盾构段监控量测方案

广深港客运专线广深港客运专线 ZH 4ZH 4 标标 益田路隧道工程盾构段监控量测方案益田路隧道工程盾构段监控量测方案 编制编制 审核审核 批准批准 中铁十五局广深港客运专线中铁十五局广深港客运专线 ZH 4ZH 4 标六工区标六工区 20102010 年年 6 6 月月 1313 日日 1 目目 录录 1 编制目的 3 2 编制依据 3 3 工程概况 3 3 1 地理位置 3 3 2 工程范围 4 3 3 设计参数 4 3 4 建 构 筑物调查情况 4 4 地表沉降变形机理 5 4 1 沉降机理分析 5 4 2 地表沉降变形的演变分析 5 4 2 1 前期沉降阶段 5 4 2 2 通过期间沉降阶段 5 4 2 3 盾尾间隙沉降阶段 5 4 2 4 后期沉降阶段 5 5 工程施工特点 6 6 监测的目的及方法 6 6 1 地表沉降监测 6 6 2 监测控制网的施测精度 6 6 3 监测的主要内容和测点布设 7 6 3 1 地表变形监测 7 6 3 2 洞外观察 7 6 3 3 周边建 构 筑物监测 7 6 3 4 深层土体位移监测 8 6 3 5 地下水位监测 8 6 3 6 地下管线位移监测 8 7 施工监测资源配置 9 7 1 监控测量仪器 9 7 2 监控量测人员组织 9 8 施工监测控制精度和监测频率 10 8 1 施工监测控制精度 10 8 2 监测频率 10 8 3 控制标准 11 8 3 1 建筑物变形控制标准 11 8 3 2 地表变形控制标准 11 8 3 3 深层土体变形控制标准 11 8 3 4 地下水位 管线位移控制标准 11 9 隧道结构变形监测 12 2 9 1 隧道结构变形监测内容 12 9 2 变形控制标准 12 9 3 隧道结构变形监测频率 12 9 4 隧道结构变形控制方法 12 10 监测数据的整理和分析 13 10 1 监测数据整理 13 10 2 最终报告内容 13 3 1 编制目的编制目的 盾构隧道下穿段地面建筑物密集 地下管线纵横交错 受盾构施工影响 建立完善 严格的监测体系 合理科学的监测方法 掌握盾构隧道施工动态 利用监测结果为设计方 案优化和施工参数调整提供参考依据 监测数据经分段处理与必要的计算判断后进行预测 和反馈 以便为工程和环境安全提供可靠的信息 特编制此方案 2 编制编制依据依据 关于广深港客运专线深圳福田站及相关工程初步设计的批复 铁鉴函 2008 832 号 建筑地基基础设计 GB50007 2002 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 建筑桩基坑工程监测技术规范 GB50497 2009 铁路隧道设计规范 TB10003 2005 铁路隧道监控测量技术规程 TB10121 2008 J721 2007 盾构法隧道施工与验收规范 GB50446 2008 建筑变形测量规程 JGJ 8 2007 精密工程测量规范 GB T15314 94 国家一 二等水准测量规范 GB T 12897 2006 孔隙水压力测试规程 CFCS55 93 地下铁道 轻轨交通工程测量规范 GB50308 1999 城市测量规范 CJJ8 1999 3 工程工程概况概况 3 13 1 地理位置地理位置 益田路隧道位于新深圳站和福田站之间 地理位置位于深圳市宝安区龙华街道梅林检 查站至深圳市市民中心一带 盾构隧道下穿段地面建筑物密集 可能受盾构隧道施工影响 的邻近建筑物较多 4 3 23 2 工程范围工程范围 隧道起点里程益田路隧道起点里程 DK104 730 终点里程 DK110 966 全长 6236m 盾 构法隧道分两段 盾构施工第一段长度为 1476 3m DK107 915 DK109 391 3 盾构施工 第二段长度为 1134m DK109 832 DK110 966 3 33 3 设计参数设计参数 益田路盾构隧道两个区间段线路设计最小平曲线半径是 2000m 曲线段长 1930 2m 最 小竖曲线半径为 15000m 最大坡度 25 隧道埋深 30 60m 隧道衬砌采用通用楔型环 