盾构掘进施工监测方案.docx

盾构掘进施工监测方案1.工程概况1.1工程概况珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段项目施工15标段【沙涌沙园矿山法区间、沙园燕岗区间】土建工程，起于广州市海珠区光大花园盾构吊出井，向东前行至沙园站北端，再由沙园站南端沿着工业大道向东南行进，下穿昌岗路立交桥，最后进入燕岗站。本标段区域位置如下图1-1所示。图1-1 标段区域位置图本标段区间设计起点里程为YDK24+376.394，设计终点里程为YDK26+386.276，标段全长约为1760m。其中沙燕区间盾构法隧道左线长847.389m，右线长846.342m。盾构机从沙燕区间中部位于工业大道上的盾构始发井始发，在燕岗站吊出。盾构区间左线起讫里程为ZDK25+538.897ZDK26+386.276;右线起讫里程为YDK25+539.934YDK26+386.276。本标段工程平面示意图如下图1-2所示。图1-2 工程平面示意图1.2主要工程内容广佛地铁土建15标【沙园燕岗区间】土建工程，主要施工内容包括：临时施工竖井、矿山法隧道、盾构始发井、盾构隧道；以及联络通道、泵房、洞门等附属工程。1.3工程地质及水文地质（1）工程地质根据地质勘探资料，该地区未发现断裂构造，岩石裂隙较发育，地基稳定性较好，本标段范围内岩土主要的分层依次如下：人工填土层(Q4ml)、淤泥或淤泥质土 (Q4mc)、淤泥质砂 (Q4mc)、3-1层冲积-洪积细砂层(Q3al+pl)、3-2层冲积-洪积中粗砂层(Q3al+pl)、4-1粉质粘土、4-2淤泥质土、5-1可塑状态的粉质粘土以及呈稍密状的粉土、5-2硬塑坚硬状态的粉质粘土以及呈中密密实状的粉土、6全风化泥质粉砂岩、砾岩、7强风化泥质粉砂岩、砾岩、8中风化泥质粉砂岩、砾岩、9微风化泥质粉砂岩、砾岩。（2）水文地质条件本区间的地下水补给主要来源于大气降水。地下水的储存，场区地下水类型主要有两种：一种为储存于第四系松散层和全风化带潜水型孔隙水。另一种是储存于基岩强、中风化层中裂隙水。1.4线路平面布置左线：本区间左线有4个曲线段ZJD37(ZDK24+734.080ZCK24+771.835)，曲线半径3000m；ZJD38(ZDK24+859.338ZDK24+906.645), 曲线半径3000m；ZJD39(ZDK25+426.821ZDK25+566.582), 曲线半径2000m；ZJD40(ZDK25+841.643ZDK26+167.905), 曲线半径1500m。右线: 本区间右线有4个曲线段YJD37(YDK24+728.176YDK24+837.379), 曲线半径2000m；YJD38(YDK24+938.244YDK25+041.332), 曲线半径2000m；YJD39(YDK25+356.117YDK25+510.858), 曲线半径2000m；YJD40(YDK25+848.966YDK26+175.227), 曲线半径1500m。 1.5地形地貌 盾构区间起点为盾构井（轨排井），沿工业大道向东南延伸到达燕岗站，沿线地形起伏较大，地面高程为7.6019.60m沿线路延伸方向地势逐渐台升，线路两侧密布建筑群。在地貌单位上属风化残丘。2.