盾构穿越风井监测数据分析

姚磊 张易 黎晨

摘 要：由于某过江通道工程风井复杂的环境条件、开挖深度和地质条件，采用地下连续墙作为支护方案。为确保基坑安全，布置详细的监测方案，并获得了丰富的监测数据，研究了各测点位移变化规律，为今后制定施工措施提供了参考性意见。

关键词：风井;施工监测;数据分析

中图分类号：TV551.4           文獻标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）03-0154-04

基坑工程风险性很高，一旦发生事故将造成无法挽回的损失。本文根据某过江通道工程风井围护结构施工监测数据，对围护结构位移变化规律进行了研究，为施工措施的采取提供了依据[1]。

1工程概况

风井建设是过江通道工程的关键性工程之一。由于本工程临近长江，地下水丰富，承压水受长江水补给，给施工降水带来巨大困难。盾构穿越风井加固区外围、风井加固区及风井，影响范围长230m。监测周期为盾构到达梅子洲风井加固区外围至风井中心管片拆除完成，重点监测参数为盾构穿越风井过程及管片拆除过程中风井内衬墙和管片结构的受力及变形情况[2]。

2监测项目及测点布置

2.1监测项目

风井位置结构复杂，开挖会使开挖面以下的土层发生卸载，临近土层发生不同程度的变位，从而会对临近建（构）筑物的结构产生影响，其中长江大堤是监测重点。为预防工程破坏事故和环境事故的发生，需要对梅子洲风井的施工过程进行监测。综合考虑选定主要监测项目见表1。

2.2测点布置

盾构穿越风井区域时，风井内部位移监测采用收敛仪进行。于风井地下第二层、第三层和第四层布置周边位移监测点，每层均匀布置16个测点，其测点布置如图1所示[3]。

盾构穿越过程中净空变化速度持续大于1.0mm/d时，风井处于急剧变形状态，应控制掘进速度。

盾构穿越过程中净空变化速度小于0.2mm/d时，风井达到基本稳定。

混凝土应力采用表贴式混凝土应变计进行测量，于风井地下第四层布置48个测点，地下第三层布置32个测点，地下第二层布置16个测点，其测点布置如图1～图4所示。

3 风井监测数据分析

3.1围护结构变形监测

3.1.1风井地下2层收敛变化情况

对风井地下2层内的水平收敛测点进行了测量，监测成果如图5所示，其中累计变量最大值位于测点2-12-13，水平收敛达到5.03mm，小于梅子洲风井变形监测控制标准23.4mm;变形变化速率最大值位于测点2-4-5，达到0.69mm/d，小于梅子洲风井变形监测控制标准1.0mm/d，表明风井地下2层变形处于安全范围内[4]。

3.1.2风井地下3层收敛变化情况

对风井地下3层内的水平收敛测点进行了测量，监测成果如图6所示，其中累计变量最大值位于测点3-2-3，水平收敛达到3.36mm，小于梅子洲风井变形监测控制标准23.4mm;变形变化速率最大值位于测点3-0-1，达到0.62mm/d，小于梅子洲风井变形监测控制标准1.0mm/d，表明风井地下3层变形处于安全范围内。

3.1.3风井地下4层收敛变化情况

对风井地下4层内的水平收敛测点进行了测量，监测成果如图7所示，其中累计变量最大值位于测点4-10-11，水平收敛达到5.31mm[5]，小于梅子洲风井变形监测控制标准23.4mm;变形变化速率最大值位于测点4-10-11，达到0.95mm/d，小于梅子洲风井变形监测控制标准1.0mm/d，表明风井地下4层变形处于安全范围内。

从风井围护结构水平收敛变化曲线图可知，其变形基本趋于稳定，且处于安全范围内。

3.2围护结构内力监测

3.2.1风井地下2层内力变化情况

对风井地下2层结构内力测点进行了测量，监测成果如图8所示，其中拉应力累计变量最大值位于测点208V（达到1.83MPa），小于于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa），表明风井地下2层抗拉强度处于安全范围内;压应力累计变量最大值位于测点206V和212V（达到-1.95MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下2层抗压强度处于安全范围内。

