地铁盾构隧道施工监测PPT课件.ppt

地下结构试验与测试技术第七章盾构隧道工程监测 夏才初 1 第七章地铁盾构隧道施工监测 7 1盾构概述一 盾构隧道的用途盾构隧道机械化程度高 对地层的适应性好 广泛应用于 2 水底公路隧道 延安东路隧道北段 延安东路隧道南段 3 城市地下铁道 新加坡隧道施工 上海地铁区间隧道 4 大型市政工程等 亮马河北路污水工程盾构段 坝河污水截流管工程 5 二 盾构隧道的施工过程 6 三盾构基坑监测目的 在盾构隧道施工中需进行监测是因为 穿越地层的地质条件千变万化 岩土介质的物理力学性质异常复杂 勘察的局部的和有限的 对岩土物理力学性质认识的不确定性和不完善性 沉降预估理论的不准确性 7 施工监测的主要目的 及时反馈 改进施工工艺和参数 减少土体的变形 预测土体变形 为是否或怎样保护地面建 构 筑物提供依据 控制隧道和地面建 构 筑的沉降在允许的范围内 研究不同地层条件下施工工艺对土体变形的影响规律 研究地表沉降和土体变形的分析计算方法等结累数据 发生工程环境责任事故时 为仲裁提供证据 验证结构的安全性和设计的合理性 8 7 2盾构隧道监测的项目和方法 表7 1盾构隧道施工监测项目和仪器 9 10 盾构隧道施工监测的对象 土体介质 隧道结构 地面周边环境 盾构隧道施工监测的部位 地面建 构 筑物 地表 土体内 隧道结构 盾构隧道施工监测的类型 建筑物和管线及其基础等的沉降和水平位移 土体的沉降和水平位移 地表和土体内 地层水土压力和水位变化 盾构隧道结构内力 外力和变形 11 7 3盾构隧道监测方案的设计 一 监测项目的确定 监测项目的选择要考虑的因素 1 工程地质和水文地质情况 2 隧道埋深 直径 结构型式和施工工艺 3 双线隧道与临近隧道或管道的间距 4 地面临近建 构 筑物的尺寸 位置 结构特点等 5 设计提供的变形及其它控制值及其安全储备系数 6 工程的具体情况和特殊要求 12 表7 2盾构隧道基本监测项目的确定 13 必须监测的项目 建筑物在盾构施工影响范围以内 基础已作加固 需监测 建筑物在盾构施工影响范围以内 但基础未作加固 需监测 系指地面和地下的一切建筑物和构筑物的沉降 水平位移和裂缝 14 二 施测部位和测点布置的确定地表变形和沉降监测点的布置 前100米首推段 沿轴线布设纵监测剖面 垂直轴线布设横监测剖面 纵监测剖面上测点间距小于盾构长度 约为3 7米 沿轴线每隔20 30米布设一个横监测剖面 横剖面上按距轴线2 5 9米递增布设测点 横剖面上测点布设的范围为2 3倍盾构外径 在该范围内的建筑物和管线等也需监测其变形 15 根据以上监测结果可绘制纵 横断面的地表变形曲线 布设实例见图5 2 16 地表变形和沉降监测点的布置 正常段 测点沿轴线布设 间距小于盾构长度 约为3 7米 监测距隧道轴线2 3倍盾构外径范围内的建筑 构 物的变形 其它监测项目的布设 土体分层沉降测孔一般布置在隧道中心线上 土体深层水平位移沿盾构中心线前方和两侧设测孔 土体回弹测点设在盾构前方一侧的盾构底部以上土体中 隧道沉降每10 15个衬砌环设置一个沉降点 17 各种类型的水位观测井见图5 3 18 三 监测频率的确定L 20米 w 30米 1次 天 其中 L D米 t3天 L w 30米 1次 天 t 3天 L w 30米 1 2次 周 注 盾构切口前后 切口后 D w盾构直径和长度 19 四 盾构推进引起的地层移动特征及估算方法 盾构推进引起地层移动的因素 如图5 4 20 主观因素 盾构型式 辅助工法 衬砌壁后注浆 施工管理情况等 客观因素 隧道线型 盾构外径 埋深等设计条件 土的强度和变形特性 地下水位等地质条件 21 地层移动特征L l3m H D