施工监测目的、制定原则和编制依据2.1施工监测目的（1）认识各种因素对地表和土体变形等的影响,为有针对性地改进施工工艺和修改施工参数提供数据依据；（2）预测下一步的地表和土体变形,根据变形发展趋势和周围建筑物情况,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）了解盾构隧道施工中地表隆陷情况及其规律性,了解施工过程中不同深度地层的沉降和水平位移情况,了解施工过程中地下水位的变化情况；（4）检查施工引起的地面沉降和隧道沉降是否控制在允许范围内；控制地面沉降和水平位移及其对周围建筑物的影响,以减少工程保护费用；（5）建立预警机制,保证工程施工安全,避免结构和环境安全事故造成工程总造价增加；（6）了解围岩与结构物的相互作用力以及管片的变形情况；（7）指导现场施工,保障建筑物、构筑物及地下管线的安全；（8）施工过程中，根据监测数据分析，反馈信息、指导施工，准确制定盾构掘进模式及推力。严格控制地表沉降或隆起。2.2施工监测方案的制定原则监测方案以安全监测为目的，根据工程特点确定监测对象和主要监测指标。根据监测对象的重要性确定监测规模和内容、监测项目和测点布置，较全面地反映实际工作状态。采用先进、可靠的监测仪器和设备，设计先进的监测系统。为确保提供可靠、连续的监测资料，各监测项目间相互校验，以利数值计算、故障分析和状态研究。在满足确保工程安全施工的前提下，尽量减少对工程施工的交叉干扰影响。按照国家现行的有关规定、规范编制监测方案。2.3施工监测方案的编制依据城市轨道交通工程测量规范（GB50308-2008）广州轨道交通施工测量管理细则 第三版城市测量规范（CJJ8-99）工程测量规范（GB50026-2007）地下铁道工程施工及验收规范GB50299-2003；建筑变形测量规程JGJT8-97 城市地下水动态观测规程CJJT76-98建筑基坑工程检测技术规范2009年版 本工程的施工设计图纸及合同中相应的规定、标准。3.监测方案表3-1 监测项目汇总表监测项目监测方式测点布置监测频率开挖面距监测断面前后2D开挖面距监测断面前后5D开挖面距监测断面前后 5D必测项目开挖面观测和描述观测、记录目测观测开挖面每次开挖后地表沉降精密水准仪、钢尺盾构始发、吊出段100m范围内，每5米设一测点；其余地段，每10m设一测点。12次/d1次/2d1次/周拱顶沉降、上浮精密水准仪、钢尺每510m设一断面周边收敛收敛仪选测项目土体内部位移垂直磁环分层沉降仪每30m设一断面，必要时需加密水平倾斜仪衬砌环内力和变形压力计和传感器每5100m设一断面，必要时需加密地层压应力压力计和传感器每一代表性的地段设一断面必测项目建筑物变形精度水准仪、钢尺隧道2倍埋深范围内的所有房屋、高架桥及人行天桥；净距小于1倍埋深范围内的建筑物测点应加密。3.1监测总方案根据区间隧道穿越建（构）筑物及地面情况，结合盾构施工特点考虑施工过程会对地层产生扰动，有可能引起地表沉降。盾构区间上方主要有昌岗路立交桥及天桥等建筑物；沿线两边主要有联星工商旅大楼、市橡胶制品研究所（A7）、东方红印刷厂第四宿舍楼（A7）、海珠区南石街生活服务点职工宿舍（A6）等重要建筑物。故根据区间隧道穿越建（构）筑物及地面情况，结合盾构施工特性确定以下监测方案：（1）以盾构法施工区间隧道附近立交桥和天桥以及沿线经过的高层建筑和建筑物密集区为特殊重点监测区段。（2）在盾构始发、到达段100m范围内每5米设置一个地表沉降监测点，过既有建筑物时，每5米设置一个地表沉降监测点，其余地段每10米设置一个地表沉降监测点。当监测有困难时，施工单位可根据地面实际情况，监测点位置可适当调整。地表沉降监测点布置在沉降监测点布置在隧道中心线上方。在盾构始发、到达段100m范围内，至少设置一个断面，过既有建筑物位置至少设置一个断面，沉降槽监测断面横向宽度根据隧道埋深确定，监测点由线路中线向外由密到疏布置。（3）距线路中线25m以内的A3建筑和四层以上的建筑做建筑物的变形监测,包括建筑物沉降、水平位移、倾斜、裂缝监测。 （4）在距离中线25米内的所有桥的墩柱，都要在墩柱上布设12个监测点，对其进行监测。