地鐵隧道施工引起的地表沉降及變形測(cè)量

1、地鐵隧道施工引起的地表沉降及變形測(cè)量【摘要】地表沉降及變形是地鐵盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中最需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，其 直接影響周?chē)孛娼ㄖ偷叵略O(shè)施的正常使用，因此，對(duì)地表沉降及變形測(cè)量至 關(guān)重要。論文首先分析了盾構(gòu)掘進(jìn)引起地表沉降及變形產(chǎn)生的原因，重點(diǎn)探討了 地鐵隧道施工引起的地表沉降及變形測(cè)量方法?！娟P(guān)鍵詞】地鐵隧道施工；沉降及變形；測(cè)量盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，由于盾構(gòu) 施工引起的周?chē)ㄖ锏膿p壞也在減輕，但是盾構(gòu)施工還是會(huì)不可避免地引起地 層的擾動(dòng)，引起地層變形以及地面的沉降及變形。地層擾動(dòng)導(dǎo)致的土體強(qiáng)度和壓 縮模量的降低將會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的固結(jié)和次固結(jié)沉降及變形。

2、當(dāng)?shù)貙幼冃纬^(guò)一 定范圍時(shí)，就會(huì)危及到鄰近建筑物和地下管網(wǎng)的安全，進(jìn)而引起一系列的巖土環(huán) 境問(wèn)題。由此可見(jiàn)，研究盾構(gòu)施工產(chǎn)生地表沉降及變形的機(jī)理具有重大的意義。1盾構(gòu)掘進(jìn)引起地表沉降及變形產(chǎn)生的原因雖然不同學(xué)者基于各自的出發(fā)點(diǎn)提出了不同的盾構(gòu)施工引起地表沉降及變 形的機(jī)理，但是不可否認(rèn)的一點(diǎn)就是土體位移源于開(kāi)挖引起的擾動(dòng)及由此產(chǎn)生的 地層損失和擾動(dòng)土的重新固結(jié)。1）地層損失。所謂地層損失是盾構(gòu)施工中實(shí)際 開(kāi)挖土體體積和理論計(jì)算的排土體積之差。地層損失率以地層損失體積占盾構(gòu)理 論排土體積的百分比來(lái)表示。地層損失一般包括盾構(gòu)開(kāi)挖面的地層損失、盾構(gòu)糾 偏產(chǎn)生的地層損失、盾構(gòu)沿曲線(xiàn)推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的地層損失

3、以及盾殼外徑和管片直徑 之間空隙引起的地層損失。引起地層損失的施工及其他主要因素有:盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)， 開(kāi)挖面土體受到的水平支護(hù)應(yīng)力小于原始側(cè)向應(yīng)力，則開(kāi)挖面土體向盾構(gòu)內(nèi)移 動(dòng)，引起地層損失而導(dǎo)致盾構(gòu)上方地面沉降及變形；當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)如作用在正面 土體的推應(yīng)力大于原始側(cè)向應(yīng)力，則正面土體向上向前移動(dòng)，引起地層損失（欠 挖）而導(dǎo)致盾構(gòu)前上方土體隆起。2）在盾構(gòu)暫停推進(jìn)時(shí)，由于盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂漏 油回縮，可能引起盾構(gòu)后退，使開(kāi)挖面土體塌落或松動(dòng)，造成地層損失。3）由 于向盾尾后面、隧道外圍建筑空隙中壓漿不及時(shí)、壓漿量不足或壓力不適當(dāng)，使 盾尾后坑道周邊土體失去原始三向平衡狀態(tài)，而向盾尾空隙中移動(dòng)，引起地層損

