长株潭城际铁路综合1标盾构施工监控量测方案.doc

长株潭城际铁路CZTZH-1标三工区盾构区间施工监控量测方案中铁隧道集团有限公司CHINA RAILWAY TUNNEL GROUP CO.,LTD.长株潭城际铁路CZTZH-1标段盾构施工监控量测方案编制： 审核： 批准： 时间： 中铁隧道集团有限公司长株潭综合1标项目经理部三工区二一一年一月目 录1 工程概况11.1工程简介11.2工程地质11.3水文地质22 监测目的33 监测项目和监测频率34 监测项目控制基准值55 监测实施方法65.1地表沉降65.2地面建筑沉降与倾斜75.3地下管线沉降监测95.4盾构隧道隆陷及隧道收敛95.5暗挖隧道拱顶下沉及隧道收敛115.6盾构下穿箱涵桥监测126施工监测信息反馈126.1信息反馈方法126.2信息反馈程序137监测管理与质量保证措施147.1监测管理基准147.2监测管理体系147.3质量保证措施157.4 拟提交成果158监测负责人16 长株潭城际铁路CZTZH-1标三工区盾构区间施工监控量测方案1 工程概况1.1工程简介本标段在国防科技大学宿舍区之前设工作井，采用盾构法下穿宿舍区沿开福寺路西行。根据工程总体筹划，并考虑车站工期要求，进口工作井开福寺站区间(WDK3+600WDK5+500)采用1台复合式土压平衡盾构机；开福寺站滨江新城站区间(WDK5+776WDK8+715)盾构段采用2台复合式土压平衡盾构机。一台盾构从进口工作井始发推进至开福寺站后调头，再次始发，推进至进口工作井接收起吊；另两台盾构间隔一个月分别从滨江新城站左、右线推进至开福寺站接收起吊。1.2工程地质(1)湘江隧道进口开福寺盾构区间工程地质概况湘江隧道进口开福寺盾构区间左、右线地质概况相近，主要存在白垩系上统泥质砂岩、砾岩，元古界冷家西群砂质板岩(9)4-1全风化砂质板岩、(9)4-3弱风化砂质板岩、(7)1-1全风化泥质砂岩、(7)1-3若风化泥质砂岩和(7)2-2强风化砾岩。洞身地层统计详见表2-3-1。区间隧道各地层所占比例详见图2-3-1。表1-2-1 湘江隧道进口开福寺站盾构隧道洞身地层情况统计表起始里程结束里程长度(m)地层情况备注WDK3+600WDK3+955355(9)4-1全风化砂质板岩WDK3+955WDK4+168213(9)4-3弱风化砂质板岩WDK4+168WDK4+662494(7)1-1全风化泥质砂岩WDK4+662WDK5+440738(7)1-3弱风化泥质砂岩WDK5+440WDK5+500100(7)2-2强风化砾岩（7）1-3弱风化泥质砂岩39%图1-2-1 湘江隧道进口开福寺区间盾构隧道各地层所占比例饼图(2)开福寺站滨江新城站盾构区间工程地质概况开滨盾构区间左、右线地质情况相近，主要存在白垩系上统泥质砂岩、砾岩，元古界冷家西群砂质板岩(9)4-1全风化砂质板岩、(9)4-2强风化砂质板岩和(9)4-3弱风化砂质板岩。洞身地层统计详见表2-3-2，区间隧道各地层所占比例详见图2-3-2。表1-2-1 开滨盾构区间隧道洞身地层情况统计表起始里程结束里程长度(m)地层情况备注WDK5+776WDK6+069293(9)4-1全风化砂质板岩WDK6+069WDK6+953884(9)4-2强风化砂质板岩WDK6+953WDK7+232279(9)4-3弱风化砂质板岩WDK7+232WDK7+398166(9)4-2强风化砂质板岩WDK7+398WDK8+7151317(9)4-3弱风化砂质板岩图1-2-1 开滨区间盾构隧道各地层所占比例饼图1.3水文地质本工程沿线地下水类型可划分为松散岩层孔隙水类型及红层风化基岩裂隙水类型。本区间松散岩孔隙水类型含水层顶面埋深介于地表下1.758.52m，主要为湘江二级阶地的第四系中更新统圆砾、卵石含水层组成，上部多为网纹红白土不透水层相隔，地下水具有弱承压性，水头变化幅度25m，为地下水径流区。本区间基岩岩性为中厚层状的元古界板岩，岩层平稳，构造基本不发育，除浅部因受风化作用而形成风化裂隙，含不稳定的基岩裂隙谁外，可视为相对隔水层。1.3.1地表水本标段场地位于城市繁华中心地段及交通枢纽，局部有地表水系穿过。1.3.2地下水类型本标段地下水类型按其埋藏分散特征分为上层滞水、孔隙潜水及强弱风化基岩裂隙水。初见水位埋深为4.157.15m，潜水稳定水位埋深1.758.52m；基岩裂隙水稳定水位埋深为1.89.27m。WDK3WDK8附近地下水无侵蚀性 2 监测目的采用盾构法施工隧道必然对沿线的周围地表环境产生影响。为确保工程安全，并保护周围环境，需要在施工全过程进行监测，根据监测结果，在施工过程中积极改进施工方法、施工工艺和施工参数，最大限度减小地层变形。