盾构法地铁隧道施工中的形变监测

1、2007年江西测绘1引言地铁作为城市交通的重要组成部分,正在飞 速发展,目前各大城市正在规划和修建地铁。随着相关技术的发展,地铁隧道的施工方法日益完善,盾构法地铁施工以其独特的优点在地铁隧道施工中得到了广泛的应用。由于在隧道施工过程中,盾构机是一个在地下运动的物体,并且在推进过程中要将土体搬运出来,这样就会对地表土体和在其附近的构筑物造成扰动,破坏了原有的各种力的平衡状态,使地表和构筑物发生了变形,对这种变形过程进行跟踪测量的过程称为形变监测。主要包括地面沉降监测、倾斜监测和水平位移监测。监测的目的是保护各种构筑物,防止地面坍塌,地铁隧道施工绝大部分都是在大型城市的繁华地段,一但发生险情,往往

2、会造成很大的损失,所以形变监测在盾构地铁隧道施工中显得非常重要。2地面沉降监测地面沉降监测的主要内容是地表面的沉降和处在沉降影响范围之内的多种构筑物的不均匀沉降,如浅埋的管线,基础较薄弱的房屋等。地面沉降的大小是衡量施工质量的主要标准。2.1盾构法地铁隧道施工时对地层的影响(1地表横断面上的影响曲线 在横断面上,地表变化曲线如图,其特点是在与隧道轴线垂直的平面上形成沉降槽,隧道上方沉降量大,向两侧逐渐减小。沉降槽的大小,一般随时间而增大。(2地表沉降等高线盾构推进时地层有明显的三维空间移动特征,使地表沉降槽的形状为锥形。锥尖指向盾构推进方向,在盾构推进过程中,锥形沉降等高线逐步向前扩展。(3地

3、层水平变位盾构推进不仅可引起地表沉降或隆起,而且可造成地层水平变位。水平变位由推力引起,近盾构处水平变位较大,前方水平变位较小,形成盆形影响区域。2.2地面沉降点的布设针对这些影响,可对地面进行如下方案布点:盾构法地铁隧道施工中的形变监测陈景平胡锋刘明钢(江西省第一测绘院江西南昌330001摘要本文介绍了盾构法地铁隧道施工中的各种形变,并提出了相对应的监测方法。关键词盾构法地铁隧道施工形变监测100增刊(1实验段布点为适应盾构在新的介质条件下工作,优选施工参数,取得该地区的沉降监测控制参数,在盾构初始掘进的数十米范围内,设立监测试验段。在试验段中地面沉降测量工作将采取缩短测点的间距,增加测量频

4、率的作业方法。具体方案是:沿轴线每隔3米设一个沉降监测点,每隔10米设一个横向沉降监测断面,每个沉降断面共布设7个沉降监测点,轴线上各布1个点,两轴线之间布1个点,垂直轴线两侧各布3个点,沉降断面监测点间距约56米。(2非实验段布点沿轴线每隔5米布设一个沉降监测点;每隔3050米设一个沉降监测断面,每个沉降监测断面共布设7个沉降监测点,轴线上各布1个点,两轴线之间布1个点,垂直轴线两侧各布3个点。(3建筑物布点当隧道中线不从建筑物下穿过时,一般在整个房体的四个角布设沉降点,较大的房体还应在其各承重结构上布设沉降点。隧道穿过建筑物时,应在隧道中线和建筑物边缘相交处布设沉降点。(4管线布点盾构在掘

5、进过程中会破坏土体的承载力,导致地表形变,处在盾构影响范围内的地下管线会由于受力不均匀而产生差异形变,严重的会发生断裂,将带来巨大的经济损失。所以,控制地下管线的沉降量是一项重要工作。一般的韧性较大的管线可直接将点布设在管线的上方,沿着管线的方向布设。刚性较大的管线应采取开挖布点,将点直接布设在管线上,来监测其不均匀沉降。2.3监测方法先要在整个监测区域布设高程控制网,在隧道影响范围以外(一般在距中线60米以外的安全地带埋设几个水准基准点,每个基准点附近设立副点,供检测使用,连同已知高程控制点组成控制网。水准基准点是建筑变形监测的基础,要求它稳定性要可靠,距工地既不能太远也不能太近,如果太近可

