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摘要:隨着我国建筑工程建设的蓬勃发展，隧道工程也日益增多。由于隧道工程施工影响因素复杂，施工环境恶劣等特点，因此其工程安全管理尤为重要。本文对盾构隧道施工中监控量测技术的应用进行了研究，文章从影响隧道施工的土体介质、隧道变形、地表建筑物等多个方面的分析出发，进而详细论述对这些方面进行监测的方法，希望对同类项目有所借鉴。
关键词:盾构隧道 ，监控量测， 数据分析
Abstract: with the construction project construction of booming development, tunnel project are increasing. Due to the tunnel engineering construction complex factors, construction environment characteristics such as bad, so the project safety management are particularly important. In this paper, the shield tunnel construction monitor measuring technology's application in the research, this article from the influence of the tunnel construction soil medium, the deformation, surface buildings, and other aspects of the analysis of, and detailed discussion on these aspects of the monitoring method, hope be reference for similar projects.
Keywords: shield tunnel, monitoring measurement, data analysis
中图分类号： U455.43 文献标识码：A文章编号：
1、前言
在隧道施工中，实施监控量测可以预测在施工过程中对地层的不同扰动程度，地层中的应力扰动区延伸及扩散，有可能引起地表、附近重要或高大建筑物产生沉降、隆起或倾斜，根据地表监测成果及时反馈信息指导和控制施工。
盾构掘进施工会扰动土体，反映到地面可能会引起引起地面建筑物开裂、沉降、隆起等状况。为了及时准确地掌握盾构工程施工时周边环境和建筑物的沉降、变形以及保证周边环境的安全，及时发现可能存在的危险并采用相应措施，必须在施工中要对监控量测加以重视。
2、盾构隧道施工监测
2.1监测控制标准
在信息化程度越来越高的施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，从而判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。根据实践经验及《隧道喷锚构筑法技术规则》(TBJ108-92)的Ⅲ级管理制度对监测管理方式如下表1所示。
表1：监测管理表
管理等级 管理位移 施工状态
Ⅲ U0< Un /3 可正常施工
Ⅱ Un /3≤U0≤Un2/3 应注意,并加强监测
Ⅰ U0> Un 2/3 应采取加强支护等措施
表中：U0--实测位移值Un--允许位移值
Un的取值，也就是监测控制标准。笔者结合以往类似工程经验、有关规范规定及招标文件“通用技术条件”的要求，认为可作以下控制基准见表2。
表2：监测控制标准表
序号 监测项目 控制标准 来源
1 地表及建筑物沉降 30mm 招标文件及
相应规范
2 建筑物倾斜 钢筋砼结构 3.0‰
砖木结构 3.5‰
根据上述监测管理基准,可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶则应密切关注,加强监测，监测频率可达到1～2次/天或更多。
2.2监测的内容
2.2.1土体介质的监测
(1)地表沉降
地表沉降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。地表桩设置沿盾构隧道的轴线每隔2~5m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。
(2)土体沉降和位移
监测盾构施工引起的深层土体的沉降和位移量可了解土层被扰动的范围和影响程度，土体沉降量采用分层沉降仪，土体深层位移采用测斜仪，两者可共用一个测孔和测管。
(3)土体应力和孔隙水压力
盾构掘进对土体的挤压作用破坏了土体结构，使土中应力和孔隙水压力增大，对土应力和孔隙水压力的量测，能了解盾构的施工性能，对土层的扰动程度及预测固结沉降量，量测数据的反馈后，可即使调整施工参数，减少对土层的扰动，土应力和孔隙水压力量测元件的埋设采取钻孔埋设法，测点埋设在隧道外围。
2.2.2隧道变形监测
(1)隧道沉降及水平位移监测
为了准确地监测到隧道的位置变形情况，比较先进的测量方式一般采用自动跟踪全站仪与多个反射棱镜布设，对已成型的管片环进行自动、定时的监测，并通过电缆传送至计算机系统，实现沉降量和水平位移的同步采集和分析。
(2)隧道断面收敛监测
采用收敛计进行隧道收敛监测，及时做出时间—收敛值及开挖面距离—位移散点图，对各量测断面内的测线进行回归分析，并用收敛量测结果判断隧道的稳定性。如果收敛值过大，应对周围岩体或土体进行加固处理；改变开挖方法或修改掘进参数。
(3)管片应力测量
量测的目的在于研究复杂工作条件下的地压问题，检验设计、积累资料和指导施工。主要量测方法为钢弦式传感器，沿衬砌环断面表面布设。