施工监测的主要目的：（1）认识各种施工因素对地表和土体变形的影响，以便有针对性地改进盾构施工工艺和施工参数，减小地表和土体变形，保证工程安全；（2）预测施工引起地表和土体变形，根据地表变形发展趋势和周围建（构）筑物、地下管线沉降情况，决定是否需要采取保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据；（3）检查施工引起的地表沉降和建（构）筑是否超过允许范围，并在发生环境事故时提供仲裁依据；（4）为研究地层、地下水、施工参数和地表和土体变形的关系积累数据，为研究地表沉降与土体变形的分析预测方法等积累资料，并为改进设计提供依据。3 监测项目和监测频率根据设计文件以及相关规范，结合我公司在其它地铁工程中的施工及监测经验，确定盾构隧道施工监测内容见表3-1，联络通道和泵房施工监测内容见表3-2。区间隧道监测对象主要以区间隧道结构线以外30m范围内的地表、建筑物和管线监测为主，对于重要建（构）筑物和管线采取加密测点和加密监测频率的方式进行重点监测。表3-1盾构隧道监测项目表序号监测项目测点布置原则监测仪器监测频率1地表沉降在线路中线上每10m埋设一个测点；原则上每100m布置一个横断面，必要时加密，每个横断面711测点莱卡NA2/GPM3水准仪，铟钢尺等距盾构前后20m，12次/天；距盾构前后50m，1次/周。2建筑物沉降及倾斜在受影响的建筑物转角处布点3地下管线变形隧道纵向方向管线每20m布设一个测点；隧道横向下穿管线布设监测断面，每10m布设一个测点，每个横断面711测点，必要时加密。其中以煤气管和给水管为主要监测对象4隧道隆陷在隧道管片上每隔30m布置一组隧道收敛与一个隧道隆陷测点莱卡NA2/GPM3水准仪，铟钢尺等5隧道收敛收敛计表3-2联络通道和泵房监测项目表序号监测项目测点布置原则监测仪器监测频率1地表沉降在线路中线上每10m埋设一个测点莱卡NA2/GPM3水准仪，铟钢尺等开挖面距量测断面2B：1次/天；开挖面距量测断面前后5B时，1次/周2拱顶下沉每隔10m布置一组拱顶下沉和隧道收敛测点且进洞口和出洞口处各布置一组拱顶下沉和隧道收敛测点莱卡NA2/GPM3水准仪，挂尺等5隧道收敛收敛计4 监测项目控制基准值根据有关规范、规程、设计图纸和类似工程经验确定控制标准。控制标准见表4-1表4-2。对于重要建（构）筑物与地下管线控制标准必须在监测工作实施前，由建设、设计、监理、施工、市政、监测等有关部门共同商定，列入监测方案，并根据实际监测成果进行调整。表4-1 控制基准表序号监测项目控制标准标准来源1地表隆沉+10/-30 mm招标、设计文件及相应规范2建筑物沉降-30 mm3建筑物倾斜钢筋砼结构3.0砖木结构3.54地下管线变形-30mm5地下管线允许不均匀沉降见表46隧道隆陷-20mm7隧道收敛-30mm8拱顶下沉-45mm表4-2 各类管线允许不均匀沉降值管线类型允许不均匀沉降值备注煤气管(承插式、机械式接头)1L1、L为管线的分节长度；2、各种管线的沉降值应根据管线接头的连接形式结合盾构施工的沉降槽曲线特征通过计算确定。3、如有关部门对管线沉降有特殊要求时，、以其要求为准。上水管(承插式、机械式接头)1L下水管(承插式、机械式接头)1L5 监测实施方法5.1地表沉降（1）监测目的当盾构机在掘进过程中，对地层产生忧动，地层中的应力扰动区延伸至地表，有可能引起地表、附近重要或高大建（构）筑物产生沉降或隆起；尤其是对于城市地下工程，出于对建（构）筑物及作业人员、居民的安全考虑，必须对地表沉降进行监测，并根据监测成果及时反馈信息指导施工。（2）监测仪器徕卡NA2精密水准仪、铟钢尺等。（3）监测方法图1 基点埋设示意图1）基点埋设地表沉降监测为二等水准测量，基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方，挖200mm200mm500mm的坑，然后铺设400mm的砼，并将长300mm、直径20mm螺纹钢筋埋入砼，如图1所示；基点数量根据需要埋设。2）沉降测点埋设沉降测点埋设，用混凝土取芯钻机对混凝土路面钻孔取芯，然后放入长3040cm圆头钢筋，确保圆头钢筋顶端稍低于混凝土路面，测点四周用砂土填实。3） 测量方法观测方法采用二等水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值。4） 沉降计算在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，水准线路闭合差应小于0.3n（mm）（N为测站数），然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出地表沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HHnH0即为地表沉降值。