盾构施工隧道监测方案

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进

环境监测

技术方案

上海东亚地球物理勘查有限公司

二00八年五月

目录

一工程概况

二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计三监测施工的依据

四监测内容

五监测技术方案

六监测人员安排

七技术及质量保证措施

八附图

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案前言

科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。历史上一些科学技术的重大突破都得益于试验测试技术。因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可或缺的组成部分。随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。早期地下工程的建设完全倚赖于经验，19世纪才逐渐形成自己的理论，开始用于指导地下结构设计与施工。于是在重大或长大隧道中，及时掌握现场的第一手资料，进行动态分析，就成为施工控制的重要项目之一。

因此施工量测项目显得更加突出和重要。为了验证设计和计算是否合理，运营是否安全，各种工程试验与测试技术的研究和应用也越来越受到施工和科研工作者的重视。地下工程的设计，必须将现场监控量测列入设计文件，并在施工中实施。现场监控量测是判断围岩和隧道的稳定状态，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的重要手段。掌握围岩和支护动态，按照动态管理量测断面的信息，正确而经济的施工；量测数据经分析处理与必要的计算和判断，预测和确定到最终稳定时间，指导施工工序和实施二次衬砌的时间；根据隧道开挖后围岩稳定性的信息，进行综合分析，检验和修正施工前的预设计；积累资料，已有工程的量测结果可应用到其他类似的工程中，作为其他工程设计和施工的参考依据。

盾构在推进过程中必然会造成地面沉陷、位移现象，针对这种情况本监测工程设置了相应的监测手段，对在盾构推进过程中产生的各种变形进行实时监测。

一工程概况

长兴岛域输水管线工程位于长兴岛上，起点于牛棚圩以北的丁字坝附近，与青草沙水库出水输水闸井相接；终止于永和路以南120m左右的上海崇明越江通道东侧绿化带内，与长江原水过江管工作井相连。

输水管线总长约10563.305m，其中东线长5280.993m，西线长5282.312m。全线最小平曲线半径为R＝450m；最大纵坡为8.9‰。具体详见下表。

施工工序，第一台盾构自原水过江管工作井始发推进（东线）至中间盾构工作井进洞后盾构主机解体调头，继续西线隧道推进施工。第二台盾构自中间盾构工作井始发推进（东线）至水库出水输水闸井进洞后盾构转场回中间盾构工作井，继续进行西线隧道推进施工。总体筹划详见下图： 二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估算

因很复杂，其中隧道线形、盾构形状、外径、埋深等设计条件和土的强度、变形特征、地下水位分布等地质条件是客观因素。而盾构形式、辅助工法、衬砌壁后注浆、施工管理情况是主观因素。

地表沉降估算：

盾构施工中引起的地表沉降，可用派克（peck ）法估算。即假定盾构施工引起的地表沉降是在不排水情况下发生的，所以沉降槽的体积应该等于地层损失的体积，此法假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地表沉降的横向分布似正太分布曲线。

地面沉降量的横向分布估算公式为：

式中：S max －最大沉降量（m ），即隧道轴线中心处。 V l －盾构隧道单位长度地层损失量（m 3/m ）。

S （x ）－沉降量（m ）。

i －沉降槽宽度系数（隧道中心线至沉降曲线反弯点的距离m ）。

Z －地面至隧道中心深度。

φ－土的内摩擦角。

在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。在推进过程中根据盾构性能及监测数据及时调整施工参数，控制变形量，确保周边环境的绝对安全，实现信息化施工。 三监测施工的依据

3.1技术依据

1) 上海长兴岛域输水管道工程技术标卷（甲方提供）

)

2/45(25.22)2exp(2max 22

)(φπππ-=≈=-= tg Z i i

V i V S i x i

V S l

l l

x

2)隧道设计平面图、推进区间管线图（甲方提供）

3)<<城市测量规范>>(CJ8-99)

4)<<工程测量规范>>(GB50026－93)

5)<<国家一、二等水准测量规范>>(GB/T12897－2006)

6)<<精密工程测量规范>>(GB/T15314－94)

3.2编制原则

根据本工程监测技术要求和现场施工具体情况，本监测方案按以下要求进行编制：

（1）及时反馈施工信息，并以此作为指导施工的依据；

（2）施工轴线上方地表沉降、穿越水库大堤、穿越主要道路（有凤丰东路、潘园公路等），穿越在建和已建成的建（构）筑物（沪崇苏通道地面道路段、潘园公路立交高架匝道、凤丰东路地道敞开段、水库大堤和民房等）为本工程监测及保护的主要对象；