2.2.3地表建筑物的监测
(1)建筑物的沉降观测
通常情况下观测点布置在建筑物沉重构件或基础的角点上，长边上可适当加密测点。基点数量根据需要埋设，基点要牢固可靠（见图1）。测点可以用钢筋、铆钉或红漆进行标定在建筑物外墙或者基础。观测的重点应该放在沉降的速率，即随时间沉降加大的速度要有明显的反映。当速率变化过大，应当及时预警，尽快撤离疏散人员。
图1：基点埋设示意图 图2：建筑物沉降倾斜测点示意图
(2)建筑物的倾斜观测
建筑物倾斜量值是判断建筑物是否安全的基本控制量，主要用经纬仪或全站仪来测定建筑物的倾斜度（见图2）。
(3)建筑物的裂缝观测
建筑物的沉降和倾斜必然会导致结构构件的应力调整，有关裂缝开展状况的监测通常作为开挖影响程度的重要依据。量测方法主要有直接量测与间接量测。直接量测通过裂缝观测仪和钢尺对裂缝宽度测读，间接量测是通过石膏和铁片标志的定性化观测方法。
(4)地下管线监测
当通过地下管线密集地段时，监测测点布置根据地下管线与隧道的相对位置关系确定。一般情况下按照地下管线长度方向每5米布设一个监测点，监测点将布置在管线垂直正上方。针对较为特殊的管线根据设计及业主的要求进行，条件允许的情况下可将管线挖出实施直接观测，同时对较为危险的管线实施提前加固处理观测其变形规律。
2.2.4自动监测技术
自动监测系统在我国隧道施工中发展较为快速，目前较多采用自动全站仪以及相关软件进行自动变形监测，具有自动控制及变形数据分析功能，能够自动完成测量周期、实时评价测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能，可以实现全天 24小时自动监测，克服了传统测量方法的不足，节约了大量的人力，建立高精度的基准点，采用实时差分式测量方案，可以最大限度地消除或减弱多种误差因素，从而大幅度地提高测量结果的精度。并实时进行数据处理、数据分析、报表输出及提供图形等。提供远程监控、自动报警，并根据设计方案的要求作全方位的预报。
2.3数据处理及反馈
在隧道工程中进行量测不不是单纯的为了获取信息，而是作为施工管理的一个积极有效的手段。施工监测数据的整理分析要与盾构的施工参数采集相结合，如开挖面平衡压力、盾构推力、盾构姿态、出土量和盾尾注浆量等，根据监测报表对继后的盾构推进发出相关技术要求和指令，并传递给盾构推进工作面，使推进工作面及时作相应的调整。施工监测的数据同时要做为施工预警的报警指标，根据相应的警戒标准和警戒值，为工程的安全服务。
3、结语
监控量测是盾构隧道施工中重要的组成部分，保证了隧道施工处于可靠状态，满足设计及施工要求，使施工过程中的地表隆陷值以及建筑物的不均匀沉降小于或者满足规范的要求，同时为盾构机在掘进过程中正确调整技术参数提供信息，优化设计及施工参数，使隧道施工时达到优质、安全、经济合理、施工快捷的目的。
参考文献:
[1]邵国明.隧道施工技术浅谈[J].科技创新导报.2009(34).
[2]肖传兴.对隧道施工超前地质预报有关问题的探讨[J].路基工程.2009(03).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:盾构隧道 ，监控量测， 数据分析
Abstract: with the construction project construction of booming development, tunnel project are increasing. Due to the tunnel engineering construction complex factors, construction environment characteristics such as bad, so the project safety management are particularly important. In this paper, the shield tunnel construction monitor measuring technology's application in the research, this article from the influence of the tunnel construction soil medium, the deformation, surface buildings, and other aspects of the analysis of, and detailed discussion on these aspects of the monitoring method, hope be reference for similar projects.
Keywords: shield tunnel, monitoring measurement, data analysis
中图分类号： U455.43 文献标识码：A文章编号：
1、前言
在隧道施工中，实施监控量测可以预测在施工过程中对地层的不同扰动程度，地层中的应力扰动区延伸及扩散，有可能引起地表、附近重要或高大建筑物产生沉降、隆起或倾斜，根据地表监测成果及时反馈信息指导和控制施工。
盾构掘进施工会扰动土体，反映到地面可能会引起引起地面建筑物开裂、沉降、隆起等状况。为了及时准确地掌握盾构工程施工时周边环境和建筑物的沉降、变形以及保证周边环境的安全，及时发现可能存在的危险并采用相应措施，必须在施工中要对监控量测加以重视。
2、盾构隧道施工监测
2.1监测控制标准
在信息化程度越来越高的施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，从而判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。根据实践经验及《隧道喷锚构筑法技术规则》(TBJ108-92)的Ⅲ级管理制度对监测管理方式如下表1所示。
