隧道工程盾构区间的监测方法及精度控制

王记理

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350)

在隧道工程施工过程中，采用的施工方法主要有两种，一种是钻爆法施工，另一种是盾构法施工。盾构法隧道施工作为一个综合性的施工技术，是把隧道中的定向掘进、运输、衬砌等施工工艺进行结合后的施工方法。盾构法施工的优势在于施工效率高、干扰因素少、安全系数高等优势，并且机械化以及自动化水平高，是一种现代化的施工工艺，其主要应用于城市地铁等工程中。由于盾构法在隧道施工过程中，测量环境复杂且干扰因素较多，测量精度很难得到保证，因此要保证盾构法在施工过程中的质量、速率及安全，提升测量精度控制是非常重要的。

一、工程概况

天津地铁5号线津塘路站～直沽站区间为双单线隧道，区间自津塘路站，左右线上下重叠（右线在下，左线在上）沿红星路敷设，侧穿东风桥、城东供电公司大直沽变电站、河东体育中心基础，左线逐渐下压，右线逐渐上抬，且左右线逐步分开，经过渡段，最后平行进入直沽站。区间隧道右线起讫里程为DK20+607.300～DK21+312.480，全长705.18m；隧道左线起讫里程为DK20+607.300～DK21+312.480，长度 2.401m，区间全长707.581m。本段区间隧道全线敷设于地下，采用盾构法施工。

本区间线路左右线由上下重叠布置逐步过渡到平行布置，右线在左线下方。线路纵断面上，本区间线路出津塘路站后，右线以25‰的坡度下坡、18.683‰的坡度上坡到达直沽站；左线以11‰、27.283‰的坡度下坡到达直沽站。区间结构顶部覆土厚度约6.05m～21m。区间隧道最小平面曲率半径为800m，分别出现在230环和330环。

本区间盾构工程筹划为：左右线均从津塘路站始发，直沽站结束，先掘进下侧隧道，下侧隧道全线贯通后，再掘进上侧隧道。

二、隧道工程盾构区间的监测方法

（一）监测目的

首先，对津塘路站～直沽站区间施工情况进行监测，并分析施工中影响地表变形的各种因素，给后续施工质量和效率的提升提供参考条件。结合监测结果，预测地表沉降几率，同时分析工程对周围建筑带来的影响，采取对应的防护措施。其次，结合工程实际状况，评断其是否满足地面沉降控制要求，探究工程项目土质环境、地下水条件以及施工方式等，研究结果可以作为设计方案修改依据。通过监测指导后续施工工作的顺利进行，减少不必要施工成本的投入。最后，通过施工监测保证施工的顺利进行，降低由施工事故造成的经济损失。

（二）监测内容

结合工程实际情况以及周围环境，安排工程监测项目内容。首先，在周围环境监测过程中，包含了周围管线垂直度监测以及沉降量监测；周围建筑物、桥梁工程垂直位移监测；周围桥墩沉降量监测；周围建筑物以及桥墩倾斜量的监测；周围建筑以及桥梁裂缝监测。其次，在盾构管片施工过程中，包含了管片结构垂直位移监测以及管片结构净空收敛变形监测。最后，现场巡视监测，涉及了盾构工程自身以及周围环境监测、监测点完成程度等。

（三）监测点布设

1.布设原则及工作量

结合规范标准，在建筑工程周围以及外墙每隔13m的位置设定一个建筑垂直位移监测点，并且东风立交桥监测点设定在墩柱上，每一个墩柱对应的监测点为2个。盾构区间线路两侧每隔30m内包含了建（构）筑物沿，津塘路站～直沽站区间线路依次为大直沽西路变电站，一共设有30个监测点，测点具体埋设见图1：