（3）监测过程中，采用的监测方法、监测仪器及监测频率符合设计和规范要求，能及时、准确地提供数据，满足信息化施工的要求。

四监测内容

根据工程所处地理环境及盾构施工特点与要求，应甲方要求，结合我公司历年来隧道施工监测经验，经实地踏勘，本监测工程拟设以下监测内容：

（1）隧道轴线上方地表沉降监测

（2）建（构）筑物沉降监测

（3）道路与管线沉降监测

五监测技术方案

5.1变形监测控制网的布设

变形监测控制网的布网原则：

1）变形监测控制网的起算点或终点要有稳定的点位，应布设在牢靠的非变形区，为了减少观测点误差的累积，距观测区不能太远。

2）为便于迅速获得观测成果，变形监测控制网的图形结构应尽可能的简单。

3）在确保变形监测控制网具有足够精度的条件下，控制网应尽量布设一次全面网；在特殊条件下才允许分层控制。

4）控制网设计时，应尽量采用先进技术，尽可能多的获取变形数据，特别是对绝对位移数据和时间信息。控制点便于长期保存。

5）变形监测控制网应与隧道施工采用相同的坐标系统。

5.2水准基准点与监测点的布设与检验

5.2.1水准基准点布设

以现有端头井隧道水准点为依据，考虑施工工期及隧道施工影响范围，本次监测基准点将沿隧道走向布设12组基准点，每组由3～4个基准点组成，定期（每15天）对基准点与绝对高程点进行联测检核。基准点布设与高程测量按照国标《工程测量规范》(GB50026－93)中的规定执行。

5.2.2工作基准点布设与检验

工作基准点是直接用于对变形观测点进行观测的控制点，其埋设位置既要考虑到便于观测，又要考虑它的稳定性，因此，本工程工作基准点拟每150m设一个工作基准点，共布设70个工作基准点。为检测工作基准点稳定性，根据施工进度情况，拟每二周检测一次，检测时按国家二等水准测量规范观测的技术要求进行往返观测。

5.2.3沉降监测点的设置

（1)道路与管线监测点的设置

布点原则如下：

1）在施工前，先了解盾构推进沿线道路及地下管线情况，包括管线口径、埋深、走向等。然后召开有管线管理部门参加的相关协调会，对沿线的道路及市政管线、建（构）筑物进行交底、清查、确认，根据管线情况制定相应的保护措施。

2）对与轴线正交或斜交的管线，每隔6m设置一个变形观测点，同时设几道断面观测点，观测地表变形量，将数据及时反馈施工人员，调整推进参数。

3）在推进试验段，采集尽可能详尽的数据，掌握在土层中推进的适宜的推进参数，同时控制好轴线，为后续推进创造良好的条件。

4）在盾构穿越期间，有专职人员对需控制的管线进行沉降监测，及时观察地面的变形情况。采用先进的通讯手段，将每一次测量成果,包括监测数据及时、准确地汇总给施工技术部门，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域管路变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并及时传递给盾构操作人员，使其及时作相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保管线安全和隧道施工质量。

5）盾构机穿越后，会存在一定量的后期沉降，必须继续进行沉降监测，必要时采取补压浆措施，支护土体。

6）对沿线地下管线，经和管线单位、业主、监理单位协商后，采取各方都认可的保护措施。

在推进至各管线群之前，应根据资料及实际情况，对涉及的管线予以监测保护。施工前根据管线监测点布置图，按管线单位要求进行监测点的埋设，并做好监测点的保护工作。同时加强沿线

巡视，发现问题及时解决。对重要的管线根据需要跟踪监测。并把监测信息及时反馈给各管线单位。

在隧道推进区上方，为了更直接地了解盾构施工对管线的影响程度，对轴线两侧各10m范围内各种管线的设备点（如阀门井、抽气井、人孔、窨井等）进行直接监测，在管线单位的监控下确保管线的安全。及时了解管线的沉降速率及沉降量，并控制在允许的范围内。地下管线埋深一般在地表以下1～3m范围内，对重要管道在有条件允许的情况下开挖布设直接监测点，测点布设数量根据实际情况而定。在管线密集区域需加密测点。测点编号根据管线单位要求采编，如：煤气用M，电力用D，上水用S，市话用T等。对无法利用现有设备点的管道监测，则使用道钉在其旁边布设测点，以反映推进施工对其影响。在盾构推进期间，监测频率根据施工进度和管线变形速率的大小适当调整，一般2次/天。监测点具体位置见点位布置图。

（2）建（构）筑物沉降监测点设置

在掘进施工中应发挥隧道股份的技术优势，通过施工实践不断优化盾构推进参数控制地表沉降，减少对建筑物的影响，同时充分利用盾构施工的特点和优势，严密进行地表沉降监测，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺，将施工后地表最大形变控制在最小范围内。