3.2.2风井地下3层内力变化情况

对风井地下3层结构横向内力测点进行了测量，监测成果如图9所示，其中拉应力累计变量最大值位于测点302H（达到1.21MPa），小于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa），表明风井地下3层横向抗拉强度基本处于安全范围内;压应力累计变量最大值位于测点314H（达到-3.19MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下3层横向抗压强度处于安全范围内。

对风井地下3层结构竖向内力测点进行了测量，监测成果如图10所示，其中拉应力累计变量最大值位于测点303V（达到-0.02MPa），小于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa）[6]，表明风井地下3层竖向抗拉强度基本处于安全范围内;压应力累计变量最大值位于测点314V（达到-4.51MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下3层竖向抗压强度处于安全范围内[7]。

3.2.3风井地下4层内力变化情况

对风井地下4层结构横向内力测点进行了测量，监测成果如图11所示，其中拉应力累计变量最大值位于测点412H（达到0.51MPa），小于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa），表明风井地下4層横向抗拉强度处于安全范围内;压应力累计变量最大值位于测点401H（达到-4.34MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下4层横向抗压强度处于安全范围内。

对风井地下4层结构竖向内力测点进行了测量，监测成果如图12所示，其中拉应力累计变量最大值位于测点408V（达到0.53MPa），小于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa），表明风井地下4层竖向抗拉强度处于安全范围内;压应力累计变量最大值位于测点413V（达到-3.93MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下4层竖向抗压强度处于安全范围内。

对风井地下4层结构斜向内力测点进行了测量，监测成果如图13所示，其中拉应力累计变量最大值位于测点408S（达到0.50MPa），小于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa），表明风井地下4层斜向抗拉强度处于安全范围内;压应力累计变量最大值位于测点405S（达到-4.01MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下4层斜向抗压强度处于安全范围内。

通过上述分析数据推导出风井地下4层结构第一主拉应力，变化曲线如图14所示，其中最大主拉应力累计变量最大值位于测点412（达到2.28MPa），小于梅子洲风井C35混凝土容许名义拉应力（4.45MPa）的70%（3.11MPa），表明风井地下4层抗拉强度处于安全范围内。

通过上述分析数据推导出风井地下4层结构第三主压应力，变化曲线如图15所示，其中最大主拉应力累计变量最大值位于测点401（达到-6.51MPa），小于梅子洲风井C35混凝土抗压强度设计值（16.10MPa）的70%（11.27MPa），表明风井地下4层抗压强度处于安全范围内。

从风井围护结构应力变化曲线图可知，其内力基本趋于稳定，处于安全范围内。

4 结论

通过对梅子洲风井附近结构地表的沉降监测，得出如下结论：

（1）风井位移和内力主要受基坑开挖、风塔主体结构施工、盾构穿越及地下水位变化综合影响;

（2）墙顶水平位移受坑外堆载影响明显;

（3）基坑周边水、土压力均处于稳定状态;

（4）根据监测数据可知，墙顶水平位移较大通常发生在基坑开挖和水位变化较大期间，建议尽量减少基坑周围堆载，及时补充基坑内水位，在恶劣天气、断水、断电时及时采取应对措施，减小基坑施工风险，保证施工安全;

（5）从风井围护结构水平收敛变化曲线图和应力变化曲线图可知，其变形和内力基本趋于稳定，且处于安全范围内[8]。

参考文献：

[1] 周顺华，王炳龙.盾构工作井围护结构在施工全过程的内力测试分析[J].岩土工程学报，2002，24（3）：301-303.

[2] 韦良文，张庆贺，孙统立，等.盾构隧道开挖面稳定研究进展[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2007，26（6）：67-72.

[3] 张正禄.工程测量学[M]. 湖北：武汉大学出版社，2008.

[4] GB50497-2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

[5] 张建全.北京某深基坑工程施工监测与成果分析[J].工程勘察， 2010（02）.

[6] 何尧，孙亚峰，刘晓瑜.昆山市某深基坑围护结构事故原因分析[J].工程建设与设计，2010（01）.

[7] 王浩，覃卫民，汤华.关于深基坑施工期监测现状的一些探讨[J].岩土工程学报，2006（S1）.

[8] 郑淑芬.盾构隧道施工地表沉降规律及控制措施研究[D]. 湖南：中南大学，2010.