C50 钢筋混凝土管片 管片外径 12800mm 内径 11700mm 宽度 2000mm 3 43 4 建建 构构 筑物调查情况筑物调查情况 盾构段地表建 构 筑物的调查情况详见下表 3 1 益田路隧道盾构段地表沉降监测横 断面里程表 表表 3 13 1 益田路隧道盾构段地表沉降监测横断面里程表益田路隧道盾构段地表沉降监测横断面里程表 序号横断面里程序号横断面里程序号横断面里程 1DK107 95019DK108 90037DK109 875 2DK108 00020DK108 95038DK110 175 3DK108 05021DK109 00039DK110 225 4DK108 10022DK109 05040DK110 275 5DK108 15023DK109 10041DK110 325 6DK108 20024DK109 15542DK110 375 7DK108 24025DK109 24643DK110 425 8DK108 30026DK109 32044DK110 475 9DK108 35027DK109 37045DK110 525 10DK108 42028DK109 42546DK110 575 11DK108 45029DK109 47547DK110 625 12DK108 48630DK109 52548DK110 675 13DK108 55031DK109 57549DK110 725 14DK108 63032DK109 62550DK110 775 15DK108 70033DK109 67551DK110 825 16DK108 75534DK109 72552DK110 875 17DK108 79035DK109 77553DK110 925 18DK108 85036DK109 825 5 4 地表沉降变形地表沉降变形机理机理 4 14 1 沉降机理分析沉降机理分析 泥水加压盾构平衡法所引起的地表变形特征表现在 盾构掘进机的前方和顶部会产生 微量的隆起 盾尾脱离以后 地表开始下沉 并形成一定的宽度和沉降槽地带 下沉的速 率随时间而逐渐衰减 且与盾构经过的土质 施工工况和地表荷载 泥浆压力 掘进速度 等有着密切的关系 并表现出相当大的差异 4 24 2 地表沉降变形的演变分析地表沉降变形的演变分析 泥水加压式盾构在推进过程中所引起的地表沉降 根据实测资料 按地表沉降变形曲 线的形态 大致分为 4 个阶段 4 2 14 2 1 前期沉降阶段前期沉降阶段 盾构向前推进时 当盾构开挖面尚未到达测点以前的沉降或隆起 它主要是因为泥水 压力的波动而引起 当开挖面泥水舱的泥水压力偏低时 造成盾构开挖面应力释放 从而 引起地表沉降 当开挖面泥水舱内泥水压力偏高时 使开挖面土体受挤压 从而引起地表 隆起 4 2 24 2 2 通过期间沉降阶段通过期间沉降阶段 盾构继续向前推进 当盾构切口达到测点起至盾尾离开测点期间发生的地表沉降或隆 起 主要原因是进排浆流量不平衡造成 4 2 34 2 3 盾尾间隙沉降阶段盾尾间隙沉降阶段 盾构继续推进 盾尾通过测点后产生的地表沉降 由于盾构体的外径大于管片的外径 盾尾通过测量点后 在地层中遗留下来的建筑空隙就需及时壁后注浆充填 以控制地表变 形 但是往往因盾尾壁后注浆没有能够及时充填建筑空隙 或是注浆量 注浆压力 注浆 部位 浆液配比和材料方面不适当 使建筑空隙中的浆液不能及时形成环箍 盾尾脱出后 无支撑能力的软土在不能自立的情况下就很快自行充填入建筑空隙 造成土层应力释放 除此以外 盾构在平面或高程纠偏过程中所引起的单侧土体附加压力在盾尾脱出后亦发生 应力释放 于是又增加了盾尾部分的建筑空隙 这些情况终将最后反应到地表变形上来 4 2 44 2 4 后期沉降阶段后期沉降阶段 盾尾脱出一周后的地表沉降 这部分沉降主要是有土层的固结沉降和地基土的徐变引 6 起 5 工程施工 工程施工特点特点 益田路隧道盾构段施工监测总体情况见表 5 1 益田路隧道盾构段监控量测表 表表 5 15 1 益田路隧道盾构段监控量测表益田路隧道盾构段监控量测表 项 