查接入电源是否安全，应确保电源线无破损、无漏电现象；

b.在钻孔断面位置前后50m处设置施工标志牌，提醒往来行人、车辆司机前方有施工作业(监测点埋设作业)；

c.工作人员应着工作服，穿反光背心，戴工作帽进入施工现场；

d.安排专人观察道路施工现场往来车辆状况、附近高空坠物现象等，必要时提醒司机请注意前方施工情况；

e.监测点埋设完毕后，及时清理现场。

测点布设位置详见测点布置图。

管线沉降及差异沉降

(1)监测目的

盾构施工时地下管线沉降和差异沉降情况，据以判定地下管线的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。

(2)测点布设原则及方法

地下管线6沉降监测点在受施工影响的管线上设置，布置的原则为：

①原则上地下管线6监测点重点布设在煤气管、给水管、污水管、大型雨水管及市政管线方沟上，测点布置时要考虑地下管线与工程的相对位置关系；

②点宜布置在管线的接头处，或者对位移变化敏感的部位；

③据设计图纸要求，有特殊要求的管线布置管线管顶测2点，无特殊要求的布置在管线上方对应地表监测点处。

地下管线沉降监测点埋设方式如下：

①有检查井的地下管线应打开井盖4直接将测点布设到管线上或管线承载体5上；

②无检查井但有开挖条件的管线应开挖暴露管线，将测点直接布到管线上；

④检查井也无开挖条件的管线可在对应的地表埋设间接观测点；

在地下管线6上布设监测点时，对于封闭的管线可采用抱箍式埋点，对于开放式的管线可在管线或管线支墩上做监测点支架。

(3)计算、观测方法及要求

地下管线沉降监测点采用几何水准测量方法，使用精密水准仪采用往、返路线进行量测。其技术要求及观测注意事项与地表沉降监测点要求一致。成果合格后，计算各测点与水准原点的高差。统计并比较各次的高差值，就能得出该次各地下管线沉降监测点的下沉值。

地下管线差异沉降通过管线沉降观测结果计算即可获取不均匀沉降(差异沉降)，通过结构上相邻的两点A、B，差值为量测距离b，通过水准测量得到点A、B的沉降值ΔS_A、ΔS_B后，进行不均匀沉降(倾斜)计算：

θ角即为所求物产生的倾斜角。

地下管线沉降监测点埋设时应注意准确调查核实管线位置，确保测点能够准确反映管线变形，采用钻孔埋设方式测点埋设前应探明有无其它管线，确保埋设安全。在无检修井管道沉降监测点埋设时，埋设间接测点的孔径不得小于150mm。

地下水位

(1)监测目的

了解施工对周边地下水位影响情况和检验盾构施工中降水效果。

(2)测量形式及工作原理

选择典型位置设置水位观测井对水位变化进行观测，以掌握降水施工的效果，指导施工工作有效进行。地下水位观测设备采用水位仪，观测精度为1mm，其工作原理以水为导体，当测头接触到地下水时，报警器发出报警信号，此时读取与测头连接的标尺刻度，此读数为水位与固定测定的垂直距离，再通过固定测点的标高及与地面的相对位置换算成从地面算起的水位埋深及水位标高。

(3)测点布设原则及方法

测孔埋设采用地质钻钻孔，孔深应根据要求而定。测管用Φ50mm的PVC塑料管作测管，管壁梅花型φ5@100mm钻孔，测管的连接用锚枪施作锚钉固定，水位孔布设图与土体水平位移测孔相同，测孔的安装应确保测出施工期间水位的变化。除此之外还可利用降水井观测地下水位。

(4)计算、观测方法及要求

地下水位监测采用钢尺水位计，钢尺水位计的工作原理是在已埋设好的水管中缓慢向下放入水位计测头，当测头接触到水面时，启动讯响器，此时读取测量钢尺在管顶位置的读数，每次读取管顶读数对应的管顶位置应一致，并固定读数人员根据管顶高程、管顶与地面的高差，即可计算地下水位的高程和埋深。

控制基准和报警值

监测预警是监测工作的目的之一，是预防工程事故发生、确保工程结构及周边环境安全的重要措施。监测控制值和预警值是监测工作实施的前提，是监测期间工程结构及周边环境处于正常、异常和危险三种状态进行判断的重要依据，因此确定监测控制值和报警值是必要的。监测控制值和报警值一般采用监测变量累计值和变化速率两项指标共同控制。

