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摘要：结合本工程的地质条件和线路情况,针对线路调整措施、盾构掘进技术措施、监测频率及控制标准、监测数据分析、监测成果信息反馈等进行论述。
关键词：盾构机线路调整施工监测
中图分类号：U21文献标识码：A 文章编号：
Abstract: Combining the engineering geological conditions and line, line adjust measures, to shield tunneling technology measures, monitoring frequency and control standard, monitoring data analysis, information feedback monitoring results is discussed.
Key Words: shield construction machine line adjust construction monitoring
1 工程概况
广州市轨道交通四号线【车黄盾构区间】土建工程地处广州市中心区东部，位于黄村站～车陂站～车陂南站之间。黄村站至车陂站区间隧道起止里程为YDK8+876.800～YDK10+563.800，右线长1687m，左线长1715.588m。车陂站至车陂南站起止里程为YDK10+704.600～YDK11+488.150，右线长783.55m，左线长762.233m。本工程采用两台海瑞克土压平衡盾构机掘进，盾构从黄村站始发，由北往南掘进，中间过车陂站，最后在车陂南站北端头吊出，工程线路见图一：
图一车黄盾构区间线路图
2 盾构过广深铁路具体施工措施
2.1线路调整措施
为了确保盾构过广深铁路施工时广深铁路的运营安全，项目部通过对原招标图纸的地质情况分析，发现在广深铁路位置左右线均存在砂层侵入隧道情况，对盾构掘进不利。2007年4月3日，项目部邀请地铁业主组织召开了黄村站～车陂站区间线路调整会议，增大隧道埋深，避开原不利地质条件，将穿过广深铁路段的线路坡度由原设计方案右线的39‰、左线38‰调整为右线50‰、左线48．5‰坡度，大大改善了隧道掘进地质条件，降低掘进风险。
2.2盾构掘进技术措施
2.2.1盾构掘进时间安排
为确保盾构掘进对广深铁路运营影响，确保铁路运营安全，采用盾构连续掘进方式，在最短的时间内通过广深铁路。根据该地层的地质情况，盾构机每天能够掘进12米，左、右线盾构机在7个工作日就能通过广深铁路。盾构机通过广深铁路时间将避开“五一”、“十一”、“元旦”、“春运”等运输高峰期。
2.2.2采用土压平衡模式掘进
盾构机土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。根据以往盾构掘进施工经验，在广深铁路段类似地层条件下面，土压力宜控制在150～200kpa左右。本工程需根据盾构机过广园路及广深铁路前40米处的现场实际掘进及地表沉降情况，进行精细化的计算和参数调整。
本工程采用两台新购置海瑞克盾构机完成本区间掘进任务，为确保过广深铁路安全，有效建立土压平衡掘进条件，在设备上特别增加保压泵系统装置，为安全顺利通过广深铁路在设备上又提供了一大保障。
2.2.3采用微扰动掘进模式
根据上海隧道在软弱地层掘进经验，在砂层等软弱地层掘进时，盾构掘进尽量不要扰动原始地层改变地层原始结构，防止由于地层应力释放沉降问题的发生。因此，在掘进时采取微扰动掘进模式，将掘进速度控制在20mm/min之内，同时将土仓压力变动幅度控制在30KPa之内，这样无论盾构机是在掘进状态还是在停机状态，均可以相对维持土仓压力与掌子面的平衡，避免土压大起大落，产生对掘削地层的扰动，从而达到控制沉降的目的。
2.2.4注浆量控制
注浆量控制主要控制盾构通过时的后期沉降，通过注浆填充管片与围岩之间的空隙支撑隧道拱顶地层，达到控制沉降的目的。本工程盾构过广深铁路将采用每环进行壁后注双液浆的方式注浆。作用有三：一是保证管片在短时间内稳定；二是保证管片壁后与隧道围岩之间短时间内凝固并充填密实，堵住后面来水，预防盾构机后面来水涌入刀盘前方造成“喷涌”的可能，造成出土量无法得到控制，因为往往在发生“喷涌”时出土量是无法得到准确计量的；三是保证盾构过后的后期沉降。注浆压力取值0.4～0.6MPa。注浆量每环不少于5.0 m3，在同步注浆不足的情况下，掘进结束后进行二次注浆进行补充，保证管片与围岩之间充填密实。
3 施工监测
3.1 监测频率及控制标准
3.1.1监测频率
根据本工程特点及设计图纸要求，初步拟定以下的监测项目及监测频率如表一所示。对于广深铁路线路的安全监测，在盾构机掘进到广深铁路监测区每天监测2次；当盾构机在铁路正下方掘进时，每掘进一环(1.5m)检测1次。
表一监测项目、测点布置及监测频率
序号 监测项目 监测频率
开挖面距监测断面≥5D 2D开挖面距监测断面<5D 盾构机掘进
铁路监测区 盾构机在铁路
正下方掘进
1 路基沉降 1次/周 1次/2天 2次/天 1次/1.5m
2 钢轨沉降 1次/周 1次/2天 2次/天 1次/1.5m
