岩土工程测试+朱启银

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1、上海地铁隧道建设中的主要岩土工程问题及其监测方法朱启银0080109048【摘要】盾构法施工技术已经历100多年，虽然其技术随着盾构机等性能的改进有了很大的发展，但都不可避免地引起对地层的扰动，从而引起地层变形及地面沉降，特别是在修建软土城市盾构隧道中尤为明显。地铁施工由于在建筑物稠密、地下管网繁多的城市环境中建设，即使采用当前先进的盾构施工技术，也难以完全防止地表沉降以及地层水平位移的发生，本文针对地铁施工中沉降监测主要任务及基本方法进行了总结【关键词】盾构法沉降监测1、上海地铁工程概况上海地铁建设始于199

2、0年初。1995年4月10日，上海地铁一号线全线（上海火车站站——锦江乐园站）建成通车。　　2008年，上海地铁正式迈入网络化运营的崭新阶段，“1环7射”8条线路、8个换乘枢纽、161座车站，充分发挥了大容量公共交通优势，市域骨干交通态势初显。　　至2012年，上海市将新建10个地铁项目（含既有线延长线），新建线路全长389公里，整个项目的资金投入达2000多亿元人民币，地铁运营线路达到13条、运营总长度超过500公里，形成上海地铁基本网络。上海地铁主要建在地表以下20m深度以内，上海浅层土为第四系沉积层，主要

3、地层为淤泥质粘性土层。这类土颗粒微细，固结度低，具有高溶水性，高压缩性，低渗透性，易塑流等特点。地铁区间隧道采用土压平衡盾构掘进机施工，具有机械化程度高，不影响地面构筑物，施工速度快的优点。土压平衡盾构施工法由上海隧道工程公司于1987年开发应用，于1991广泛用于上海地铁区间隧道施工。2、地铁隧道建设中的监测内容及方法盾构法进出洞工程的施工监测与进出洞的方法有关，大多可参考基坑工程的监测方法。盾构法施工隧道时所需的监测内容可分为两大类:岩土介质和周围环境的监测及隧道(包括盾构)结构的监测。其中岩土介质和周围环

4、境的监测内容包括:盾构正面土压力、地表沉降和位移、土体沉降和位移、土体应力和孔隙水压力、构筑物沉降和倾斜等项目。这里主要介绍地表沉降。2.1地表沉降2.1.1地表沉降机理和特点盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。由于盾构推进过程中的挤压，超挖和盾构尾部的压浆作用，对地层产生扰动，使隧道周围地层产生正、负超孔隙水压力，从而引起地层沉降称为固结沉降。固结沉降可分为主固结沉降和次固结沉降。主固结沉降为超空隙水压力消散引起的土层压密；次固结沉降是由于土层骨架蠕

5、动引起的剪切变形沉降。地面沉降的主要原因有以下几点：(1)开挖面前方土体崩塌或盾构机推力过大引起开挖面土压力失衡；(2)作用于盾构机的外力(千斤顶载荷)变化；(3)盾构机-土体间摩擦引起的土体挤压剪切效应；(4)盾尾间隙以及在盾构隧道管片衬砌背后的注浆所引起沉降；(5)因盾构机操作引起的过量取土；(6)因地下水位变化引起孔隙水压力变化而导致的长期固结沉降。2.1.2沉降特点盾构推进施工引起的地表和土体沉降位移的历时变化一般分为盾构到达前、盾构到达、盾构通过时、盾构通过、后续沉降5阶段。(1)盾构到达前的超前沉降

6、：测点离盾构切口3-20m范围内所发生的隆、沉变化。一般发生沉降，但沉降量很小，主要是盾构掘削面引起的地下水位降低而发生的。(2)盾构到达时的隆沉：测点离盾构切口0-3m范围内所发生的隆沉变化。当盾构设定土压值较大，推力较大，出土量小于100％时，地表呈隆起；当设定土压值较小，推力较小，出土量大于l00%，地表开始发生沉降。(3)盾构通过时的沉降：在盾构切口至盾尾范围内，—般发生沉降，主要由盾构超挖、纠偏引起。(4)盾尾通过后的隆沉：盾尾离开测点0-5m范嗣内，因注浆的不及时而发生较大沉降；若采用同步注浆，并及

7、时充足地注浆，则不易发生沉降，若过量注浆，则产生隆起。(5)后续沉降：由于盾构施工过程中因挤压、超挖、蛇形、注浆等扰动土体后，土体缓慢固结产生的沉降。其特点是沉降时间很长，但沉降速率逐渐减小。地表沉降测量是在沉降测量区域埋设地表桩，采取常规的水准测量方法。地表桩设置一般沿盾构隧道的轴线每隔3m-5m设一测点，适当布置几排横向地表桩，测量盾构施工引起的横向沉降槽的变化。道路沉降必须将地表桩埋入道面下的土层里，才能比较真实地测量道路的沉降。铁路的沉降测量必须同时监测路基和铁轨的沉降。地下管线的沉降测量，对重点保护的

8、管线，应将测点设在管线上，并砌筑保护井盖，一般管线则可在其周围设置地表桩进行监测。在盾构切口到达前3m和盾尾过后3d内，应加密监测频率。另外也有液体静力水准测量法、分层沉降法和测斜仪测定法等。2.2土体沉降和位移监测盾构施工引起的深层土体沉降和位移可了解土层被扰动的范围和影响程度，土体沉降测量采用分层沉降仪，土体深层位移则采用测斜仪，两者可共用一个测孔和测管。当测管埋设深度低于隧道底部