（5）隧道内管片监测（6）始发井桩顶和主体结构侧墙进行沉降监测及水平位移监测。沉降监测点平面布置详见附图1：地表沉降监测点平面布置示意图 (详图附后)。3.2监测项目及仪器设备盾构隧道监测的对象主要是土体介质、隧道结构和周围环境。监测的部位包括地表、土体内、盾构隧道结构以及周围道路、建筑物和管线等。监测类型主要是地表沉降和隆起、建筑物和管线及其基础等的沉降、水平位移、倾斜及裂缝、盾构隧道结构管环的上浮和沉降、始发井的桩顶和主体结构侧墙的水平位移等。监测项目和仪器如下页表3-2所示。表3-2 盾构隧道施工监测项目和仪器序号监测项目监测元件和仪器1地表沉降、隆起水准仪配测微器、铟钢尺2建(构)筑物和管线等沉降、隆起、水平位移、倾斜和裂缝水准仪配测微器、铟钢尺、全站仪和反射片、裂缝计3隧道衬砌环三维位移（管环的上浮和沉降）全站仪、反射片4周边收敛收敛计3.3盾构隧道地表和地面建(构)筑物沉降监测（1）地面沉降、隆起变形机理开挖时的土、水压力不均衡：由于盾构机推进量与排土量不等，使开挖面土压力、水压力与压力仓的压力产生不均衡，导致开挖面失去平衡状态，从而发生地基变形。当土压力+水压力压力仓的压力时，地基下沉；反之隆起。盾构推进时对围岩的扰动：盾构的壳体与围岩摩檫和围岩的扰动，特别是蛇行修正和曲线推进对进行的超挖，是会产生围岩松动引起地基下沉或隆起的。盾尾（建筑空间）的发生和壁后注浆不充分，使受盾壳支承的围岩朝着盾尾空隙变形（应力释放引起的弹性变形）而产生地基下沉。粘性土地基中的壁后注浆压力过大将引起地基隆起。管片螺栓紧固不足，衬砌变形、变位。地下水位下降，地基的有效应力增加引起的固结沉降。由上述可知，盾构施工引起地表变形主要可分为五种类型，各种类型沉降、隆陷产生的原因与机理见下表3-3所示。表3-3 盾构施工引起变形的原因与机理沉降、隆陷类型主要原因应力扰动变形机理先期沉降地下水位降低孔隙水压力减少，围岩有效应力增加压缩和压密、下沉盾构开挖面沉降或隆起工作面处施加压：过多隆起 ，过小沉降围岩应力释放、扰动负荷土压力弹塑性变形盾构通过时沉降施工扰动，盾构与围岩（土体）间剪切动，出碴扰动压缩盾尾空隙引起的沉降围岩（土体）失去支撑，管片背后注浆不及时应力释放弹塑性变形后续沉降结构变形、地层扰动、空隙水压下降等土体固结压缩和蠕变下沉（2）监测方法对于线路沿线的地表沉降、多层和高层及高大建筑物我部拟采用等变形测量的技术要求施测。根据基准点，测定埋设在地表、被测建筑物及构筑物处的监测点。根据监测点的高程变化值，通过数据处理分析，计算实际沉降值，并分析产生的原因，预报建筑物的安全状况。见下表3-4所示。表3-4 变形测量的等级划分、精度要求和适用范围(mm)变形测量等级垂直位移测量水平位移测量适用范围变形点的高程中误差相邻变形点的高差中误差0.30.11.5线路沿线变形特别敏感的超高程、高耸建筑物,精密工程设施,重要古建筑和地下管线0.50.33.0线路沿线高程、高大建筑物,地铁施工中的支护、结构、管线,隧道拱顶下沉、结构收敛和运营中结构和线路变形注:变形点的高程中误差和点位中误差是对最近变形监测控制点而言。（3）基准点和监测点埋设高程监测控制网，在不受地铁施工影响相对稳定的位置，埋设3个基点。定期检查基点是否稳定。在盾构始发、吊出段100m范围内,每20m设一断面；其余地段每30设1个监测断面，为使获得的监测数据具有连续性，沿隧道方向在左右线的隧道中线上每隔5m布设一沉降观测点。地面沉降监测点采用钢筋埋入地表,顶端露出地表约1cm。地面建(构)筑物及管线沉降监测采用在建(构)筑物的四个角埋设,其上端焊有半球形测头,当建(构)筑物很长时,适当在中间加密沉降监测点。