图1 基准点标志埋设形式图

2.周边建筑物、桥梁裂缝监测

在裂缝监测过程中，涉及了裂缝形态、长度、宽度等内容。在进行工程监测过程中，需要在盾构区间上方和侧穿位置找出裂缝位置并做出标记，实施裂缝监测，裂缝一般采用钢卷尺测量的方式进行监测和存档。选择一些具备代表性的裂缝，在原有裂缝不断增加或者存在新裂缝的情况下，需要结合实际情况及时添加新的监测点。每条裂缝监测点数量不得少于2个，并且布置在裂缝最宽位置处，观察连线垂直裂缝情况，在裂缝周围做好标记。

3.布设方法

根据建筑外墙以及四个角，分别在顶端、底端等位置做好标记，并将其当作监测点。桥墩柱上、下各贴一个反光片作为倾斜监测点。

（四）周边地表垂直位移监测

1.布设原则及工作量

横向布置过程中，在垂直于隧道轴线方向设定监测横断面，同时监测断面之间的距离是48m，设定的盾构环片数量为32个。左右线重叠区域加密至24m，为16个盾构环片以左、右线轴线为中心，向两侧各延伸34m，按2.5m、3.5m、5m、6m、17m间距布设，每组剖面测点的编号为：DBC-i-1～DBC-i-11（i为相应隧道环号）。左右线不重叠部分测点的编号为：左线：DBC-Zi-1～DBC-Zi-11,右线：DBC-Yi-1～DBC-Yi-11（i为相应隧道环号）。在纵向布置过程中，根据盾构隧道轴线布设测点，距离设定为24m，为16个盾构环片。盾构始发、吊出段100m和盾构重叠段及穿越承压水层范围内监测点加密至12m，为8个盾构环片，其中，盾构始发段加固区范围内间隔2个盾构环片。测点编号为：线路重合部分DBC-i，线路不重合部分左线DBC-Zi，右线DBC-Yi（i为相应隧道环号）。隧道主断面测点分布见图2。

2.布设方法

地面沉降点设置在地面硬化区域中，在测点位置钻进一个直径大于110mm、深度超出硬化层厚度，在孔内插入长1m的圆头钢筋至软土层中，钢筋头低于地面5cm，并用细砂将钢筋头以下部位填实。在地面沉降点设定在泥土地面中，需要直接在地面中插入直径为12mm的圆头钢筋，并超出冻土深度影响范畴，地面则需要采用保护措施，保证测点不会遭受损坏。

三、隧道工程盾构区间精度控制对策

（一）加强异常现象监测

首先，针对监测点被损坏或者监测点工作异常现象，则需要采用以下两种方式进行处理：(1）如果测点在被测对象表面，应该重新设置监测点，如果不满足工程要求的，则需要向相关部门说明情况并得到协助。(2）如果监测点在结构物中，则需废除该监测点，且尽可能在被废除监测点位置周边设置相对应监测点进行补测。其次，对于首次测量超差现象，则需要进行重新监测，且监测次数不得少于3次。

图2 隧道主断面测点分布

（二）强化监测数据处理

在工程现场监测过程中，通过获取原始数据，能够防止离散现象的出现，假设没有对其进行处理，将会影响最终的测量结果。因此，在工程现场获取原始数据以后，需要对其加以综合分析和处理。通过比较各种数据信息，能够保证数据的真实性和精准性。根据位移变化情况进行评断，可以将变形曲线划分三个阶段。首先，变形急剧增长阶段——变形速度大于1mm/d时；其次，变形缓慢增长阶段——变形速度1～0.2mm/d时；最后，基本稳定阶段——变形速度小于0.2mm/d时。如果结合位移测量值或者最终位移值情况进行评断，在盾构施工时，如果出现监测位移总量或单次监测结果超出某一临界点，则预示着围岩不平稳，需要做好加固处理。反之，假设量测位移总量或单次测量位移量接近临界值范畴，则需要考虑重新做好支护工作，从而降低施工风险。

四、结束语

总而言之，本文通过对隧道工程情况的分析，提出工程监测和精度控制方式，并从始发台定位、盾构机初始姿态测量等方面入手，实现对工程施工情况的监测和管理。综合上述控制要点，将其运用到天津地铁5号线津塘路站～直沽站区间为双单线隧道工程中，获得了理想的施工效果，有效提升了工程测量精度和水平。