6、能会受到场地变形的影响,太远会使传播误差加大,亦不能获得理想的变形结果。沉降监测前用一等水准测量的方法由已知高程控制点联测所有的基点。高程基点要定期检测,检测按二等水准要求测量。监测要采用精密水准仪和半厘米分划的水准标尺,仪器和标尺应定期检查。测量时先从基点将高程引入到各沉降监测点,通过每次引入高程,可计算出该点的变化量。dh=H 本次-H 上次h=H 本次-H 初始式中:H 初始为测点的第一次高程;H本次为当前高程;H上次为次末的高程;dh 为本次变化量;h 为累计变化量。地面沉降一般每天监测二次,监测范围为盾构机切口前30米,盾尾后50米,测点稳定指标为日平均变化量0.04mm 。具体情况

7、还要看施工要求和施工工艺,如果地面沉降速度较快,就要加大监测频率。监测范围也要根据地质条件来具体确定。每个地区的情况不一样,在监测时只能将其它工程的技术指标作为参考,不能原样照搬。3倾斜监测对于处于隧道影响范围内的高大建筑物,如高层楼房、高架桥墩、水塔和其它大型柱形物体,应做倾斜监测。其倾斜可按下式计算:i=tg =ah;式中:i 为倾斜度;a 为某一方向的偏移量;h为建筑物高度。i 一般规定不能超过1500。等级 相 邻基准点高差中误差(mm 每站高差中误差(mm 往返较差,附合或环线闭合差(mm 检测已测高差之较差(mm ±0.5±0.150.3n "0.5n

8、"盾构法地铁隧道施工中的形变监测1012007年 江西测绘一副图编辑完之后,就要进行图幅的整饰工作,图幅的四周要加绘内外图廓和公里格网,北图廓外应注记该图幅的图名,图号,行政区划注记,及接合表,这些注记一般都是从库文件中找的,其注记的参数应与库文件中的一致,同样,对其余的三边按规定加注。6图幅的接边:图幅编辑之后,要综合各小组的成果进行图幅的拼接,目的是将其拼成一副完整的地形图,相临图幅应自然接边,图形上的线要素与面要素既要进行几何位置接边,又要进行属性接边,直线地物要素在接边时应保持其直线性,另外,无论是母线数据,还是制图数据,相临图幅同一地物要素的分类代码,颜色,和有向方向要保持

9、一致。地物要素符号应保持完整性,连续性。参考文献1杨小明王军德:数字化测图(内外业一体化。2郑继武:数字化生产中若干问题的解决。(上接第99页监测方法:可用全站仪或经纬仪将A 直接投影B点水平面,量出偏移量a ;用小角度法测出偏移量a ,可算出倾斜度i ;利用建筑物上同一平面上各水准点的变化,求出差异沉降量,再算出倾斜度i 。4水平位移监测由于盾构机推力作用,可使地层水平变位,在穿过明渠和河流堤坝时,要做水平位移监测。水平位移监测可采用小角度法,计算公式为:l=S式中:l 为偏离值;为偏离角;S 为仪器站到观测点的距离;为206265。因为测小角度的主要误差为照准误差,边长误差影响较小,所以在测量时边长只量取一次,以后每次只需测角度就可以了。利用每次偏离角的变化值,根据计算公式可得出监测点的水平位移情况。5结束语形变监测也可根据不同构筑物的不同情况和结构来制定监测方案,如在隧道内部修建联络通道时,还要进行隧道收敛监测。有时为了研究盾构对不同地层的受力影响,应进行土体位移监测和分层沉降监测。目前一些监测单位还研制出了隧道形变自动监测系统,如利用连通管原理研制的自动垂直形变仪、激光水平位移仪、臂式倾斜仪等自动监测仪,可对隧道的形变自动监测,并将监测结果由数据传输线及时反馈到地面监控站,为施工部门提供了及时、准确、形象的指导信息,并且节省了大量的人力、物力。参考文献1李青岳陈永