本次广深铁路段的监测内容主要为广深铁路路基及钢轨的沉降变形。轨道平顺性的相关监测工作请铁路部门相关的专业监测单位进行监测。
3.1.2监测控制标准
隧道工程發生重大事故前都有预兆，这些预兆首先反映在监测数据中，要从数据中发现工程问题，则需通过确定监控报警值来实现。
在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。在隧道工程监测中，每一项监测的项目都应该根据工程的实际情况、周边环境和设计计算书，事先确定相应的监控警戒值，用以判断隧道结构的受力情况、位移是否超过允许的范围，进而判断隧道施工的安全性，决定是否对设计方案和施工方法进行调整，并采取有效及时的处理措施。
根据以往经验以《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》的Ⅲ级管理制度作为监测管理方式(见表二)。
表二监测管理表
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≤2Un/3 应注意，并加强监测
Ⅰ U0＞2Un/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
根据以往类似工程经验、有关规范规定设计要求，建议的控制基准见表三所示：
表三 盾构工程监测控制基准
监测项目 警戒值/允许值 标准来源
路基沉降 4mm/5mm 相关规范、设计规定及管线单位规定。
钢轨沉降 3mm/4mm
监测中若发现监测值突然增大，立即通知施工现场，引起注意，达到警戒值时应及时调整施工参数。
3.2 监测数据分析
3.2.1 现场施测人员随测量进程即时计算成果。以便勘误，发现异常立即复测排除可能产生测量计算上的错误，复测无误后立即以最快捷的方法将异常结果反映到相关部门。（测量室、工程部、技术部、监理、广铁集团广州工务段）以便尽快采取决策措施。正常的测量数据成果，当天由测量监测负责人进行数据整理，制成报表，画出时变曲线图，并经测量室专职工程师校核无误后，作成日报当天上报，最迟不超过下一个测次前上报监理及广铁集团广州工务段。
2.2.2每周一提交一次监测周报。汇总各测点一周的变化情况，累计沉降值及变化时变曲线图及前方待监测点的初始值。每月提交监测月报；内容为本月的施工概况；地质概况；沉降量变化的特征、特点分析总结。各监测断面、监测剖面的沉降剖面曲线图，时变沉降表，重点监测对象的稳定情况等。
3.3 监测成果信息反馈
建立系统的消息反馈系统渠道。测量成果的及时反馈是监测工作成效的最重要部份。监测外业组随测量进程及时计算测量成果，如有异常经复测、复核无误后，立即以最快捷方式上报工程部、总工室、监理、广铁集团广州工务段。同时分析异常的原因。采取对应的措施，并随后补报正常的测量成果报表。当天报测量室复核，最迟不超过十二小时上报技术部、总工室、监理、广铁集团广州工务段。各环节人员有明确的责任分工，建立成果资料签收单制度，资料三级复核制度。要求工作人员有高度的责任心和细致的工作态度进行监测工作。
3.4监测安全保证措施
由于本监测项目的监测范围为盾构机下穿广深铁路段，该区域的高速火车运行速度快，密度大。监测人员和仪器设备在监测过程中给广深铁路的安全运营带来隐患，为确保人员的安全以及监测工作的顺利进行，制定以下安全保证措施：
（1）通过广深铁路相关部门批准后方可进入广深铁路区进行监测，服从广深铁路有关部门的工作安排，不擅自进入广深铁路区进行监测工作。将监测工作安排在深夜火车运营密度低期间（具体时间按照广深铁路部门批准的监测时间），在不影响广深铁路的安全运营的前提下进行监测工作。
（2）建立安全工作岗位责任制，认真贯彻“预防为主”和“安全为了生产，生产必须安全”的原则，贯彻“谁主管，谁管安全”的原则。
（3）控制点和观测点埋设点，必须现场踏勘，并向广深铁路有关部门了解相关范围的电缆、光纤、煤气管、水管及其它管线的埋藏情况。不影响广深铁路线路的顺畅运营。
（4）在监测过程中，尽量避免影响广深铁路工务工作人员对铁路线路的日常维护工作。
4 结束语
广州地质条件比较复杂,要保证盾构机能够在复杂的地质条件下顺利掘进,很重要的一点就是要保证盾构机良好的工作状态,也就是要对盾构机进行定期的维护和保养,及时排除盾构机的故障,降低故障率无论对于加快施工进度还是保证施工安全与质量都是非常重要的。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：盾构机线路调整施工监测
中图分类号：U21文献标识码：A 文章编号：
Abstract: Combining the engineering geological conditions and line, line adjust measures, to shield tunneling technology measures, monitoring frequency and control standard, monitoring data analysis, information feedback monitoring results is discussed.
