盾构施工监测作业指导书.docx

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盾构施工监测作业指导书

盾构施工监测作业指导书

1目的和适用范围

对盾构开挖区间的环境变形以及其它与施工有关的项目进行监测，及时全面地反映其变化情况，分析变化规律，判断施工方法手段的科学性、合理性，优化设计、施工参数，保证施工安全顺利地进行。

本作业指导书适用于盾构区间隧道工程施工监测工作。

2依据

2.1盾构区间工程施工设计图纸，盾构区间详细勘察报告，补充地质勘察报告，施工调查等资料。

2.2《工程测量规范》（GB50026-2007）、《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）、《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）、《城市测量规范》（CJJ8-99）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）、《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）、《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）等国家现行有关施工及验收规范、规则、质量技术标准。

2.3我公司地铁盾构区间隧道施工经验、研究成果以及现有的施工管理和技术水平、仪器设备配套能力等。

3职责

3.1公司精测队负责各项目盾构施工监测方案审查，对关键过程进行复测，负责对测量人员进行技能培训，负责对全公司监测仪器管理等工作。

3.2项目工程技术部负责监测方案的制定、监测实施的管理、监督、检查和指导等工作。

3.3项目部测量组负责监测实施，并对监测数据进行分析和反馈、负责监测仪器及元件的保管、使用、保护等工作。

3.4项目部安质部负责对监测工作质量进行检查指导，对监测人员进行安全培训，参与监测数据及对应部位安全情况的分析判断。

3.5项目部物设部负责除测量及监测仪器之外的其他相关配套设备的供应和维修保养工作。

4技术要求

4.1盾构施工中应结合工程所在地的施工环境、工程地质条件，工程施工方法与进度确定监控量测方案。

4.2监控量测方案应覆盖由于施工活动对隧道和环境造成安全隐患的各个方面，监控量测手段必须可靠、科学，对突发安全事故应有应急监测方案。

4.3针对不同的监测对象及监测部位，根据变形量、变形速率等，及时调整监控量测方案。

4.4所设计的各种监测项目要有机结合，相辅相成，测试数据能相互进行校验。

地上地下同一个断面内的监控量测数据以及盾构掘进施工参数必须同步采集，以便进行科学分析。

4.5选择成熟先进的监控量测仪器和设备，同时应满足量测精度要求，抗干扰性强，适应长期测试等条件。

4.6采用大地测量方法进行监控量测时，应在变形区外埋设水准基点，水准基点一般不少于3个，应埋设在道面基层以下稳定的原状土层中，也可埋设在稳定的建（构）筑物的墙上。

