地铁盾构隧道软土区间施工监测与安全

　　【编者按】近年来，我国各大城市迎来了地铁建设的高峰期。地铁隧道施工不可避免地会对周围土体产生扰动或破坏，导致地表和周边建筑沉降，而沉降控制的好坏直接关系到隧道结构和周边建筑的安全。为了解长沙地铁 2 号线体育公园站 - 长沙大道站盾构区间的沉降状况，结合沉降监测数据，分析盾构施工区段的沉降状况及规律。监测结果表明，该盾构区段施工未引起地表及周边建筑产生较大沉降，各沉降监测值均满足规范要求，可为其他地铁施工监控分析提供参考。

1 引言
　　近年来，随着城市交通量的急剧增长，地面交通拥挤现象日益严重，合理开发利用地下空间已成为解决交通堵塞问题的有效途径[1]。地铁作为一种现代化的地下交通工具，具有安全可靠、准时方便、污染少、耗能低以及运输速度快等优点，有着广阔的发展前景。目前，我国诸多城市已迎来地铁建设的高峰期。
　　在地铁隧道施工方法中，盾构法因具有智能、安全、快捷、适应性广等优点，而得到广泛推广和应用。但盾构法施工不可避免地会对周围土体产生扰动或破坏，引发不同程度的地层位移和变形[2]，最终导致隧道上方地表沉降，甚至地面坍塌事故的发生[3-5]。因此，对盾构施工中的隧道进行沉降监测和控制显得尤为重要。本文以长沙地铁2号线为例，结合现场监测数据，分析盾构施工区间的沉降状况，研究地表沉降规律，以确保隧道主体结构和周边环境的安全，并为长沙地铁的后续施工提供一定的指导。
 
2 工程简介
2.1 工程概况
　　长沙地铁 2 号线体育公园站 - 长沙大道站盾构区间，起于长沙大道站，南至体育公园站，区间沿道路两侧有地下管线密集分布，线间距为 13~15m，线路平面最小曲线半径为 3000m，最大纵坡为 2%，。该盾构区间采用两条平行的上下行隧道，隧道直径为 5.4m，拱顶埋深为 9.6m~18.2m。起讫里程为ZDK15+847.500~ZDK16+734.950，左线隧道长 887.466 m，右线隧道长 887.45 m。采用盾构机由体育公园站往长沙大道站方向掘进。
2.2 地质及水文条件
　　该盾构区间地形由白垩系泥质粉砂岩、泥质砂砾岩组成。丘顶圆状，丘脊呈北东或北北东向垄状延伸，或呈馒头状分布。人民东路站以东地势相对平坦。沿线覆盖层主要有第四系全新统冲洪积层，更新统残坡积、冲洪积层；基岩有元古界板溪群马底驿组泥质板岩、元古界板溪群五强溪组砂质板岩、元古界冷家溪群泥质板岩。
　　长沙地区地下水受基岩构造、地层岩性和地形、地貌、气象及湘江河流等综合因素的影响，水文地质条件较简单。按地下水类型可分为孔隙水及裂隙水。地下水补、径、排特点是：在水平方向上由南往北、高阶地向低阶地形成补给，在垂向上下伏岩土层接受上覆岩土层的渗透补给。勘察场地地下水按赋存方式主要分为第四系松散层和全风化带中的孔隙潜水、强~ 中风化基岩裂隙水、局部分布赋存于人工填土、粘性土中的上层滞水。基岩裂隙水位埋深为 3.73~17.11m。勘察区内，地下水位变化主要受气候及湘江水域的控制，每年 4-9 月份为雨季，大气降水丰沛，是地下水的补给期，其水位会明显上升，而 10 月 ~ 次年 3 月为地下水的消耗期，地下水位随之下降，年变化幅度3.00~6.00m，同时在圭塘河附近地下水亦随圭塘河水位涨落而起伏变化。

3 监测内容
3.1 地表沉降槽下沉监测
　　地表沉降槽监测范围为上下行隧道中心线两侧 25.5 m，盾构施工段前后 20 m 范围内。监测断面垂直隧道中心线，断面间距 50 m，重要地段适当加密；对于地下管线，测试断面则沿管线纵向布设。测点根据距隧道中心的距离呈梯度布置，间距 4-6 m。地表沉降槽布设测点横向布置见图 1。采用高精度水准仪进行监测。
3.2 建筑物的沉降和倾斜监测
　　地铁隧道多建在地质条件复杂、交通繁忙、地下管线密集的闹市中心，地铁周围城市建设也会使隧道结构纵向沉降。如果沉降超过安全范围，必然会使周边建筑沉降、倾斜，甚至引发建筑物倾倒。因此需对地铁周边建筑进行沉降和倾斜监测。
　　用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔，然后放入长直径 200~300mm，20~30mm 的半圆头弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实。测点的埋设高度应方便观测，对测点应采取保护措施，避免在施工过程中受到破坏。建筑物沉降和倾斜测点的布置如图 2 所示。采用精密水准仪、铟钢尺等进行测量。
3.3 拱底沉降和隧道收敛变形（含椭圆度）监测
　　在隧道拱底处布置监测点，进行拱底沉降监测。隧道内每隔 30m 布置一个监测点。采用精密水准仪、铟钢尺等进行测量。隧道收敛的主要监测内容是盾构隧道的成型环片的收敛情况。盾构隧道内每隔20环布置一个监测断面。当掘进面离该断面距离小于 150m 时每天测量一次，当掘进面离该断面距离大于 150m 时每周测量一次，变形稳定后停止测量。采用收敛仪、钢卷尺直接量测。
 
4 监测结果分析
4.1 地表沉降槽下沉量
　　长沙地铁 2 号线体育公园站 - 长沙大道站地铁隧道全部开挖完成后，上下行隧道中线处地表沉降见图 4。从图中可以看出，全线地表沉降或隆起值较小，最大沉降值为 22mm，最大隆起值为 12mm，沉降或隆起值均在安全范围内，能够满足规范要求。

4.2 建筑物的沉降和倾斜
　　地铁隧道周边建筑倾斜量较小，能够满足规范要求。由于周边建筑较多，在此仅列出某建筑物沉降监测数据。从图中可以看出，测点1 最大沉降值为 -5.5 mm，测点 2 最大沉降值为 -10.9mm，沉降量较小，处在安全范围内。
4.3 拱底沉降
　　盾构完成后全线隧道拱底沉降见图 5。从图中可以看出，左线沉降值最大为 -7.2mm，最小值为0.2mm。右线最大沉降值为-7.4mm，最小值为 0.2mm。可以看出，上下行隧道拱底沉降值均较小，可以满足规范要求。
4.4 隧道收敛变形
　　从图 6 可以看出，左线隧道收敛变形最大值为 -6.24 mm，最小值为 0.43mm，右线隧道收敛变形最大值为 -5.2 mm，最小值为 0.44mm。收敛值较小，可以满足要求。

5 结论
　　本文对长沙地铁 2 号线体育公园站 - 长沙大道站盾构区间沉降情况作了研究，得出以下主要结论：
5.1 监测结果表明，沉降监测方法合理，监测结果准确、可靠，且能够真实反映隧道盾构过程中的沉降状况。
5.2 地表沉降、建筑物的沉降和倾斜、拱底沉降、隧道收敛变形等变形量均较小，可以满足规范对沉降的要求。
5.3 该地铁隧道沉降监测过程可为其他地铁施工监控分析提供参考。

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