Key Words: shield construction machine line adjust construction monitoring
1 工程概况
广州市轨道交通四号线【车黄盾构区间】土建工程地处广州市中心区东部，位于黄村站～车陂站～车陂南站之间。黄村站至车陂站区间隧道起止里程为YDK8+876.800～YDK10+563.800，右线长1687m，左线长1715.588m。车陂站至车陂南站起止里程为YDK10+704.600～YDK11+488.150，右线长783.55m，左线长762.233m。本工程采用两台海瑞克土压平衡盾构机掘进，盾构从黄村站始发，由北往南掘进，中间过车陂站，最后在车陂南站北端头吊出，工程线路见图一：
图一车黄盾构区间线路图
2 盾构过广深铁路具体施工措施
2.1线路调整措施
为了确保盾构过广深铁路施工时广深铁路的运营安全，项目部通过对原招标图纸的地质情况分析，发现在广深铁路位置左右线均存在砂层侵入隧道情况，对盾构掘进不利。2007年4月3日，项目部邀请地铁业主组织召开了黄村站～车陂站区间线路调整会议，增大隧道埋深，避开原不利地质条件，将穿过广深铁路段的线路坡度由原设计方案右线的39‰、左线38‰调整为右线50‰、左线48．5‰坡度，大大改善了隧道掘进地质条件，降低掘进风险。
2.2盾构掘进技术措施
2.2.1盾构掘进时间安排
为确保盾构掘进对广深铁路运营影响，确保铁路运营安全，采用盾构连续掘进方式，在最短的时间内通过广深铁路。根据该地层的地质情况，盾构机每天能够掘进12米，左、右线盾构机在7个工作日就能通过广深铁路。盾构机通过广深铁路时间将避开“五一”、“十一”、“元旦”、“春运”等运输高峰期。
2.2.2采用土压平衡模式掘进
盾构机土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。根据以往盾构掘进施工经验，在广深铁路段类似地层条件下面，土压力宜控制在150～200kpa左右。本工程需根据盾构机过广园路及广深铁路前40米处的现场实际掘进及地表沉降情况，进行精细化的计算和参数调整。
本工程采用两台新购置海瑞克盾构机完成本区间掘进任务，为确保过广深铁路安全，有效建立土压平衡掘进条件，在设备上特别增加保压泵系统装置，为安全顺利通过广深铁路在设备上又提供了一大保障。
2.2.3采用微扰动掘进模式
根据上海隧道在软弱地层掘进经验，在砂层等软弱地层掘进时，盾构掘进尽量不要扰动原始地层改变地层原始结构，防止由于地层应力释放沉降问题的发生。因此，在掘进时采取微扰动掘进模式，将掘进速度控制在20mm/min之内，同时将土仓压力变动幅度控制在30KPa之内，这样无论盾构机是在掘进状态还是在停机状态，均可以相对维持土仓压力与掌子面的平衡，避免土压大起大落，产生对掘削地层的扰动，从而达到控制沉降的目的。
2.2.4注浆量控制
注浆量控制主要控制盾构通过时的后期沉降，通过注浆填充管片与围岩之间的空隙支撑隧道拱顶地层，达到控制沉降的目的。本工程盾构过广深铁路将采用每环进行壁后注双液浆的方式注浆。作用有三：一是保证管片在短时间内稳定；二是保证管片壁后与隧道围岩之间短时间内凝固并充填密实，堵住后面来水，预防盾构机后面来水涌入刀盘前方造成“喷涌”的可能，造成出土量无法得到控制，因为往往在发生“喷涌”时出土量是无法得到准确计量的；三是保证盾构过后的后期沉降。注浆压力取值0.4～0.6MPa。注浆量每环不少于5.0 m3，在同步注浆不足的情况下，掘进结束后进行二次注浆进行补充，保证管片与围岩之间充填密实。
3 施工监测
3.1 监测频率及控制标准
3.1.1监测频率
根据本工程特点及设计图纸要求，初步拟定以下的监测项目及监测频率如表一所示。对于广深铁路线路的安全监测，在盾构机掘进到广深铁路监测区每天监测2次；当盾构机在铁路正下方掘进时，每掘进一环(1.5m)检测1次。
表一监测项目、测点布置及监测频率
序号 监测项目 监测频率
开挖面距监测断面≥5D 2D开挖面距监测断面<5D 盾构机掘进
铁路监测区 盾构机在铁路
正下方掘进
1 路基沉降 1次/周 1次/2天 2次/天 1次/1.5m
2 钢轨沉降 1次/周 1次/2天 2次/天 1次/1.5m
本次广深铁路段的监测内容主要为广深铁路路基及钢轨的沉降变形。轨道平顺性的相关监测工作请铁路部门相关的专业监测单位进行监测。