监测控制值和报警值应由工程设计方根据工程的设计计算结果、周边环境中被保护对象的控制要求等确定，监测工作实施过程中，根据设计文件和规范要求，确定适合本工程的监测控制值和报警值，本工程采用的监测控制值和报警值如下表：

表2监测项目控制、预警标准

监测反馈程序：为保证量测数据的真实可靠及连续性，制定各项质量监测保证措施。

监测报告、处置及消警流程

严格地铁地铁建设工程监控量测管理办法，执行险情的报告、处置、消警处理险情。

应急预案：为迅速、高效和有序地做好生产经营活动中各类突发性安全事故应急救援工作，避免事态扩大，最大限度地降低事故所造成的人员伤亡和财产损失，确保项目生产和经营活动顺利进行，确立应急救援措施的重要位置：

1、盾构掘进事故应急措施，

1、管线应急措施，

2、地表沉陷事故应急措施，

2、建(构)筑物应急措施，

3、地表沉降的预防及处理措施，

4、防洪、防汛事故应急措施。

Claims (7)

1.一种下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，包括以下步骤：

(1)盾构下穿建筑物，设置推进速度为30～40mm/min，每60cm测量一次，纠正盾构机的推进方向；设置同步注浆浆液配比重量份比例为:水泥100-300，粉煤灰300-400，膨润土80-120，砂500-700，水500-600；

推进单环管片造成的理论建筑空隙为：4.04(m³)，设置实际的压注量为该每环管片理论建筑空隙的130％～180％，泵送出口处的压力0.2-0.4MPa；

盾构掘进参数：掘进速度(cm)3～4，推力(KN)9000～13000，扭距(KN·m)3000～4000，刀盘转速(rpm)1.0～1.2，土仓压力(MPa)0.15～0.2。

2.根据权利要求1所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：

(2)掘进通过后加固措施：

1)二次注浆:

管片脱出盾尾后采用二次补强双液浆注浆,双液浆重量份配比为：水泥浆液混合液的水和水泥灰比为0.8：1；水玻璃混合液溶液配比水玻璃：水为0.6：1；将所述混合液水泥浆液：水玻璃溶液重量份比例为1：1再次制成混合液；

2)地面注浆加固：

注浆孔布置：注浆孔沿线路穿越范围建筑物的周边轮廓线布置，间距1.5m，孔深比建筑物桩基深1-3m；采用水泥浆—水玻璃双液浆，浆液配比同上述二次注浆；

注浆量压力：，注浆压力1～2Mpa；

注浆时，当每个孔段达到终压之后，且注浆量单液浆小于20～30升/分，稳定20-30分钟后结束注浆；双液浆泵量小于30～40升/分，持续15-25分钟后结束注浆。

3.根据权利要求1所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：

(3)布置监测点：

1)在隧道施工影响范围内的建筑主体结构上设置沉降监测点、倾斜监测点，在每幢需进行监测的建筑物的底部墙体1m高位置布设沉降观测点，布置在建筑物的承重构件、基础角点、柱底部；在建筑顶部每个角布设倾斜、位移观测点；

2)盾构施工对建筑物影响程度分析：按照Peck公式进行计算，Peck公式：

其中：

式中：v—地层损失，地表沉降容积；

Smax—距隧道中心线的最大沉降量；

χ—距隧道中心线的距离；

i—沉降槽宽度系数，沉降槽曲线拐点；

z—隧道中心埋深；

Φ—为土的内摩擦角，对于成层土取加权平均值；

取地面横向沉陷槽宽度W/2≈2.5i，根据Peck公式估算地表沉陷槽宽度最大为8-12m，从两侧向中间均匀沉降；

3)盾构施工地表隆陷变化的盾构到达前、盾构到达时、盾构通过时、盾尾通过时、后期沉降阶段中，对地表建筑物变形能力设置控制标准，如下：

砌体承重结构局部倾斜控制：砌体承重结构沿纵墙6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值：对中、低压缩性土为0.002，对高压缩性土为0.003；

对于框架结构和单层框架结构相邻柱基的沉降差控制：框架结构对中、低压缩性土的沉降差为0.002L，对高压缩性土的沉降差为0.003L，L为相邻柱基的中心距离；

对于高层或多层建筑物的基础倾斜：当H＜24m时，中低压缩性土为0.004L，高压缩性土为0.004L；当24≤H＜60m时，中低压缩性土为0.003L，高压缩性土为0.003L。