目单位数量备 注 地表沉降监测点个 907 包含 53 个监测横断面 每个断面 13 个测点 建筑物变形监测点个 362 土体分层沉降监测点孔 51 土体水平位移监测点孔 51 地下水位观测孔监测点孔 11 地下管线位移监测点个 1381 实际监测过中可适当调整 益 田 路 隧 道 盾 构 段 施 工 监 测 盾构隧道结构变形监测 断面 个 62 纵向每 50m 一个断面 6 监测的监测的目的目的及方法及方法 监控量测目的 根据盾构施工动态 利用监测结果为设计方案优化和施工参数调整提 供参考依据 监测数据经分段处理与必要的设计判断后进行预测和反馈 以便为工程和环 境安全提供可靠的信息 6 16 1 地表沉降监测地表沉降监测 监测方法 主要监测盾构掘进过程中引起的地表变形情况 监测方法是在地表埋设测 点 在隧道沿线 地表影响范围外布设监测基准点 基准点按照国家二等水准观测的技术 要求实施 用精密水准仪进行地面沉降的量测 根据监测结果进行分析 判断盾构掘进对 地表沉降的影响 6 26 2 监测控制网的施测精度监测控制网的施测精度 7 监测基准点按国家二等水准的技术要求进行测量 基辅分划差 M 0 5mm 每站高程 中误差 M 站 1 0mm 往返较差成环线闭合差 M 8L mm 或 0 8n mm 每次 沉降观测时 对工作基点进行检核 基准网定期检测 每隔三个月检测一次 6 36 3 监测的主要内容和测点布设监测的主要内容和测点布设 6 3 16 3 1 地表变形监测地表变形监测 地表变形监测点布置在地面上 监测断面垂直于线路方向 在隧道中线的两侧 30m 范 围内布置测点 每个监测断面布设 13 个测点 按照设计要求在隧道的上方沿隧道方向每间 隔 50m 布一个断面 在隧道中线方向上每 10m 布置一个纵向地表监测点 为了保证盾构施 工时地面安全 加强地面沉降点监测 如图 6 1 隧道横向地表变形监测点布置示意图 图图 6 16 1 隧道横向地表变形监测点布置示意图隧道横向地表变形监测点布置示意图 6 3 26 3 2 洞外观察洞外观察 洞外观察的内容主要包括 地表开裂 地表隆沉 建 构 筑物开裂 倾斜 隆沉等状 况的观察和记录 根据周边环境状况确定观测频率 且每天不少于 1 次 6 3 36 3 3 周边建周边建 构构 筑物监测筑物监测 周边建 构 筑物监测包括沉降监测 倾斜监测和位移监测 采用电子水准仪或全站仪 及测缝计进行量测 建 构 筑物监测点布置在其结构外墙四角和受力结构柱处 对于低于 5 层 含 5 层 的邻近建筑物 可只在底层布置测点 对于高于 5 层的建筑物 在建筑物的底部 中部及 上部四角埋设位移测点 建筑物边长超过 50m 时 在边长中部约按 10m 布置 1 个测点 倾 斜监测仅对 8 层以上高层建筑物进行监测 根据 益田路隧道邻近建筑物基础情况及保护 8 方案表 中所列邻近建筑物必须按设计要求布设监测点 对距离隧道中线 30m 以内的建筑 物应布置测点纳入监测范围 6 3 46 3 4 深层土体位移监测深层土体位移监测 为了监测分析盾构隧道施工过程中引起的土体变形及其规律 分析隧道掘进时引起土 体变形的大小 范围及对周边环境的影响 提前预测周边敏感建筑物的变形 根据隧道与建筑物的相对位置关系 采用断面形式布置测斜管 每个断面布设 1 4 个 检测孔 位于隧道一侧的检测孔深度与隧道结构底部同深 隧道中线处监测孔高于隧道外 轮廓不小于 1m 监测孔内竖向每隔 1m 测量一次深层土体位移 见图 6 2 深层土体变形位 移监测布置剖面图 图图 6 26 2 深层土体变形位移监测布置剖面图深层土体变形位移监测布置剖面图 采用电子水准仪按照二等水准测量要求 测定孔口标高 通过侧斜仪观测各层深度处 水平位移 埋设沉降标志 通过分层沉降仪测定孔内沉降标志的沉降 6 3 56 3 5 地下水位监测地下水位监测 地下水位实行全程监控 但间距可适当增大 地下水位监测孔位于隧道结构外侧不小 于 3m 孔底位于隧道结构底 3m 钻孔内设置水位管利用水位计对地下水位进行量测的方法 测试 由于水位监测孔不封闭 