4.7观测点应埋设在能反应观测对象变形敏感的部位，并对测点采取有效的保护措施。

4.8在施工过程中进行连续监测，结合施工工况调整测试时间、测试频率，保证监测数据的连续性、完整性、系统性。

4.9在安全、可靠的前提下结合工程经验尽可能地采用直观、简单、有效的测试方法，合理利用监测点之间的关系，减少测点布设数量，降低监测成本。

5监测项目及监测流程

5.1监测项目

见表5-1。

盾构施工监测项目表表5-1

监测项目

监测仪器及工具

监测目的

隧道沿线地表沉降

电子水准仪、条码尺

掌握隧道施工过程对周围土体、地下管线和周围建筑物的影响程度及影响范围

建（构）筑物沉降

地下管线沉降

隧道拱顶沉降

电子水准仪、塔尺

掌握隧道施工过程周围土体的变位规律

隧道净空收敛

数显式收敛计

了解施工过程盾构隧道本体位移情况

土体水平位移

测斜仪

了解盾构掘进时重要建（构）筑物处土体变形

端头水位变化

水位计

了解始发或接收时端头水位变化情况

5.2施工监测流程

见图5-1。

图5-1盾构施工监测流程图

6测点布置及监测方法

6.1测点布置总体要求

测点布置既要考虑监测对象的变形特征，又要便于观测，还要有利于测点保护。

埋测点不能影响和妨碍结构正常受力，不能削弱结构刚度和强度。

在实施多项内容测试时，各类测点布置在时间和空间上应有机结合，力求使一个监测部位能同时反映多个物理变化量，找出内在联系和变化规律。

根据监测方案预先布置测点，以便监测元件及时进入稳定的工作状态。

若施工中测点遭到破坏，应尽快在原位置或临近位置补设测点，保证观测数据的连续性。

6.2监测方法综述

各监测项目的设置中最终是为了了解施工方法和施工手段的科学性和合理性，以便及时调整施工方法，保证施工安全。

现所设立的各监测项目结合本工程的实际情况，做到有针对性，不赘不缺，保证施工安全和顺利。

主要监测项目实施过程包括：

监测点的布置、实测过程、数据取得和分析处理等过程。

6.3地表沉降监测

6.3.1监测仪器

精密水准仪、配套铟瓦尺等。

6.3.2监测实施方法

⑴测点布设方法，如图6-1所示，根据各城市轨道交通工程施工具体要求进行调整。

图6-1盾构隧道施工地表沉降监测点布置图

⑵基点埋设：

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；基点数量根据需要埋设，基点要牢固可靠。

基点埋设方法示意图（如图6-2所示）。

图6-2水准基点埋设方法示意图（单位:

cm）

⑶沉降测点埋设：

在硬化过的地面上监测点用冲击钻在地表钻孔，冲击深度大于硬化深度，然后放入长600～800mm，φ16～22mm的圆头钢筋；或者用工程冲击钻打孔，埋设膨胀螺栓，最后四周用土、粗砂填实；土地里的监测点直接打入1000～1500mmφ16～22mm的圆头钢筋，周围土体夯实，如图6-3所示。

图6-3地面监测点埋设方法示意图（单位：

mm）

⑷测量方法：

观测方法采用精密水准测量方法。

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，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。

⑸沉降值计算：

在条件许可的情况下，尽可能的布设水准网，以便进行平差处理，提高观测精度，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隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。

则高差△Ｈ＝Hn－H0即为沉降值。

⑹监测频率：

对于盾构隧道，当开挖面与量测面距离＜2B时（B为隧道宽度），1次/天；当开挖面与量测面距离＜5B时，1次/2天；当开挖面与量测面距离＞5B时，1次/周。

6.3.3数据分析与处理

地表沉降量测随施工进度进行，根据开挖部位.步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度、加速度曲线图。

6.4地表建（构）筑物沉降监测

6.4.1监测仪器

精密水准仪、配套铟瓦尺等。

6.4.2监测实施方法

⑴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，基点的埋设同地表沉降观测。

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200～300mm，φ20～30mm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。

每幢建筑物上一般布置4个观测点，特别重要的建筑物布置6个测点。

测点的布设如图6-4所示。

⑵测量方法：

与地表沉降观测相同。

⑶沉降计算：

与地表沉降观测相同。

⑷观测频率：

与地表沉降观测相同。

图6-4建筑物沉降监测点示意图

6.4.3数据分析与处理

绘制位移—时间曲线散点图，具体分析同地表沉降监测。

当位移—时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。

预测最大沉降量。

根据所测建筑物倾斜与下沉值，判断建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。

6.5地下管线沉降监测

6.5.1监测仪器

精密水准仪、配套铟瓦尺等。

6.5.2监测实施方法

⑴测点布置：

地下管线测点重点布设在煤气管线、给水管线、污水管线、大型雨水管及电力方沟上，测点布置时要考虑地下管线与隧道的相对位置关系。

有检查井的管线应打开井盖直接将监测点布设到管线上或管线承载体上；无检查井但有开挖条件的管线应开挖暴露管线，将观测点直接布到管线上；无检查井也无开挖条件的管线可在对应的地表埋设间接观测点。

管线沉降观测点的设置可视现场情况，采用抱箍式或套筒式安装。

每根监测的管线上最少要有3～5个测点。

⑵测量方法：

与地表沉降观测相同。

⑶沉降计算：

与地表沉降观测相同。

⑷观测频率：

与地表沉降观测相同。

6.5.3数据分析与处理

根据施工进度，将各测点变形值绘成管线变形曲线图。

即：

位移—时间曲线散点图，据此判定施工措施有效性；位移—时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析，预测管线最大沉降；沿管线沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径等。

