摘要：文章通過(guò)分析盾構(gòu)法的發(fā)展歷程和施工中的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合碎巖層的地質(zhì)特點(diǎn)，分析了建立監(jiān)控體系的目的和意義，從監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)量頻率等方面探討了建立一套“量測(cè)－記錄－處理－反饋”功能和要素于一體的監(jiān)控量測(cè)體系。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法；碎巖層；盾構(gòu)掘進(jìn)新技術(shù)；監(jiān)控體系

中圖分類(lèi)號(hào)：U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009－2374(2009)12－0008－02

盾構(gòu)是一種帶有護(hù)罩的專(zhuān)用設(shè)備，利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點(diǎn)向前推進(jìn)，用刀盤(pán)切割土體，邊排土邊在開(kāi)挖壁周?chē)囱b預(yù)制混凝土襯砌塊，形成永久襯砌。盾構(gòu)法自19世紀(jì)初發(fā)明以來(lái)，應(yīng)用范圍已從堅(jiān)實(shí)的巖土環(huán)境擴(kuò)大到軟土地基、破碎巖層地區(qū)。然而，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境也對(duì)盾構(gòu)法掘進(jìn)工程的質(zhì)量、施工安全和防止伴生災(zāi)害提出了更高的要求。要解決上述問(wèn)題，加大盾構(gòu)掘進(jìn)新技術(shù)和新工藝的研發(fā)是一個(gè)方面，更重要的是要建立一套切實(shí)可行的碎巖層盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)的監(jiān)控體系。

一、碎巖層和盾構(gòu)法施工的特性

(一)碎巖層的地質(zhì)特點(diǎn)

地殼中有部分巖層由于含有較多的鈣、鋅等元素，在地裂隙水的侵蝕下，形成發(fā)育較完全的解理和裂縫。多年的地殼運(yùn)動(dòng)和外荷載(如爆炸力、沖擊力等)作用，加速了巖層的崩解，逐漸形成碎巖層。一般碎巖層在開(kāi)挖前，巖內(nèi)應(yīng)力主要靠碎巖的摩擦力、機(jī)械咬合力等進(jìn)行傳遞，處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，開(kāi)挖后如支護(hù)不當(dāng)則容易引起塌方、地陷、滑坡、山崩等災(zāi)害。

(二)碎巖層地帶盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

在碎巖層采用盾構(gòu)法施工，掘進(jìn)速度快，安全系數(shù)高；盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度低；盾構(gòu)法是施工時(shí)不影響地面交通和地下管線等設(shè)施、不影響航道運(yùn)輸；同時(shí)施工過(guò)程噪音小、對(duì)巖體結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力擾動(dòng)小。但是盾構(gòu)法施工也有設(shè)備投資金額大、前提地質(zhì)勘查要求高等缺點(diǎn)，只有在不宜采用明挖法或礦山法，且地下水發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，隧道很長(zhǎng)而又工期要求緊迫的情況下，采用盾構(gòu)法施工才是經(jīng)濟(jì)合理的。

然而任何地下工程施工都不可避免的要擾動(dòng)巖體、改變其內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)對(duì)地表建(構(gòu))筑物和路面設(shè)施產(chǎn)生各種不利影響；隧道的襯砌結(jié)構(gòu)也容易產(chǎn)生沉降，影響整個(gè)工程的質(zhì)量和安全，因此，必須建立一套盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)監(jiān)控量測(cè)體系。

二、監(jiān)控量測(cè)的目的和意義

通過(guò)定期或不定期監(jiān)測(cè)，能及時(shí)掌握盾構(gòu)施工可能對(duì)地表、巖體和毗鄰建(構(gòu))筑物的影響，以便有針對(duì)性地制定盾構(gòu)施工方案，降低出現(xiàn)安全和質(zhì)量事故的風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)及時(shí)對(duì)地表和襯砌結(jié)構(gòu)的監(jiān)控量測(cè)，分析并預(yù)測(cè)巖體以上部分的沉降和變形，以便及時(shí)采取預(yù)防措施，杜絕事故的出現(xiàn)；通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正在工程在平豎曲線、高程等方面的誤差，以保證工程質(zhì)量。監(jiān)控量測(cè)積累的數(shù)據(jù)，為后續(xù)科研和技術(shù)攻關(guān)提供原始素材。

三、建立監(jiān)控體系

下面以某城市地鐵西郊試驗(yàn)段盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)監(jiān)控體系的建立為例進(jìn)行探討和說(shuō)明。

工程概況：某城市地鐵一號(hào)線由西郊段、市區(qū)段和東郊段三段組成，全長(zhǎng)20.51公里，共設(shè)有17個(gè)站點(diǎn)，全線采用盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)施工。西郊段從柿林一村開(kāi)始到市區(qū)環(huán)城兩路與新興路交叉路口止，起止樁號(hào)K0+000～K2+560。經(jīng)地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，西端沿線地質(zhì)狀態(tài)較復(fù)雜，碎巖層發(fā)育完全，地下裂隙水豐富；隧道通過(guò)菜地和橘樹(shù)林，隧道中軸線兩側(cè)50m范圍內(nèi)多民房，且在距離K1+037樁號(hào)37m處建有西郊變電站1個(gè)和12層高框一剪結(jié)構(gòu)職工宿舍樓1幢。