4、 失。在含水不穩(wěn)定地層中，這往往是引起地層損失的主要因素。4）盾構(gòu)在曲線(xiàn) 中推進(jìn)、糾偏、抬頭或叩頭推進(jìn)以及實(shí)際開(kāi)挖斷面不是圓形而是橢圓形而易引起 地層損失。盾構(gòu)軸線(xiàn)與隧道軸線(xiàn)的偏角越大，則對(duì)土體擾動(dòng)超挖程度及引起的地 層損失也越大，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)曲線(xiàn)推進(jìn)時(shí)，由于對(duì)土體擾動(dòng)加劇，地面最大沉降及變 形量要大于正常推進(jìn)時(shí)地面最大沉降及變形量，靠近盾構(gòu)機(jī)位置的橫斷面上地表 面處的變形出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)抬頭推進(jìn)時(shí)，地面最大沉降及變形量要大于正 常推進(jìn)時(shí)地面最大沉降及變形量。與正常推進(jìn)時(shí)的變形比較可以發(fā)現(xiàn)，除了隧道 下沉量增加外，在工作面處地表面的變形由正常推進(jìn)的沉陷變?yōu)榇藭r(shí)的隆起，隧 道工作面前方有較大的隆

5、起。5）隨盾構(gòu)推進(jìn)而移動(dòng)的盾構(gòu)正面障礙物，使地層 在盾構(gòu)通過(guò)后產(chǎn)生空隙而又無(wú)法及時(shí)壓漿填充。6）盾殼移動(dòng)對(duì)地層的摩擦和剪 切。7）在土壓力作用下，隧道襯砌產(chǎn)生的變形也會(huì)引起少量的地層損失。隧道 襯砌沉降及變形較大時(shí)，會(huì)引起不可忽略的地層損失。2控制盾構(gòu)隧道施工地面沉降及變形測(cè)量方法沉降觀測(cè)按部位可分為表層沉降觀測(cè)、深層（分層）沉降觀測(cè)和斷面沉降觀 測(cè)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，沉降觀測(cè)方法不斷完善，觀測(cè)儀器類(lèi)型也越來(lái)越多，但不 同的觀測(cè)方法和觀測(cè)儀器適用于不同的工程地質(zhì)條件。目前，沉降監(jiān)測(cè)常用的方 法有:監(jiān)測(cè)樁、沉降杯、沉降板、磁環(huán)沉降儀、水壓式剖面沉降儀和水平測(cè)斜儀 等。接下來(lái)，將對(duì)以上這些方法做一個(gè)

6、簡(jiǎn)單的介紹。2.1監(jiān)測(cè)樁。用木樁和鋼釬釘入土中，用水準(zhǔn)儀持平，即可測(cè)量土體表面的 沉降量。一個(gè)監(jiān)測(cè)樁只能觀察路面上一點(diǎn)的沉降，若要進(jìn)行整個(gè)斷面的沉降測(cè)量， 必須埋設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)樁。在不同位置埋設(shè)的監(jiān)測(cè)樁的尺寸有著不同的要求。此方法 最簡(jiǎn)便，但只能測(cè)定建筑物表面的沉降值，無(wú)法測(cè)試土體內(nèi)部某一位置的沉降， 對(duì)填土施工有干擾。2.2沉降水杯測(cè)量。監(jiān)測(cè)路基內(nèi)部變形最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段之一是沉降水 杯測(cè)量。沉降水杯利用連通器原理，把路基內(nèi)部某一點(diǎn)的高程映射到路基外部， 故測(cè)量路基外部該映射點(diǎn)的高程即可知道路基內(nèi)部觀測(cè)點(diǎn)的高程。通過(guò)一定時(shí)間 段監(jiān)測(cè)該映射點(diǎn)高程的變化，即可清晰點(diǎn)繪出路基內(nèi)部觀測(cè)點(diǎn)的形變歷程。而