6.6隧道收敛监测

6.6.1监测仪器

SD1-A数显式收敛计

6.6.2监测实施方法

⑴测点布设：

沿隧道断面10m一个断面，每个断面设两对称测线，分别布置在拱角上0.5m处和隧道中部。

在混凝土表面埋设收敛点，如图6-5所示。

图6-5盾构隧道内监测断面示意图

⑵实测及计算：

量测时间应在每次开挖后12小时内读取，最迟不得大于24小时，且在下一环开挖前须完成初期变形值的读取。

及时测量记录，在施工过程中每测量一次作好记录并画出位移——时间图。

⑶观测频率：

开挖面距离量测面距离＜B时，每天2次/天，开挖面距离量测面＜2B时，1次/天；开挖面距离量测面＜5B时，1次/2天；开挖面距离量测面＞5B时，1次/周。

6.6.3数据分析与处理

根据测得的收敛数据结果，绘制出收敛变形位移——时间变化曲线，当位移——时间（mm/d）变化曲线趋于平缓时，且累计位移量低于预计总位移量的80%时，认为隧道是稳定的。

6.7隧道拱顶下沉监测

6.7.1监测仪器

精密水准仪、5m塔尺。

6.7.2监测实施方法

测点利用管片螺栓的突出部位，选择固定环号的管片螺栓其中之一，每10环设置一个测量点，测点选择拧紧的管片螺栓并做好标记，如图6-5所示。

盾构机5号台车以后的管片可以认为是相对稳定的。

利用倒立塔尺的方法，测量测点的标高，每次测得标高对比即可得到拱顶下沉情况。

监测频率：

开挖面距离量测面距离＜B时，每天2次/天，开挖面距离量测面＜2B时，1次/天；开挖面距离量测面＜5B时，1次/2天；开挖面距离量测面＞5B时，1次/周。

6.7.3数据分析处理

根据每次测的标高结果，绘制下沉量——时间变化曲线，当曲线趋于平缓时，认为隧道拱顶是稳定的。

6.8土体水平位移监测

6.8.1监测仪器

测斜仪。

6.8.2实施方法

⑴监测点布设

图6-6盾构隧道土体水平位移监测布点图

在典型断面上隧道两侧，各埋一根PVC测斜管，埋设时采用钻孔埋设的方法。

在点位处预钻一孔径略大于所选用测斜管外径的孔，孔底低于隧道底1m。

插入连接成整体的测斜管，并使测斜管的一对凹槽与线路方向平行。

调整好后立即在测斜管与孔之间回填细砂，并在管口砌一窖井，以保护测斜管不受破坏。

盾构隧道土体水平位移监测布点见图6-6。

⑵监测方法

在测斜管中取1m为每量测段长度。

量测时假定测斜管底端位移为零，由下而上逐段量测各段水平偏差,直至管顶标高为止。

量测时将测斜仪沿平行线路方向的管内导槽滑入管底,开始读数。

徐徐提升逐段读数，直至管顶标高。

提出测斜仪，平转180度重复以上步骤。

两次量测的数值平均值即为平行于隧道中线方向的土体位移变化值。

同样的方法沿垂直于隧道线路方向的管内导槽量测即可量测出相应的位移变化值。

⑶监测频率：

30m范围内监测频率保持每天1次。

6.8.3数据分析处理

直接使用测斜数据处理软件生成土体水平位移变化曲线，获取各深度土体水平位移变化情况，指导盾构掘进施工。

6.9端头水位变化监测

6.9.1监测仪器

水位计

6.9.2实施方法

根据端头降水情况布置水位监测点位，在盾构机始发或者到达前20天完成降水井施工，开始进行降水。

埋设一根管壁上打好孔的PVC管，采用钻孔机打孔，水位管深度深入隧道底标高下1m，将PVC管放入孔内，周围采用石子填充。

降水期间采用水位计监测降水井及水位观测孔内的水位变化情况。

监测频率：

降水前2天，1次/小时,待水位稳定后2次/天。

6.9.3数据分析处理

通过水位计测出孔口至水面的距离，测取孔口位置标高，反算出水面的标高即为水位观测值。

将每次的水位观测值连成曲线即为该孔水位变化情况。

通过对水位的变化，判断端头降水情况，指导盾构机安全始发、到达。

6.10监测数据分析处理及采取的措施

在盾构掘进过程中，地面沉降变化与盾构机的位置之间有一定的关系，可以划分成五个阶段（见图6-7）：

图6-7地表沉降与盾构机位置关系

⑴先行沉降——盾构的开挖面到达之前早已产生的沉降，主要是由于地下水位降低产生的固结沉降。