表1：监测管理表
管理等级 管理位移 施工状态
Ⅲ U0< Un /3 可正常施工
Ⅱ Un /3≤U0≤Un2/3 应注意,并加强监测
Ⅰ U0> Un 2/3 应采取加强支护等措施
表中：U0--实测位移值Un--允许位移值
Un的取值，也就是监测控制标准。笔者结合以往类似工程经验、有关规范规定及招标文件“通用技术条件”的要求，认为可作以下控制基准见表2。
表2：监测控制标准表
序号 监测项目 控制标准 来源
1 地表及建筑物沉降 30mm 招标文件及
相应规范
2 建筑物倾斜 钢筋砼结构 3.0‰
砖木结构 3.5‰
根据上述监测管理基准,可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶则应密切关注,加强监测，监测频率可达到1～2次/天或更多。
2.2监测的内容
2.2.1土体介质的监测
(1)地表沉降
地表沉降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。地表桩设置沿盾构隧道的轴线每隔2~5m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。
(2)土体沉降和位移
监测盾构施工引起的深层土体的沉降和位移量可了解土层被扰动的范围和影响程度，土体沉降量采用分层沉降仪，土体深层位移采用测斜仪，两者可共用一个测孔和测管。
(3)土体应力和孔隙水压力
盾构掘进对土体的挤压作用破坏了土体结构，使土中应力和孔隙水压力增大，对土应力和孔隙水压力的量测，能了解盾构的施工性能，对土层的扰动程度及预测固结沉降量，量测数据的反馈后，可即使调整施工参数，减少对土层的扰动，土应力和孔隙水压力量测元件的埋设采取钻孔埋设法，测点埋设在隧道外围。
2.2.2隧道变形监测
(1)隧道沉降及水平位移监测
为了准确地监测到隧道的位置变形情况，比较先进的测量方式一般采用自动跟踪全站仪与多个反射棱镜布设，对已成型的管片环进行自动、定时的监测，并通过电缆传送至计算机系统，实现沉降量和水平位移的同步采集和分析。
(2)隧道断面收敛监测
采用收敛计进行隧道收敛监测，及时做出时间—收敛值及开挖面距离—位移散点图，对各量测断面内的测线进行回归分析，并用收敛量测结果判断隧道的稳定性。如果收敛值过大，应对周围岩体或土体进行加固处理；改变开挖方法或修改掘进参数。
(3)管片应力测量
量测的目的在于研究复杂工作条件下的地压问题，检验设计、积累资料和指导施工。主要量测方法为钢弦式传感器，沿衬砌环断面表面布设。
2.2.3地表建筑物的监测
(1)建筑物的沉降观测
通常情况下观测点布置在建筑物沉重构件或基础的角点上，长边上可适当加密测点。基点数量根据需要埋设，基点要牢固可靠（见图1）。测点可以用钢筋、铆钉或红漆进行标定在建筑物外墙或者基础。观测的重点应该放在沉降的速率，即随时间沉降加大的速度要有明显的反映。当速率变化过大，应当及时预警，尽快撤离疏散人员。
图1：基点埋设示意图 图2：建筑物沉降倾斜测点示意图
(2)建筑物的倾斜观测
建筑物倾斜量值是判断建筑物是否安全的基本控制量，主要用经纬仪或全站仪来测定建筑物的倾斜度（见图2）。
(3)建筑物的裂缝观测
建筑物的沉降和倾斜必然会导致结构构件的应力调整，有关裂缝开展状况的监测通常作为开挖影响程度的重要依据。量测方法主要有直接量测与间接量测。直接量测通过裂缝观测仪和钢尺对裂缝宽度测读，间接量测是通过石膏和铁片标志的定性化观测方法。
(4)地下管线监测
当通过地下管线密集地段时，监测测点布置根据地下管线与隧道的相对位置关系确定。一般情况下按照地下管线长度方向每5米布设一个监测点，监测点将布置在管线垂直正上方。针对较为特殊的管线根据设计及业主的要求进行，条件允许的情况下可将管线挖出实施直接观测，同时对较为危险的管线实施提前加固处理观测其变形规律。
2.2.4自动监测技术
自动监测系统在我国隧道施工中发展较为快速，目前较多采用自动全站仪以及相关软件进行自动变形监测，具有自动控制及变形数据分析功能，能够自动完成测量周期、实时评价测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能，可以实现全天 24小时自动监测，克服了传统测量方法的不足，节约了大量的人力，建立高精度的基准点，采用实时差分式测量方案，可以最大限度地消除或减弱多种误差因素，从而大幅度地提高测量结果的精度。并实时进行数据处理、数据分析、报表输出及提供图形等。提供远程监控、自动报警，并根据设计方案的要求作全方位的预报。
2.3数据处理及反馈
在隧道工程中进行量测不不是单纯的为了获取信息，而是作为施工管理的一个积极有效的手段。施工监测数据的整理分析要与盾构的施工参数采集相结合，如开挖面平衡压力、盾构推力、盾构姿态、出土量和盾尾注浆量等，根据监测报表对继后的盾构推进发出相关技术要求和指令，并传递给盾构推进工作面，使推进工作面及时作相应的调整。施工监测的数据同时要做为施工预警的报警指标，根据相应的警戒标准和警戒值，为工程的安全服务。
3、结语
监控量测是盾构隧道施工中重要的组成部分，保证了隧道施工处于可靠状态，满足设计及施工要求，使施工过程中的地表隆陷值以及建筑物的不均匀沉降小于或者满足规范的要求，同时为盾构机在掘进过程中正确调整技术参数提供信息，优化设计及施工参数，使隧道施工时达到优质、安全、经济合理、施工快捷的目的。
参考文献:
[1]邵国明.隧道施工技术浅谈[J].科技创新导报.2009(34).
[2]肖传兴.对隧道施工超前地质预报有关问题的探讨[J].路基工程.2009(03).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。