为此，在推进过程中穿越建筑物，要保证这些建筑物的安全，必须加强监测。为了及时反映隧道推进区上方建筑物变形情况，需在隧道轴线两侧20m范围内建（构）筑物上设置沉降监测点。测点标志采用墙面标志，采用冲击钻成孔，然后用水泥将墙面标志封牢,具体测点数量视现场情况而定。由于该区间内部分建筑物年代久远，测点布设应根据建筑物的基础形式、年代远近酌情而定。对于沿线中的重要建筑物需要进行重点监测，即测点进行加密处理，盾构穿越建筑物时在影响范围内的建筑物的外墙角、门窗边角、建筑物等突出部位布设沉降观测点，观测建筑物在盾构穿越前后所发生的变化。在施工前在隧道沿线巡视、观察，若发现先天裂缝，应采取贴石膏饼的方法观测裂缝的后期变化，并拍照存档。测点编号以“F”表示，如F01、F02…Fn等。测点布置如下图：（监测点具体位置见点位布置图）

图2－建筑物测点布置示意图

（3）轴线地表监测点及断面监测点的设置

根据隧道控制点，先放样轴线。本工程中，先将整个盾构的推进轴线放于实地。在轴线上布设沉降监测点。正常区域4环（6 m）布置1点，同时在轴线走向上每40环（60 m）布置1条监测断面，在轴线左右两侧设点，断面测点间距为距离轴线2m、4m、7m、11 m。出、进洞段在条件允许以及确有必要的情况下拟酌情布设深层沉降点（标准地表桩），深度为1~1.5m左右。轴线点编号，直接以环号作为点号；断面点编号，根据断面点所处轴线的方向，以E（东）、W（西）、S(南)、N （北）表示。

以上各监测点在硬地坪（如混凝土、柏油路面）上采用统一定制的铁制道钉布设，本工程中将穿越农田等较松软区域，则采用统一加工的木桩夯入地下做为监测点，据历年来隧道推进环境监测的经

验及现正在监测施工的长江隧道监测，完全能反映地表及管线的沉降情况，以保证推进施工周边环境的安全。

出洞段（试推进段）前100m为监测重点。监测区纵向长100m（约67环），横向宽25m。沿隧道中心线每4.5m（3环）布置1个沉降监测点，沿隧道纵向设5排监测断面，分别在12环、24环、30环、40环、50环处布设断面，主要监测隧道中心及盾构推进中心区域的地表变形情况。每一监测面横向上在轴线两侧布置沉降点9个（包括轴线点），断面测点间距为距离轴线2m、4m、7m、11 m，主要测试盾构推进对周围环境的影响范围以及为绘制完整的沉降槽提供比较完整、合理的数据，以便及时调整盾构施工参数。

在试推进段100m以后范围内沿隧道中心线6m布置1个沉降监测点；以后每60m布置1条监测断面。

（4）特殊工况监测点的设置

沪崇苏通道地面道路段在穿越段前后50m范围内，每隔5m通道路面两侧各布置一个沉降观测点，施工中利用该观测点来实行沉降监控，即可以测累计沉降，又可以测通道两侧土体差异沉降。对于凤丰东路下立交地道、水库大堤等均以该种方法进行重点监控。对于潘园立交桥墩桩基和民房等则主要以建筑物上布设直接点进行沉降监控。

穿越水库大堤保护措施：针对穿越影响比较大的水库大堤，将采用加强监测点的布设、提高监测频率等措施对其加强监控。为此沿轴线纵向堤坝处布3条横断面，加密布设沉降监测点；横向断面布点为推进轴线中心处布一点，左右各布4点，断面测点间距为距离轴线2m、4m、7m、11 m。

在上述需重点加密监测的区域内布设沉降监测点时，视不同环境地质情况宜采用不同的布设材料及方法。

5.3监测方法

5.3.1监测方法

1)平面控制测量

在盾构推进区域内布设二级导线网，采用全站仪与甲方提供的平面控制点进行联测，所布设的二级导线点作为工作点。

2）轴线放样

利用二级导线控制点进行导线加密，用全站仪采用极坐标法或交会法放出各轴线点，并在1：500的线路平面图上清晰标出监测点位置，形成详细的点位布置图提交有关各施工方。

3）高程测量（沉降测量）

本工程采用绝对高程系统，对水准基准点进行全线联测。以工作基准点为起始点，用精密几何

水准测量方法，按二等测量要求测定各测点的高程值，比较相邻周期高程值的差即为本次变化量，与初始高程值比较其差即为累计变化量。施测过程中严格按照国家二等水准测量规范执行，读数采用后-前-前-后方式进行野外数据采集。水准路线按闭合或附合形式进行，闭合差或附合差不大于0.5 Nmm，其中N为测站数。