m 地下水位下降引起的前期固结沉降 近切口处 欠挖导致地表隆起 超挖导致地表沉降 从切口到达至盾尾通过 土体扰动后引起的沉降 盾尾通过后 盾尾间隙的沉降 后期沉降 地层扰动引起的次固结沉降 注 H为隧道上部土层的覆盖深度 22 地表沉降的估算地表沉降的估算方法主要有派克法 有限元法和考虑固结因素的派克修正公式 1 派克 Peck 法假设 沉降槽的体积等于地层损失的体积 地层损失在隧道长度上均匀分布 23 地面沉降的横向分布为正态分布 如图5 5所示 24 地表沉降槽的横向沉降量分布公式 5 1 式中 s x 沉降量 m Vi 沿隧道长度的地层损失量 m3 m x 距隧道中心线的距离 m i 沉降槽宽度系数 即隧道中心至沉降曲线反弯点的距离 m 5 1 25 地表沉降槽的纵向沉降量分布公式 5 2 如图5 6 26 式中 s y 沉降量 m y yf 分别为沉降点和盾构开挖面至坐标轴原点o点的距离 m yi 盾构推进起始点处盾构开挖面至原点o点的距离 m L 盾构长度 VL1 盾构开挖面引起的地层损失 VL2 盾尾空隙压浆不足及其它施工因素引起的地层损失 由查表得 27 2 竹山乔实用公式用弹性介质有限元法分析得出的地表沉降估算公式 5 3 式中 H 隧道的覆盖深度 m D 盾构外径 m 多层土的等效平均弹性模量 Rowe和Hack提出的间隙值g与地层损失的关系 5 4 式中 Dm为隧道外外径 m 盾尾通过后周围土体向隧道外周位移 由此引起地表沉降曲线与正态分布曲线基本相似 5 3 5 4 28 3 考虑固结因素的Peck修正公式假设盾尾压浆引起固结沉降为 5 5 式中 隧道顶部超孔隙水压力的平均值 MPa 土骨架的平均压缩模量 MPa H 盾构埋深 m 固结沉降量 m 由固结沉降而引起的单位长度地层损失量为 5 5 29 距隧道中心线x处在t时间内的固结沉降量为 5 6 式中 隧道顶部土体加权平均渗透系数 m d 考虑施工因素和固结因素 则沉降量s x t 的计算公式为 5 7 5 6 5 7 30 4盾构隧道施工监测实例 一 监测实例之一 上海地铁一号线工程概况盾构 外径6 2m 内径5 5m 管片 厚35cm 宽100cm 一环6片 螺栓 环向 12根M27 400 环间 16根M30 950 覆土 厚度 6 8m 淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土层 地表沉降监测结果 31 地表变形纵剖面曲线 见图5 7 32 地表变形横剖面曲线 见图5 8 33 变形的特点为 1 盾构到达前 L 3 l2m H D 地表已产生变形 L 5 l2m 地表隆陷量小于0 5cm L 3 5m 地表隆陷量小于1cm 2 盾构到达时 L 3 lm 隆陷量增大到1 5cm 3 盾构通过时 L l w 沉降量达1 0 2 0cm 一般沉降 4 盾尾通过时 L w w 4m 沉降量最大可达1 0 2 0cm 34 5 盾尾通过后 固结沉降 10天后的沉降速率约为1mm d 30天后降至0 2mm d 100天后0 06mm d 100天内的后期固结沉降可达3 0cm 6 横向地表沉降槽为正态曲线分布 两侧影响范围离轴线约12m 7 主要影响范围离轴线约5m以内 其沉降量是沉降槽总面积的80 35 地面建筑物保护情况地面建筑物 3层框架结构厂房 地下有一砖砌防空洞 保护措施 地面双液跟踪注浆 从盾尾脱出开始 厂房东西向沉降曲线如图5 9 厂房沉降不对称 36 结果 厂房未发现开裂 37 沪杭线道口 隧道覆土厚7m 保护措施 地面双液跟踪注浆 从盾尾脱出开始 铁路沉降情况 在盾构通过铁路时 隆起量小于1 0cm 盾尾脱出时 沉降量控制在1 