4.根据权利要求1-4之一的所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：施工监测，包括：

1.现场巡查：监测影响范围内地物地貌、隧道内部；

2.地表沉降及隆起：监测影响范围内地表，采用埋深、线间距合理布设方法：

1)盾构始发、到达段，联络通道位置断面间距5m，断面横向布设9-11个测点；

2)盾构始发前50米，10米设置一个监测断面，断面横向布设9-11个测点；

3)盾构始发50～100米，20米设置一个监测断面，断面横向布设9-11个测点；

4)盾构左、右线沿隧道轴线，每5m布设1个中线点；

3.管线沉降：监测影响范围内管线；测点布设方法：

1)盾构主要影响区域内管线，沿管线上方每5～10m布设一个测点；

2)盾构次要影响区域内管线；沿管线方向每20～30m布设一个测点；

4.拱顶竖向位移，监测管片初支内侧顶部，与地表中线点位置对应布设：

1)盾构始发与接收段、联络通道区段；

2)地层偏压、围岩软硬不均、地下水位较高地质条件复杂区段；

3)下穿或临近重要建筑物、管线周边环境条件复杂区段；

4)监测断面在拱顶、拱底、两次拱腰处布设净空收敛测点；

5)竖向位移测点，两侧拱腰处净空收敛测点可兼作水平位移点。

5.建构筑物变形：监测影响范围内建构筑物，测点布设方法：

1)竖向位移监测点沿建筑物外墙布设，四角及拐角处有监测点；建筑物位于1倍范围内时，沿外墙每10m或每隔2根承重柱布设1个测点，其余每10m～15m或每隔2～3根承重柱布设1个测点；

2)倾斜监测点布在建筑物的承重柱或外墙上；

3)裂缝监测点布在应力或应力变化较大有代表性部位的裂缝或宽度较大的裂缝；

6.土体分层竖向位移，监测隧道轴线上方地层，测点布设方法：

1)在盾构始发、到达段5～15米范围内，左右线分别布设2个监测点；

2)在盾构施工中换刀位置设置1个监测点；

3)盾构掘进异常位置布设1个监测点；

4)在盾构穿越的建构筑物前后各布设1个测孔；

所述受影响指位于隧道埋深约1～2倍的距离范围。

5.根据权利要求4的所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：所述建构筑物沉降、倾斜及裂缝监测测点布设方法：

建筑物沉降观测基点与地表垂直位移监测网基点共用，将建筑物沉降监测点纳入其中构成闭合线路、附合线路的形式；

观测、计算方法：建筑物沉降观测采用几何水准测量方法，使用精密水准仪进行观测，计算方式：

A、B两点的高差：hab＝a-b(高差＝后视读数-前视读数)的出待定点B的高程HB为：HB＝HA＝hAB

建筑物裂缝观测采用埋钉法，在建筑物大的裂缝两侧各钉一颗钉子，使用游标卡尺测量两侧两颗钉子之间的距离变化来判断裂缝变化长度、宽度、位置；

建筑物倾斜沉降采用差异沉降法，测出建筑物的沉降差，经换算求得倾斜度和倾斜方向；

a.建筑物局部倾斜

基于沉降观测结果作适当计算即可获取不均匀沉降或倾斜，已知结构上相邻的两点A、B，量测距离b，通过水准测量得到点A、B的沉降值ΔS_A、ΔS_B后，进行不均匀沉降(倾斜)计算；

θ角即为所求物产生的倾斜角。

b.建筑物整体倾斜：

建筑物整体倾斜观测，应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物主体的倾斜度，即

倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔD；

算出在X、Y墙面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值ΔD，即：

根据总偏移值ΔD和建筑物的高度H即可计算出其倾斜度i。

6.根据权利要求4的所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：所述受施工影响的管线沉降及差异沉降监测测点布设方法：测点宜布置在管线的接头处，或者对位移变化敏感的部位；

①有检查井的地下管线：打开井盖直接将测点布设到管线上或管线承载体上；

②无检查井但有开挖条件的管线：开挖暴露管线，将测点直接布到管线上；

③无检查井也无开挖条件的管线：在对应的地表埋设间接观测点；

在管线上布设监测点时，对于上述封闭的管线采用抱箍式埋点，对于上述开放式的管线在管线或管线支墩上做监测点支架；

对在无检修井管道沉降监测点埋设时，埋设间接测点的孔径大于150mm。

7.根据权利要求4的所述下穿城市密集建筑物的盾构施工及监测方法，还包括以下步骤：所述监测控制基准和预警标准如下表：

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