（4）监测仪器采用苏州一光仪器有限公司生厂的DSZ2精密自动安平水准仪和FS1平板测微器和铟钢水准尺。并且按国家水准测量规范要求对其定期进行检验和校正。DSZ2+FS1测微器的测量精度是每公里往返测量高差标准偏差0.7mm。（5）监测频率地面沉降监测在开挖工作面距监测断面前后2D(D隧道开挖宽度，按6.3m计算)，监测频率12次/天。在开挖工作面距监测断面前后5D,监测频率1次/周。当沉降或隆起超过规定限值(-30/+1Omm)的80或变化异常时，加大监测频率和检测范围，及时组织进行异常变形原因分析，有针对性地采取相应措施控制变形。见表3-1所示。（6）数据处理及分析每次监测后，通过测量出来的监测点的高程值计算高程的变化。（7）监测控制标准合同规定允许隆起值为lOmm，允许沉降值为30mm。对于丘陵、农田和果园可适当放宽。施工中以沉降或隆起超过规定限值(-30/+1Omm)的80作为监测预警值，确保地面建筑物、地下管线的安全和正常使用。3.4地面建(构)筑物水平位移、倾斜和裂缝监测主要根据地面建(构)筑物与隧道的相对位置、地面建(构)筑物结构形式及基础类型、圈岩条件、施工万法等，对沿线建(构)筑物在施工过程中可能产生的变形情况做精确的预测。在建(构)筑物周围设置测点,观测盾构穿越前后建(构)筑物发生的不均匀水平位移和倾斜以及由于变形而产生的裂缝，据以判定建(构)筑物的安全性，建(构)筑物变形监测在盾构机开挖面附近每天进行及每周进行后期观测直到沉降稳定，当建(构)筑物的某一部位或构件变形过大时，迅速采取有效的维修加固措施，确保建(构)筑物结构安全和正常使用。（1）监测网的布置地表建构筑物的水平位移及倾斜监测控制网，布设成独立控制网。根据具体情况分别采用三角网和导线网或视准轴线等形式。每一测区布设3至4个控制点,控制点埋设在变形区域外。按国家四等三角测量要求进行观测其技术要求是相邻控制点点位中误差6mm,平均边长150m,测角中误差2.5,最弱边相对中误差1/40000。 （2）监测点的布设根据设计单位提供的资料及实地踏勘，在立交桥和建筑物密集区设变形监测点。其监测内容主要为沉降观测、水平位移观测和倾斜及裂缝观测。根据其不同形式，各类观测点布设方式如下：距线路中心线25m以内的A3和四层以上的建筑均布设倾斜测点，倾斜监测点分别布设在建筑物的顶部。在没有条件观测顶部监测点时可利用沉降监测点，测定不均匀沉降值推算建筑物主体的倾斜值。（3）监测项目及方法水平位移和倾斜监测 投点法测水平位移和倾斜: 采用全站仪按正倒镜法测量每对上下观测点标志间的水平位移分量。按矢量相加法求得水平位移值和位移方向。 测水平角法测水平位移和倾斜: 在测站上直接观测顶部观测点和后视固定点的夹角，以所测角值和距离计算建（构）筑物整体的水平位移值。 基础沉降差法测倾斜:对于受监测条件限制无法观测建筑物顶部观测点的建筑，采用基础差异沉降推算主体倾斜值。在基础两端上设观测点，采用水准测量的方法，以所测基础两端沉降的差值来换算,求得建筑物整体倾斜度和倾斜方向。其计算公式:D=S/L *H式中：D -倾斜值(m)；S- 基础两端点的沉降差(m)； L-基础两端点的水平距离(m)； H-建筑物的高度(m)。裂缝监测裂缝观测在建(构)筑物产生裂缝后,应测定裂缝的位置,裂缝的走向、长度、宽度及其变化程度。采用油漆平行线标志或用建筑胶粘贴的金属片标志。用裂缝计定期测出标志间距离求得裂缝变化。（4）数据处理及分析对于沉降监测，同地表沉降监测。对于倾斜监测，每次监测后，通过测量出来的监测点的坐标值计算监测点的位移大小和方向。（5）监测频率当盾构机掘进工作面距构筑物的距离为H+B(隧道埋置深度+隧道高度)时，对构筑物进行沉降和变形监测，每天早晚各一次，盾构机通过构筑物后每周一次，直至变形基本稳定。