本工程采用的泥水盾构产生的泥水压力可能会击穿土体 引起地面喷发 因此水位监测孔尽量布置在建筑物边且离开隧道尽可能远们设计图中所标 示的水位孔位置在实际监测中可按照上述原则予以调整 保证监测过程中的安全性 6 3 66 3 6 地下管线位移监测地下管线位移监测 9 地下管线位移监测包括水平位移和垂直位移监测 在隧道施工前应对隧道穿越地区进 行详细的地下管线调查 并对重要的地下管线进行监测 根据现有资料标出了隧道周边的 地下管线分布及测点布设情况 原则上按照地表沉降的监测范围对隧道中线两侧各 30m 范 围内的既有管线进行监测 尤其将上水管 煤气管等有压管道作为重点监测管线 一般在 管线接头部位应布设测点 其余段按管线长度方向每隔 10m 布设一个监测点 采用电子水 准仪或全站仪监测 根据具体的管材 接头方式及其内部压力等具体情况和相关规范要求 地下管线监测 采用直接法和间接法相结合的方式进行 原则上地下管线的变形测量应直接在管线上设置 观测点进行监测 当无法直接进行观测时应去除其覆盖土体进行观测或监测管线周围土体 变形 当采用间接法监测管线周围土体变形来反应管线变形时 监测点应埋入土中距管线 距离不大于 0 5m 处且应与管线底同深 7 施工监测资源配置施工监测资源配置 7 17 1 监控测量仪器监控测量仪器 益田路隧道盾构段施工监测投入的测量仪器见表 7 1 监控测量仪器配置表 7 17 1 监控测量仪器配置表监控测量仪器配置表 序 号 仪器设备名称规格型号 单 位 数量精度备注 1 徕卡全站仪 TCR1201 400 台 1 1 1mm 1 5ppm D 2 徕卡精密水准仪 DNA03 台 1 0 3mm km 3 铟钢尺 2m 个 2 0 02mm L 2 10 5 监控量测的仪器设备经过计量检定单位检定合格 并在有效期内 仪器设备验收 维 护保养和检修均按规定程序进行 7 27 2 监控量测人员组织监控量测人员组织 工区成立施工监测小组 由工区总工王红路担任组长 测量班班长陈征担任副组长 李涛 张立凯 刘鹏举 罗林文 杨雷 李四邦 薛源等参加 见图 7 1 六工区施工监测 10 小组组织机构 负责按设计做好施工监测元器件埋设 施工监测的数据采集 整理和分析 及时提供监测日报 周报 月报等有关监测资料 图图 7 17 1 六工区施工监测小组组织机构六工区施工监测小组组织机构 8 施工监测控制精度和监测频率施工监测控制精度和监测频率 8 18 1 施工监测控制精度施工监测控制精度 施工监测控制精度采用二等水准高程测量的方法由精密水准网向各监测点引测高程 测得各监测点上高程变化值 要求精度 基铺读数差 h 0 5mm 转站高差中误差 M 站 1 0mm 相邻基准点测量闭和差 h 1 0mm 或 0 6n 8 28 2 监测频率监测频率 监测频率控制如下 盾构到达监测断面 点 前 50 米 埋设好测点 读好初始读数 盾构到达监测断面 点 前 50 米到前 30 米 1 次 天 盾构到达监测断面 点 前 30 米到前 1 倍盾构直径 2 次 天 盾构到达监测断面 点 前 1 倍盾构直径到盾尾通过后 3 天 3 次 天 盾尾通过监测断面 点 后 3 天到盾尾离监测断面 点 30 米内 2 次 天 盾尾通过监测断面 点 后 30 米到 50 米 1 次 天 测量班长兼副组长 陈征总工程师兼组长 王红路李 涛 张立凯 罗林文 刘鹏举 李四邦 薛 源 杨 雷 11 盾尾离监测断面 点 50 米后 1 2 次 周 盾尾通过监测断面 点 30 天后 1 次 月 长期监测 8 38 3 控制标准控制标准 8 3 18 3 1 建筑物变形控制标准建筑物变形控制标准 建筑物裂缝宽度控制标准为 1 5mm 且每两次监测期间裂缝发展不超过 0 1mm 建筑物 最大沉降累计值按 20mm 进行控制 砌体承重结构房屋基础局部倾斜不得大于 0 002 混凝土框架结构相邻柱基的沉降差 不得大于 0 002 倍的柱间距 Hg 24m 的高层整体倾斜不得大于 0 004 24m Hg 60m 的 高层整体倾斜不得大于 0 003 Hg 60m 的高层整体倾斜不得大于 0 0025 