7、這 些形變歷程是研究路基變形機(jī)理及規(guī)律的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)在于觀測(cè)方法原理簡(jiǎn) 單、淺顯易懂、造價(jià)低廉。缺點(diǎn)是根管的埋設(shè)要求比較高，如果埋設(shè)不平順，容 易形成氣泡阻塞水管，使測(cè)試無(wú)法進(jìn)行;在比較寒冷的地區(qū)也不適應(yīng);直接目測(cè)觀 測(cè)水杯讀取液面刻度值，精度較低（士 1mm）。該方法用于室內(nèi)試驗(yàn)觀測(cè)比較容易， 用于實(shí)際工程觀測(cè)時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜、天氣變化異常、實(shí)際操作比較困難， 一般較少使用。2.3沉降板。沉降板一般用于觀測(cè)軟土地基總沉降，測(cè)試地基面在不同處理 措施、不同荷載條件下地基面的沉降分布。沉降板作為沉降動(dòng)態(tài)觀測(cè)的方法之一， 以其代價(jià)低、設(shè)置方法簡(jiǎn)單、易觀測(cè)被廣泛采用，取代了一些地區(qū)使用儀器觀

8、測(cè)， 但數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性容易受影口向。沉降板底座隨著路基沉降，通過(guò)與底座 相連的測(cè)桿，可以測(cè)得底座埋設(shè)處的路基沉降值。2.4磁環(huán)沉降儀。磁環(huán)沉降儀5是分層沉降儀中運(yùn)用最為廣泛的一種。磁 環(huán)沉降儀的工作原理磁環(huán)沉降儀所用傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，將磁感應(yīng) 沉降環(huán)（沉降標(biāo)）預(yù)先通過(guò)鉆孔方式埋入地下待測(cè)的各點(diǎn)位置，當(dāng)傳感器通過(guò)磁感 應(yīng)環(huán)時(shí)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)信號(hào)送至地面儀表顯示，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警（一般是蜂鳴 器發(fā)出信號(hào)）。讀取孔口標(biāo)記點(diǎn)上對(duì)應(yīng)鋼尺的刻度數(shù)值，即為沉降環(huán)的深度。一 般每次測(cè)量值與前次測(cè)值相減即為該測(cè)點(diǎn)的沉降量。但是實(shí)際測(cè)量中可以根據(jù)條 件，選擇孔口標(biāo)高或最底層沉降標(biāo)位置作為監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)

9、，通過(guò)對(duì)不同時(shí)期測(cè)量結(jié) 果的對(duì)比分析，可以確定各土層的沉降（或隆起）結(jié)果。2.5 PVC管測(cè)斜儀。PVC管測(cè)斜儀（也稱(chēng)測(cè)斜儀）是一種測(cè)定鉆孔傾角和方位 角的原位監(jiān)測(cè)儀器。PVC管沉降儀按使用方式不同，可分為滑動(dòng)式測(cè)斜儀和固定 式測(cè)斜儀。固定式是將測(cè)斜儀測(cè)頭固定在土體內(nèi)某點(diǎn)位移的位置，用傳輸信號(hào)電 纜引出地面進(jìn)行觀測(cè)。采用固定式測(cè)斜儀觀測(cè)的測(cè)點(diǎn)，一般用于活動(dòng)式測(cè)斜儀難 以做到觀測(cè)的測(cè)點(diǎn)，其費(fèi)用高，測(cè)頭損壞難以維修，目前采用甚少?；顒?dòng)式測(cè)斜 儀探頭便于維修，并可進(jìn)行多點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)，應(yīng)用十分廣泛。若按敏感元件不同則 可分為伺服加速度計(jì)式、電阻應(yīng)變片式、鋼弦式、差動(dòng)電阻式等。由于伺服加速 度計(jì)式測(cè)斜儀精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，現(xiàn)已被廣泛采用。若按儀器測(cè)量方向不同 則可分為垂向測(cè)斜儀（測(cè)量水平位移）、水平測(cè)斜儀（測(cè)量垂向位移）和斜向測(cè)斜儀 （測(cè)量斜面的法向位移）。3結(jié)語(yǔ)總之，城市隧道地質(zhì)條件一般很復(fù)雜，一般都處于松散、軟弱土層中，因此 對(duì)地鐵隧道施工引起的地表沉降及變形的觀測(cè)尤為重要，目前沉降及變形的測(cè)量 的方法諸多，對(duì)于實(shí)際工程中某種方法的采用應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選定地表沉降 及變形的測(cè)量方法。參考文獻(xiàn)：楊海朋.施工過(guò)程