（6）建（构）筑物变形监测控制标准根据建筑地基基础设计规范确定的建筑物的最大允许沉降值如下:砖混结构、条形基础的基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值是0.004 L；框架结构、桩基础是0.002L(L是相邻桩基的中心距离)。3.5 盾构始发井的变形监测为了保证在盾构施工阶段始发井的稳定,我部决定做始发井桩顶和主体结构侧墙水平位移监测。其监测点布置图如盾构始发井施工监测平面图。在桩顶埋设钢筋头,在主体结构侧墙埋设钢钉。采用的测量方法是水平角观测法: 在测站上直接观测观测点和后视固定点的夹角，以所测角值和距离计算桩顶和主体结构侧墙的水平位移值。监测频率是1次/7天,以确保基坑支护和周边环境安全为宗旨。当出现位移速率异常时,将加大监测频率及时报警。当出现裂缝的时,我部还会增加裂缝监测,及时掌握裂缝的变化。监测控制标准: 本基坑变形控制保护等级为一级。其位移要求为：（H为基坑开挖深度）（1）主体结构侧墙水平位移10mm。（2）桩顶最大水平位移30mm。3.6洞内管片监测衬砌环片检测：在衬砌环片时，及时测量衬砌环的环中心偏差和管环的上浮和下沉。测量频率1次/天,当环片上浮较大时将加大监测频率。保证每环都能测到，并测定待测环的前端面。相邻衬砌环测量时重合测定约10环片，导线的平面和高程控制在16mm之内。衬砌环片检测采用铝合金尺，通过测量铝合金尺的中心坐标来推算管环中心的坐标，测量时，铝合金尺一定要通过水平尺置平。计算管环中心偏离隧道轴线时，在直线上可以通过建立施工坐标系，通过测量出来的施工坐标就可以直接判断管环中心的位置，如果是在曲线段时，可以通过测量出来的管环中心的大地坐标，然后在CAD里，通过作CAD里事先绘出的隧道轴线（空间）的垂线就可以计算出管环中心的偏差。如下图3-1所示。施工过程中监测控制标准:（1）环片水平偏差50mm；（2）环片垂直偏差50mm。图3-1 管环测量示意图3.7洞内管片周边收敛监测管片安装后,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。其收敛点的布置示意图详见下页3-2所示。图3-2 隧道内主断面周边收敛监测点布置示意图4.施工监测的组织和施工监测管理4.1施工组织为确保施工监测的及时、准确，我们将成立2个施工监测小组，分别为地面监测组和洞内及始发井监测组。选派具有地铁施工监测、测量经验的工程师担任监测组长，全面负责监测工作，及时将监测信息反馈给总工程师、监理工程师和业主。详见图4-1施工监测组织与流程图。施工准备测量参数工程施工项目经理总工程师测量主管地面监测洞内监测施工监测技术、工管部监理工程师业主图4-1 施工监测组织与流程图4.2施工监测管理（1）工程开工前，根据现场的实际情况及工程的施工进度安排，编制详细的监测实施作业计划及相应的保证措施，将监控量测纳入施工生产计划的一项重要内容。 （2）成立监测小组，确保监测人员、监测仪器、工具满足监测工作需要，并相对固定。为监测人员提供良好的实测、办公环境，确保监测成果及时、准确。（3）施工监测要紧密结合施工进度，测出每一施工步骤对变形的影响。在变形观测过程中变形体发生显著变化时，应及时调整变形监测频率，实时进行变形监测，并将结果及时反馈，以修改设计参数，调整施工工艺并采取措施。（4）监测人员及时整理分析监测数据，预测变形发展趋势，指导现场施工。若发生异常情况，随时与监理工程师、业主、设计联系，采取有效措施，做好预防，确保安全施工。4.3施工监测人员及设备配置 如表4-1和4-2所示。