Hg 为自室外地 面起算的建筑物高度 当隧道施工对周边建筑物的影响不到以上标准的 50 时 隧道正常施工 当隧道施工对周边建筑物的影响大于以上标准的 50 时 加密监测频率 及时跟踪注 浆 当隧道施工对周边建筑物的影响大于以上标准的 75 时 应在现设计基础上再及时增 加保护措施 当隧道施工对周边建筑物的影响达到以上标准时 启动紧急预案 必要时疏散民众 8 3 28 3 2 地表变形控制标准地表变形控制标准 地表变形应按照如下标准进行控制 当地表隆起值 10mm 沉降值 30mm 时 隧道正常施工 当地表隆起值为 10 15mm 沉降值为 30 40mm 时 加密监测频率 密切注意施工过 程 当地表隆起值 15mm 沉降值 40mm 时 隧道施工暂缓 进行施工检查 启动紧急预 案 8 3 38 3 3 深层土体变形控制标准深层土体变形控制标准 深层土体变形监测作为一种辅助手段 可根据深层土体变形值推测邻近建筑物桩基变 形 以 10mm 作为控制标准 当变形量测值超过控制标准时 应对周边监测项目进行加密观测 及时跟踪注浆 如 果量测值持续增大应结合建筑物监测进行分析 隧道施工暂缓 进行施工检查 待变形稳 12 定后正常掘进 8 3 48 3 4 地下水位 管线位移控制标准地下水位 管线位移控制标准 地下水位按初始稳定水位累计升降 1m 变化速率 0 5m d 作为控制标准 按 建筑基坑工程监测技术规范 GB50497 2009 规定的管线位移控制标准如下 刚性管道 压力 累计值为 10 30mm 变化速率为 1 3mm d 刚性管道 非压力 累计值为 10 40mm 变化速率为 3 5mm d 柔性管线累计值为 10 40mm 变化速率为 3 5mm d 地下管线种类繁多 结构形式 接头形式多样 不同的管线抗变形能力有较大差别 控制标准也有一定差别 在准确调查管线情况后对管线的沉降曲线允许最小曲率半径确定 最大变形值 才能合理确定地下管线的变形控制标准 在监测过程中出现管线变形较大 超过变形控制标准后 应加密监测频率 调整施工 方法 加强盾构同步注浆 并可在必要时对管线进行跟踪注浆加固或开挖暴露后进行悬吊 对于煤气管 上水管在特殊情况下应采取暂时关闭 待加固完成变形稳定后恢复 9 隧道结构变形监测隧道结构变形监测 9 19 1 隧道结构变形监测内容隧道结构变形监测内容 隧道结构变形监测内容包括砌结构拱顶沉降 水平收敛 拱底隆起 椭圆度等定期进 行监测 各监测项目应集中于同一横断面 监测横断面纵向间距 50m 建议采用激光断面 仪进行结构变形监测 精度应不低于 1mm 9 29 2 变形控制标准变形控制标准 隧道结构变形控制标准 拱顶沉降 10mm 水平收敛 15mm 拱底隆起 15mm 盾构环直径椭圆度 3 初始观测值应在隧道壁后注浆凝固后 12h 内量测 9 39 3 隧道结构变形监测频率隧道结构变形监测频率 隧道结构变形监测频率距开挖面 20m 1 次 天 距开挖面 20 50m 1 2 次 周 距 开挖面 50m 1 次 月 监测应持续直至结构变形稳定 9 49 4 隧道结构变形控制方法隧道结构变形控制方法 成型管片的纵向垂直位移监测 采用水准测量的方法测量遂道底正下方固定位置的高 13 程变化量 监测精度与地表监测相同 圆度变形监测与水平偏移监测采用 4M 5M 长铝合 金直尺法测量 水平横置直尺 用全站仪测定铝合金直尺中心坐标 比对与设计中心坐标 的变化量测定水平偏移值 并推算下半环隧道圆度的变化值 采用收敛仪测定环片脱出盾 尾后的 净空收敛变化值 图 9 1 隧道结构变形监测示意图 图图 9 19 1 隧道结构变形监测示意图隧道结构变形监测示意图 管片安装后 由于受到管片外侧的水土等压力而发生变形 其中最大跨度的变形最大 因此把收敛点布置在管环的最大跨度附近 周边收敛点以 10m 为一断面布置 采用穿孔钢 卷尺式收敛计进行监测 监测频率同地面沉降监测 每次监测后 通过测量出来的监测点间 距的大小计算监测点收敛值 然后绘出测点的累计收敛 时间图和每次收敛 时间图 10 监测数据的整理和分析监测数据的整理和分析 10