5） 数据分析与处理根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并结合施工情况对所测数据进行分析。5.2地面建筑沉降与倾斜（1）监测目的在盾构机掘进过程中，由于地层应力的变化而产生的扰动区延伸至地表，使地表产生沉降或隆起，同时致使地表建（构）筑物与地下管线产生沉降。为了地面建（构）筑物和地下管线的安全，施工过程中应对建（构）筑物及管线进行监测。（2）监测仪器徕卡NA2精密水准仪、铟钢尺等。（3）监测方法1） 测点埋设在地表下沉的纵向和横向影响范围内的建筑物应进行建筑物下沉及倾斜监测，基点的埋设与地表沉降观测相同。沉降测点埋设，用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔，然后放入长直径200300mm，2030mm的半圆头弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实。测点的埋设高度应方便观测，对测点应采取保护措施，避免在施工过程中受到破坏。测点的布设如图2示。图2 建筑物沉降测点示意图2） 观测方法其观测方法与地表沉降观测相同。在盾构掘进施工前，由基点通过水准测量测出建（构）筑物沉降观测点的初始高程为H0； 在施工过程中测出的高程为Hn，则高差：HHn-H0 即为建（构）筑物沉降值。在测得建（构）筑物沉降值后，即可进行建（构）筑物的倾斜计算，如图3所示。图3建筑物倾斜计算示意图tg=s/b=SH2/Hg （1）SH2=Hgs/b （2）SH2建（构）筑物水平位移量；建（构）筑物水位移产生的倾斜角；3） 数据分析与处理根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并结合施工情况对建筑物的沉降数据进行分析，判断建（构）筑物倾斜是否超过安全控制标准及采用的工程措施的可靠性。5.3地下管线变形监测（1） 监测目的在基坑开挖及暗挖隧道、盾构机掘进过程中，地层中的应力扰动区延伸至地表，使地表产生沉降或隆起，同时致使地下管线产生沉降。为了地下管线的安全，在施工过程中应对地下管线进行监测。（2）监测仪器徕卡NA2精密水准仪、铟钢尺等。（3）监测方法（同地表沉降）1）测点埋设地下管线测点重点布置在煤气管线、给水管线上。测点布置在管线的接头处，或者对位移变化敏感的部位。测点可利用检查井直接布置在管线上，也可以在管线上方埋设测点进行间接或直接监测。沉降测点埋设，用冲击钻在地下管线轴线上方的地表钻孔，然后放入直径2030mm的半圆头钢筋，四周用细砂土填实。2）观测方法：与地表沉降观测同。3）管线沉降计算在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度。施工前，由基点通过水准测量测出沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn，则高差HnH0即为地表沉降值。根据地表沉降值，进行管线的安全检算。4）数据分析与处理根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并结合施工情况对所测数据进行分析，评估管线的安全系数。5.4盾构隧道隆沉及隧道收敛（1）监测目的盾构隧道掘进过程中，由于受注浆、盾构推力、隧道线形等影响，隧道管片产生不同程度的位移，因此必须对隧道管片隆陷、隧道收敛等情况进行严格的监测和控制。（2）监测仪器徕卡NA2精密水准仪、铟钢尺、收敛计等。（3）监测方法 基点埋设首先，基点应埋设在隧道管片位移影响范围以外的始发井的基坑地板上；并应埋设两个基点，以便两个基点互相校核；基点的埋设要牢固可靠。用红油漆标明，在施工中要注意对基点的保护。隧道管片收敛监测点的布置可以用电钻打眼，用弯曲的膨胀螺栓埋设。 测点埋设图4 横断面测点布置示意图在进行沉降测点的埋设时，先用冲击钻在管片上钻10mm的孔，然后放入直径为8mm；长为510cm的半圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实固牢，如图4所示。量测方法1）隧道隆沉量测方法与地表沉降量测方法相同。2）隧道收敛量测方法a. 在进行初次量测量时，应在钢卷尺上选择一个适当孔位，将钢卷尺套在尺架的固定螺杆上。孔位的选择应能使得钢卷尺张紧时能与顶端接触好，拧紧钢卷尺压紧卡，并记下钢卷尺孔位尺长数，并进行初次读数。b. 再次量测，按前次钢卷尺孔位，将钢卷尺卡在支架的固定螺杆上，按上述相同程序操作，测得观测值Rn。