表4-1监测人员名单姓名职称 工作年限备注张磊助理工程师5年测量班长白周平测量员4年组长（洞内和始发井监测）孙松坤测量员2年组员（洞内和始发井监测）潘雄测量员4年组长（地面监测）马楠测量员2年组员（地面监测）表4-2主要监测设备及元器件表名称型号主 要 性 能 指 标单位数量电脑联想台1全站仪徕卡TCR1101和徕卡TCR1201TCR1101:1.5/2mm2ppmTCR1201: 1/2mm2ppm台各1水准仪苏一光的DSZ21.5mm（每公里往返测量高差标准偏差）台2平板测微器苏一光的FS10.7mm（DSZ2+FS1测微器每公里往返测量高差标准偏差）台2铟钢尺徕卡（2米）常数3.0155对各1沉降监测头个200收敛计台1反射片徕卡片视具体情况4.4监测注意事项（1）不断向工作人员提供监测领域的新技术、新工艺、新仪器，不断提高监测队伍的素质；（2）定期对监测控制点进行复测,从而确保其稳定；（3）加强对监测点的保护；（4）监测组内建立二级检查制度；（5）监测仪器按规定时间进行核准，以确保测量数据的准确性，固定专人管理仪器，进行保养和维修；（6）监测资料的存储、计算、管理均采用计算机进行；（7）当天的监测成果当天报，及时送报主管工程师和监理工程师；（8）监测值出现异常时，迅速报告相关工程师并加密观测次数，必要时进行24小时不间断监测，直至稳定为止。4.5监测质量保证措施 为了保证测量及放样的准确和精度，特制定以下技术措施:（1）本工程测量采用二级复核制，项目部测量队为一级，公司精测队对项目部的关键控制测量进行复核为二级。（2）开工前对测量人员进行工程情况、技术要求、测量规范、测量仪器设备的操作、测量方案、测量基本知识和测量重要意义的培训。（3）定期把测量和监测仪器设备送到有检定资格的单位检较，确保仪器设备的精度。（4）所有重要测量及放样的内业计算以及外业测量和放样工作，都必须做到换手复核，换不同的人换不同的方法来复核，确保无误。现场必须做好详细记录。每天写好施工日志。（5）加强对导线点、水准点、中线点等关键控制点的保护，经常复核地面特别是洞内的导线点、水准点、中线点等，随时掌握其准确性及可靠性。一经发现点位变化，及时准确地改正并上报监理，确保万无一失。（6）积极与测量监理工程师联系、沟通、相互配合。满足测量监理工程师提出的合理技术要求和意见。重要部位的测量要请测量监理工程师旁站监理，并把测量结果及资料及时上报监理，测量监理工程师复核无误后方可进行下步工序的施工。4.6应急措施由于基坑施工受各种客观因素的影响，可能会发生各种险情，为能及时排除险情确保安全，应采取如下应急措施：（1）成立以项目经理为组长的监控小组，监测内容包括：墙体水平位移，端墙结构变形，水位，周边土体沉降，周边建筑物沉降，道路及管线的沉降，地表隆起及沉降，倾斜的监测，管片沉降和收敛。（2）当监测数据超过预警值时，先当场通知项目领导和监理，并在四小时以内上报正式报警资料，制定应急方案，防止危险的发生。 目 录1.工程概况11.1工程概况11.2主要工程内容21.3工程地质及水文地质21.4线路平面布置21.5地形地貌22.施工监测目的、制定原则和编制依据32.1施工监测目的32.2施工监测方案的制定原则32.3施工监测方案的编制依据33.监测方案43.1监测总方案43.2监测项目及仪器设备53.3盾构隧道地表和地面建(构)筑物沉降监测53.4地面建(构)筑物水平位移、倾斜和裂缝监测73.5 盾构始发井的变形监测93.6洞内管片监测93.7洞内管片周边收敛监测104.施工监测的组织和施工监测管理114.1施工组织114.2施工监测管理114.3施工监测人员及设备配置114.4监测注意事项124.5监测质量保证措施134.6应急措施13