(一)監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容

1地表土層變形：豎向位移、地裂縫、水平位移和豎向轉(zhuǎn)角。

2地表建(構(gòu))筑物的變形：房屋沉降與傾斜、地下管線的沉降。

3襯砌拱圈的變形：拱圈混凝土應(yīng)變值、拱頂沉降、拱腳沉降和水平位移。

4地下水的流量和巖層性質(zhì)的變化。

(二)監(jiān)控量測(cè)的方法

高程(沉降)監(jiān)測(cè)采用高精度水準(zhǔn)儀，轉(zhuǎn)角監(jiān)測(cè)采用高精度經(jīng)緯儀，水平位移監(jiān)測(cè)采用全站儀，襯砌拱圈的變形測(cè)量采用應(yīng)變儀，地下水流量采用水流量計(jì)和觀察法監(jiān)測(cè)，巖層性質(zhì)變化采用現(xiàn)場(chǎng)觀察法，具體見(jiàn)表1：

(三)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

1地表土層變形。沿地鐵中軸線方向每隔10m設(shè)1個(gè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，橫斷面上每隔5m取1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成一張地表土層變形監(jiān)控網(wǎng)，從而能詳細(xì)有效地獲取地表變形數(shù)據(jù)。

2地表建(構(gòu))筑物的變形。離地鐵中軸線左右各50m范圍以內(nèi)的建(構(gòu))筑物上均設(shè)立至少1個(gè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，個(gè)別大體型建筑物不少于四個(gè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在建筑物的墻四角或屋頂固定的特征物體上。本工程西郊段變電站旁的職工宿樓平面圖和監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)情況如圖1所示：

3襯砌拱圈的變形。施工方在隧道中軸線每隔5m位置處即為拱圈橫截面設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)面，監(jiān)測(cè)點(diǎn)包含拱頂和兩個(gè)拱腳不得少于5個(gè)點(diǎn)。西郊段隧道內(nèi)襯砌拱圈的監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖2所示ABCDE五點(diǎn)位置：

4地下水的流量和巖層性質(zhì)的變化。在離盾構(gòu)機(jī)20m遠(yuǎn)處設(shè)1個(gè)地下水流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)。但是，與巖層性質(zhì)監(jiān)測(cè)一樣，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)采取緊急措施。

(四)監(jiān)控量測(cè)頻率

施工方建立了一套定期監(jiān)測(cè)的制度，監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表2。當(dāng)施工進(jìn)入雨季，或者已發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程出現(xiàn)地質(zhì)異常、地表沉降等現(xiàn)象，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)的頻率。

(五)數(shù)據(jù)的記錄、初處理和信息反饋

各類(lèi)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)記錄在案，經(jīng)過(guò)去偽存真處理后，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和結(jié)論判斷。如施工方在該隧道的西端Kl+210～K1+235樁號(hào)間每隔5m處連續(xù)三天測(cè)得的拱頂沉降量記錄見(jiàn)表3：

從表3中可以判斷出，該隧道K1+210～K1+235間拱頂沉降量大致相同。3月17日上午量測(cè)到K1+225的沉降量稍大于其它樁號(hào)，偏差范圍為15％，后逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明該段隧道整體性沉降好。

同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控過(guò)程的信息化管理，有條件的企業(yè)應(yīng)建立一套監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過(guò)錄入原始的“地表土體監(jiān)控參數(shù)”、“地表建筑物的監(jiān)控參數(shù)”、“襯砌拱圈的監(jiān)控參數(shù)”和“地下水的監(jiān)控參數(shù)”，利用系統(tǒng)的線性回歸分析系統(tǒng)預(yù)測(cè)即將發(fā)生的各類(lèi)現(xiàn)象，以便施工單位提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備；各類(lèi)錄入的參數(shù)可以通過(guò)后處理平臺(tái)繪制相應(yīng)的曲線，以便于進(jìn)行直觀分析。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍將更加廣泛，在碎巖層修建隧道等地下結(jié)構(gòu)，勢(shì)必要遇到沉降、變形等各種難題，因此建立一套“量測(cè)－記錄－處理－反饋”的監(jiān)控體系對(duì)于保證盾構(gòu)法隧道施工的安全和質(zhì)量十分必要。文中探討的盾構(gòu)法掘進(jìn)技術(shù)監(jiān)控體系可以為施工管理和監(jiān)測(cè)提供參考，更加完備的監(jiān)測(cè)體系有待各位進(jìn)一步探討。

參考文獻(xiàn)

[1]趙紀(jì)平，盾構(gòu)法隧道施工的監(jiān)測(cè)[J]科技信息，2008，(11)

[2]陳景平，胡鋒，等，盾構(gòu)法地鐵隧道施工中的形變監(jiān)測(cè)[J]江西測(cè)繪，2007(增)，

[3]郭磊，監(jiān)控量測(cè)在盾構(gòu)施工中的作用[J]隧道建設(shè)，2005，(4)

[4]金淮，趙建全，盾構(gòu)下穿首都機(jī)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)變形特性分析[J]都市快軌交通，2008，(10)

[5]徐軍，鼓山隧道淺埋段施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)研究所，建造技術(shù)，2009，(5)

[6]項(xiàng)貽強(qiáng)，趙陽(yáng)，隧道盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程監(jiān)控及反饋分析系統(tǒng)的研究[J]，中外公路，2009，(2)

作者簡(jiǎn)介：丘添茂(1976-)，男，福建上杭人，福建省閩西交通工程有限公司工程師，研究方向：隧道施工管理。