⑵开挖面前沉降——开挖面通过之前产生的沉降或隆起，是对开挖面的水土压力的控制压力不足而引起的弹塑性变形。

⑶通过时沉降——盾构通过时所产生的地表变形。

其原因有超挖、偏离中线施工、盾壳与周围土体之间的摩擦等。

⑷盾尾空隙沉降——这是由于产生盾尾空隙时应力释放引起的弹塑性变形。

若壁后注浆压力过大，附近的土压力也会引起隆起。

⑸后续沉降——这是盾构通过后长时间内继续产生的沉降现象，其主要原因是盾构掘进时土体松动、扰动而产生固结沉降的缘故。

根据这五个阶段的情况，在施工中可以提前采取控制措施。

如在盾构机通过前，提高土压力，使地面产生轻微的隆起，减少盾构机通过后的沉降量；在盾构通过时，控制出土量，减少超挖，控制盾构机姿态，减少对周围土体的扰动，增大同步注浆量，将盾构掘进时的地表沉降量控制到最小；盾构掘进通过后，及时对成型管片进行二次注浆，填充管片背后的空隙，防止后期沉降。

7监测控制标准、警戒值

各监测项目报警值参考设计文件要求，建议取如下值，请业主、设计等参建方给予确认。

7.1地表沉降计隆起

7.1.1盾构掘进期间日变量报警值为±3mm。

7.1.2一般地表变形的报警值为-30mm～+10mm，或按照盾构掘进引起的地层损失应小于1％，相应管片脱出盾尾15天以后,盾构覆土的不同厚度处的地面沉降槽最大沉降量Δ及盾构前方的最大隆起量δ不得大于表7-1中的规定数值：

盾构隧道地表沉降、隆起控制指标表7-1

盾构顶部覆土厚度（m）

最大沉降Δ（mm）

最大隆起δ（mm）

备注

4

30

10

其它不同深度的Δ、δ值用内插法计算确定。

8

19

6.3

12

14

4.7

16

11

3.7

20

9

3

7.2建（构）筑物及管线沉降监测

建（构）筑物及管线沉降监测控制指标表7-2

项目

控制值（mm）

单次预警值（mm）

备注

刚性管线

±10mm

±2mm

柔性管线

±10mm

±5mm

建（构）筑物沉降

±20mm

±3mm

建（构）筑物倾斜

3‰

－

利用差异沉降计算

7.3拱顶沉降、基底隆起及隧道收敛及其他监测

拱顶沉降、基底隆起及隧道收敛及其他监测控制指标表7-3

序号

量测项目

控制标准

预警值

1

隧顶下沉

30mm

20mm

2

周边净空收敛

30mm

21mm

3

土体水平位移

25mm

18mm

4

端头水位变化

水位降至隧道底标高下1m

/

8施工机具及劳动力配置

施工机具及劳动力配置见表8-1、8-2。

施工机具配置表8-1

项目

单位

数量

规格

测斜仪

台套

1

精度每500mm<0.1mm

精密水准仪

台套

1

优于1mm/km

水位计

台套

1

精度±0.1cm/100m

收敛尺

把

1

精度0.1mm

塔尺

把

1

5m铝合金

钢卷尺

把

1

30m，需检定

注：

表中按照1台盾构施工进行配置，两台盾构同时施工时需相应增加。

劳动力配置表8-2

项目

单位

数量

规格

测量主管

个

1

监测数据分析

个

1

监测数据采集

个

2

9施工监测注意事项

9.1施工监测时应注意对周边环境的保护，如每天对正在掘进的隧道上方巡视，定期对已完隧道进行巡查。

9.2建（构）筑物沉降是多种因素的作用下产生沉降的，累计沉降量控制在规范范围内可能满足不了要求，必须根据实际现状设定可确保该建（构）筑物本身的基本机能及可以满足结构安全性的标准值。

根据地铁施工监测的成功经验，将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，将警告值和允许值之间称为警告范围，实测值落在此范围，应提出警告，需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限。

9.3要设专人进行监测数据分析，严格执行监测数据交班会通报制度，及时对监测数据进行分析，结合工况进行分析，指导盾构掘进施工。

一旦数据发现异常，及时分析，采取应急处理措施。

执笔人:

倪贺、徐岩军