5cm以内 后期累计沉降量控制在3 0cm以内 结果 沪杭铁路在施工期间运营正常 38 二 监测实例之二1 上海地铁二号线工程概况盾构 外径6 2m 内径5 5m 管片 厚35cm 宽100cm 一环6片 螺栓 环向 12根M27 400 环间 16根M30 950 覆土 厚度 6 8m 淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土层 2 监测内容和测点布设监测内容 地面沉降监测 轴线附近建筑物及地下管线沉降 监测范围 距离隧道轴线 左右10米 距离盾构机头 前方20米 后方30米 39 地面监测点的布设 用道钉打入地下 再用水泥固牢 沿轴线每隔5米布一个测点 每隔30米布设一个横监测剖面 横剖面上测点按距离轴线2 5 9米布设 地下管线监测点的布设 用道钉打入地下 再用水泥固牢 在地下管线所在的地面上每隔10米布设一个监测点 建筑物监测点的布设 用 L 型钢筋 固定在墙体内 在建筑物墙上每隔5 10米布设一个监测点 40 3 监测频率及报警监测频率 2次 天 盾构每天推进约10米 报警值 累计上升10mm和下沉30mm 据业主要求 4 监测结果轴线监测点 盾构切口到达时 上升不足1mm 盾构通过后三天 沉降量每天在3mm左右 累计最大沉降量 40mm为 轴线700米至800米段 一般累计沉降量在20mm左右 剖面监测点 距轴线2米测点 沉降量约为轴线点的70 距轴线5米测点 沉降量约为轴线点的40 距轴线9米测点 沉降量很小 41 地下管线监测点 管线监测点沉降量多为2 5mm 建筑物监测点 建筑物在盾构轴线上方 10 20mm 建筑物距轴线9米 1 3mm 42 地表监测点随时间变化曲线见图5 10 43 横轴线地表监测点沉降曲线示意图见图5 11 44 纵轴线地表监测点沉降变化曲线见图5 12 45 三 双孔隧道监测实例盾构钢拱架型板的量测布置 图5 13 46 盾构钢拱架型板的应变量测结果 图5 14 47 预制无螺栓膨胀衬砌隧道的量测布置 图5 15 48 预制衬砌中的应变量测结果 图5 16 49 双孔隧道上方的地表沉降槽和分层沉降的实测曲线 图5 17 50 7 顶管法隧道施工监测及实例 一 概述顶管法施工的用途 城市上下水管道 煤气管道 其它市政管线 共同沟 51 二 合流污水外排工程监测实例1 工程概况始发工作井顶管口底标高 27 00 自然地坪 4 50 接收工作井顶管口底标高 10 34 顶管全长 764 78米 江底下平均埋深7 8m左右 顶管内径 2200管段长3m 管壁厚240mm 预制混凝土管段 配制三级钢筋 纵向 10 环向 12 顶管施工穿越地层由浦东向浦西依次为 层草黄色砂质粉土 2层草黄色粉质粘土 1层暗绿色粘土 2层灰色粘砂互层 层灰色淤泥质粉质粘土 层灰色淤泥质粘土 52 监测的目的 保证两条管道顶进施工的安全性 跟踪监视第二条管道顶进对第一条管道的影响 验证管道设计中采用的理论在上海的适用性 2 监测方案监测项目和仪器 见表5 3 53 表5 3监测项目和仪器 监测频率 1次 1 2天 54 监测断面分布图 见图5 18 55 两顶管间水土压力测试测点布设图 见图5 19 56 4 测试结果分析 管段的轴力 见图5 20 最大值 6500kN 最小值 2670kN 稳定 约3500kN时 实际最大顶进力 10000kN 57 图5 20四个管段的轴力随时间的变化曲线 58 接触压力和侧压系数 见图5 21 22 接触压力衰减稳定于 350 377kPa 接近于按浮容重计算的值 侧压力系数一般为0 73 1 20 最后趋于1 00左右 环向弯矩 最大正弯矩 31 8kN