5.3.2测量要求

1）为保证数据的准确性，测量仪器须经仪器检定部门严格检定方可使用，并定期进行仪器i 角检校，一般两周校一次，i角控制在15″以内。

2）观测按二等水准测量要求采用单路线往返测量，同一人观测；同一仪器测量；同一标尺；同一道路进行。

3）测站的设置视线长度不得大于40m。前后视距差不得大于1.0m。任意一测站上的视距差累计值不得大于3.0m。

4）测量精度（误差数值均以绝对值计）：高程测量误差≤0.5mm。

5.4监测仪器及设备

全站仪：拓普康GTS-N3002型，精度为测角2″，测距2+2ppm；如下图示：

水准仪：采用DSZ2水准仪，配FS1测微器，精度为±0.7mm/Km，测微器最小值读数为0.1mm，估读到0.01mm。

水准标尺：2m、3m铟钢标心尺；

记录设备：PC-E500S电子手簿；

资料处理：采用多媒体电脑配HP彩色打印机。

5.5监测周期

监测工作必须随施工需要实行跟踪服务，为确保施工安全，监测点的布设立足于随时可获得全面信息，监测频率必须根据施工需要跟踪服务，每次测量要注意轻重缓急，在盾构出洞时要加密监测频率直至跟踪监测，具体如下：

（1）在盾构出洞前布设监测点，取得稳定的测试数据，在盾构出洞后即开始连续跟踪监测，监测频率可根据工程需要随时调整，以满足保护环境的要求。

（2）离洞口100米范围内，在盾构推进过程中，进行跟踪监测，提高监测频度，及时提供监测数据，优化施工参数。

（3）监测频度在正常情况下为每天1～2次，若有异常或突变则增加次数。

（4）每个点从盾构切口到达前30米开始监测，测点脱离盾尾后，要加强对长期沉降的跟踪监测，至少持续2个月，在沉降量小于±0.2mm/天，则停止监测。

(5)在盾构到达沪崇苏通道地面道路段前50m开始监测，频率为4次/天；

盾构穿越沪崇苏通道地面道路段过程中，增加监测频率至2小时一次；

盾构完成穿越后，继续保持跟踪监测，维持4次／天，根据数据变化降低监测频率，直至完全稳定后停止监测。

(6)整个工程结束后进行全线复测。

5.6监测报警值的确定

1）报警值确定的原则

（1）满足设计计算的要求，不能超出设计值。

（2）满足测试对象的安全要求。

（3）对于相同的测试对象，应针对不同的环境及不同的施工因素而确定。

（4）满足各保护对象主管部门提出的要求。

（5）满足现行相应规范、规程要求。

2）报警值的确定

以下警戒值供业主参考：

（1）地表最大隆沉量范围+10mm～-30mm，速率≤2—3mm/12小时。大堤差异沉降按照相邻沉降点的累计沉降之差与沉降点点间距之比≥1/250的报警值执行。达到报警值后立即上报防汛指挥部及大堤管理所等单位。

（2）刚性管线的允许张开值 ≤6mm，因此，管线的局部最大沉降量≤±10mm，变化速率≥3mm/24小时；管线最大沉降量超过±10mm时报警。

（3）建筑物（如有）沉降警戒值为δ/h＜1/300（δ为差异沉降值h为建筑物长度），根据测点之间的距离控制差异沉降值的警戒值或由设计单位和房屋管理部门确定。具体如下：

a.沪崇苏通道地面道路段：-5mm≤S≤+5mm；

b.凤丰东路下立交地道：-15mm≤S≤+10mm；

c.潘园立交桥墩桩基：-10≤S≤+5mm；

d.水库大堤：-10≤S≤+10mm。

5.7监测资料处理及资料提交

野外采集资料由SHARPPC-E500S型电子计算机采集、存储，通过通讯数据由微机经专用平差

软件和报表处理软件处理，以报表形式提交有关各方，提交资料及报表内容为：

1、监测点平面布置图

2、隧道施工工况及监测资料分析

3、监测报表

4、监测阶段技术报告及竣工报告

六监测人员安排：

项目经理：1人

技术负责：1人

施工负责：1人

监测技工：2人

七技术及质量保证措施

1)严格按照各种测量规范及仪器操作规程进行野外数据采集与室内资料处理,做到精心组织、精心施工。

2)加强监测全过程的质量检查监督，做到有人监测就有人检查，提交监测资料须经过自检、互检、专检无误后加盖单位资料专用章提交给有关各方。

3)认真做好施工工况记录，结合施工及监测数据，及时总结分析与预测环境变形趋势与安全性，积极配合信息化施工。

4)严格按照设计部门及防汛监护部门要求的报警值及时报警，出现报警后进行跟踪监测，并及时把监测情况，采用速报形式提交给有关单位。

5）保监测资料的连续性与完整性，保护好各测点及监测设施。

6）树立安全施工、文明施工意识，穿着、佩带醒目标志以消除安全隐患，加强安全教育，为重点工程树立良好的文明窗口。

八附图