3.1.2监测控制标准
隧道工程發生重大事故前都有预兆，这些预兆首先反映在监测数据中，要从数据中发现工程问题，则需通过确定监控报警值来实现。
在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。在隧道工程监测中，每一项监测的项目都应该根据工程的实际情况、周边环境和设计计算书，事先确定相应的监控警戒值，用以判断隧道结构的受力情况、位移是否超过允许的范围，进而判断隧道施工的安全性，决定是否对设计方案和施工方法进行调整，并采取有效及时的处理措施。
根据以往经验以《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》的Ⅲ级管理制度作为监测管理方式(见表二)。
表二监测管理表
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≤2Un/3 应注意，并加强监测
Ⅰ U0＞2Un/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
根据以往类似工程经验、有关规范规定设计要求，建议的控制基准见表三所示：
表三 盾构工程监测控制基准
监测项目 警戒值/允许值 标准来源
路基沉降 4mm/5mm 相关规范、设计规定及管线单位规定。
钢轨沉降 3mm/4mm
监测中若发现监测值突然增大，立即通知施工现场，引起注意，达到警戒值时应及时调整施工参数。
3.2 监测数据分析
3.2.1 现场施测人员随测量进程即时计算成果。以便勘误，发现异常立即复测排除可能产生测量计算上的错误，复测无误后立即以最快捷的方法将异常结果反映到相关部门。（测量室、工程部、技术部、监理、广铁集团广州工务段）以便尽快采取决策措施。正常的测量数据成果，当天由测量监测负责人进行数据整理，制成报表，画出时变曲线图，并经测量室专职工程师校核无误后，作成日报当天上报，最迟不超过下一个测次前上报监理及广铁集团广州工务段。
2.2.2每周一提交一次监测周报。汇总各测点一周的变化情况，累计沉降值及变化时变曲线图及前方待监测点的初始值。每月提交监测月报；内容为本月的施工概况；地质概况；沉降量变化的特征、特点分析总结。各监测断面、监测剖面的沉降剖面曲线图，时变沉降表，重点监测对象的稳定情况等。
3.3 监测成果信息反馈
建立系统的消息反馈系统渠道。测量成果的及时反馈是监测工作成效的最重要部份。监测外业组随测量进程及时计算测量成果，如有异常经复测、复核无误后，立即以最快捷方式上报工程部、总工室、监理、广铁集团广州工务段。同时分析异常的原因。采取对应的措施，并随后补报正常的测量成果报表。当天报测量室复核，最迟不超过十二小时上报技术部、总工室、监理、广铁集团广州工务段。各环节人员有明确的责任分工，建立成果资料签收单制度，资料三级复核制度。要求工作人员有高度的责任心和细致的工作态度进行监测工作。
3.4监测安全保证措施
由于本监测项目的监测范围为盾构机下穿广深铁路段，该区域的高速火车运行速度快，密度大。监测人员和仪器设备在监测过程中给广深铁路的安全运营带来隐患，为确保人员的安全以及监测工作的顺利进行，制定以下安全保证措施：
（1）通过广深铁路相关部门批准后方可进入广深铁路区进行监测，服从广深铁路有关部门的工作安排，不擅自进入广深铁路区进行监测工作。将监测工作安排在深夜火车运营密度低期间（具体时间按照广深铁路部门批准的监测时间），在不影响广深铁路的安全运营的前提下进行监测工作。
（2）建立安全工作岗位责任制，认真贯彻“预防为主”和“安全为了生产，生产必须安全”的原则，贯彻“谁主管，谁管安全”的原则。
（3）控制点和观测点埋设点，必须现场踏勘，并向广深铁路有关部门了解相关范围的电缆、光纤、煤气管、水管及其它管线的埋藏情况。不影响广深铁路线路的顺畅运营。
（4）在监测过程中，尽量避免影响广深铁路工务工作人员对铁路线路的日常维护工作。
4 结束语
广州地质条件比较复杂,要保证盾构机能够在复杂的地质条件下顺利掘进,很重要的一点就是要保证盾构机良好的工作状态,也就是要对盾构机进行定期的维护和保养,及时排除盾构机的故障,降低故障率无论对于加快施工进度还是保证施工安全与质量都是非常重要的。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。