隆沉值计算隧道隆陷监测基点由地面标准水准点引来高程（高程已知），在进行监测时，通过测得各测点与基点的高程差H，可得到各监测点的标准高程ht，然后与上次测得高程进行比较，差值h即为该测点的隆陷值。即Ht（1，2）=ht（2）-ht（1）收敛值计算及其数据分析按下式计算净空变化值：Un=Rn-Rn-1Un第n次量测的净空变形值；Rn第n次量测时的观测值；Rn-1第n-1次量测时的观测值。首先作出时间收敛值及开挖面距离位移散点图，对各量测断面内的测线进行回归分析，并用收敛量测结果判断隧道的稳定性。隧道隆沉数据分析与处理a. 首先绘制时间位移曲线散点图；b. 当位移-时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数形式进行回归分析。5.5暗挖隧道拱顶下沉及隧道收敛（1）监测目的拱顶下沉和隧道收敛量测值是反映隧道安全和稳定的重要数据,是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。（2）监测仪器徕卡NA2精密水准仪、挂尺、收敛计等。（3）监测方法 基点埋设同隧道隆陷基点埋设。 测点埋设拱顶测点和隧道收敛测点埋设时，应在掌子面开挖出碴完毕后，拱架架立时，将预埋件焊接至拱顶和拱架两侧，待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。量测方法拱顶下沉量测主要采用精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。隧道收敛量测方法和计算同盾构隧道收敛量测。（4）数据分析与处理根据量测数据绘制时间-位移曲线散点图或距离-位移曲线散点图。并结合施工情况对所测数据进行分析。 5.6盾构下穿箱涵桥监测（1）监测方法在区间隧道结构线以外30m范围的桥面上，沿隧道中线纵向和横行每10m埋设一个监测点，测点埋设和量测方法同地表测点埋设。（2） 数据分析与处理根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并结合施工情况对箱涵桥的沉降数据进行分析，当不均匀沉降值过大，应采取施工措施对箱涵桥进行加固。6施工监测信息反馈6.1信息反馈方法在施工过程中及时进行数据分析，及时反馈施工与设计。在施工过程中进行监测数据的分实时分析和阶段分析。实时分析：每天根据监测数据与影响周围地层的施工参数进行实时分析，发现安全隐患，及时反馈；阶段分析：经过一段时间后，根据大量的监测数据进行综合分析，总结施工对周围地层影响的一般规律和围护结构的安全性，指导下一阶段施工。根据现场量测所得的数据（包括量测日期、时刻、隧道内温度等）应及时绘制位移时间曲线图（或散点图）。图中纵坐标表示变形量，横坐标表示时间。分析不同埋深、地质条件、支护参数等条件下，各施工工序、时间、空间效应与量测数据间的关系。位移（应力）控制值时间（t）0图5 时态散点示意图回归分析是目前最常用的统计分析的方法。经过多年实践，我单位积累了丰富的经验，如地下工程引起周围环境变形的一般规律、不同施工方法对地下工程结构稳定性影响、回归函数的选择等。在取得监测数据后，要及时进行整理、总结和分析。a 数据整理把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍。b 数据分析和曲线拟合绘制量测数据的时态变化曲线图（即时态散点图，如图5所示）。6.2信息反馈程序图6 监测信息反馈程序图施工过程中进行的监控量测是信息化施工的基础，具有重要作用，在地下工程施工过程中进行现场监控量测，及时获取围岩变动与地下工程结构的动态信息，并反馈于修正支护参数与施工措施，以期达到安全与经济合理的目的，这是关于信息化设计与施工的实质。经过多年实践总结，监测反馈程序不断发展与完善，施工监测信息反馈工作流程见图6。7监测管理与质量保证措施7.1监测管理基准在信息化施工中，监测后应对各种数据进行及时整理分析，判断其发展变化规律，并及时反馈到施工中，以此来指导施工。根据以往经验，采用铁路隧道喷锚构筑法技术规则（TBJ108-92）的级管理制度作为监测管理方式，见表5。表5 监测管理表管理等级管理位移施工状态U0Un正常施工Un0Un加强监测0Un加强监测并采取相应工程措施期中Un是监测控制标准。根据招、投标文件、有关规范和类似工程经验确定控制标准。根据上述监测管理基准，调整监测频率：一般在级管理阶段监测频率可适当放大一些；在级管理阶段则应注意加密监测次数；在级管理阶段则应加强支护，并加强监测，密切关注工程过程，监测频率可达到12次/天或更多。当监测变形数据接近报报警值时，按级管理实施监测，并及时向有关部门报告监测结果。7.2