地铁盾构隧道施工期地表沉降监测探究

地铁盾构隧道施工期地表沉降监测探究
摘要：随着交通事业的发展，地铁已成为现代化城市的重要交通工具，在提
高人们出行便利、缓解交通压力方面有着重要作用。

城市地铁建设期间通常会采
用盾构法施工，其优点在于可不间断的隧道掘进，掘进速度稳定，即便是软弱土
层也能照常施工。

但由于刀盘和盾体、盾体和管片之间有间隙，同步注浆如果无
法跟上将会产生地表沉降现象。

因此，有必要加强对地表沉降情况的观测分析，
保障施工质量。

关键词：地铁隧道；盾构法；地表沉降；沉降监测
引言：与地面建筑施工相比，地铁施工难度更大，且更容易受到周围环境的
影响，盾构法的施工容易引发地表沉降，所以有必要做好地表沉降现象的实时观测。

盾构机推进期间会造成四周环境形变，一旦变形过大或产生收敛变形，整体
施工将会受到影响，所以需建立施工监测网，从中掌握沉降数据，以便确保盾构
施工的安全开挖。

1 地铁盾构隧道施工地表沉降的原因
1.1地铁隧道盾构法施工原理
实际上，地铁隧道盾构施工就是在盾构的安全养护下连续、不间断的进行地
层开挖与管片衬砌支护等工作，整体构造主要包含盾构壳体、刀盘、管片拼装机、推进系统、注浆系统等部分。

施工期间需按照地铁规划设计情况，在隧道的某段
采用明挖法建设基坑，基坑内部安装盾构机，盾构机就位后向开挖面掘进1.5m
左右，随后安装反力架，以此作为外部支撑，接着在盾构壳体的掩护下以千斤顶
将切口换项入土层，完成地层的开挖与装配衬砌等施工操作。

最后，盾构靠顶在
拼装完成的衬砌环上，凭借千斤顶的推力克服掘进期间的地层阻力，实现盾构在
地铁隧道内均匀且连续的前进[1]。

1.2地表沉降的原因
造成地表沉降的原因有很多，大致包含以下几种：（1）由于地层损失造成
地表沉降。

隧道施工期间，盾构施工会给土体带来一定程度的扰动，进而造成相
应范围内土体变为松土，最终形成地层损失。

引发地层损失的原因有很多，比如
开挖面土体移动或盾构后退；土体被迫挤入盾尾的空隙之间；盾构与障碍物正面
遇到，导致地层在盾构通过之后，其孔隙无法有效压浆填充。

除此之外，隧道衬
砌如果沉降量较大，最终也会造成地层损失问题。

（2）覆土厚度与盾构外径带
来的影响。

当盾构外径越大，因盾构法施工造成的单位长度地层损失也会越大，
地面沉降槽的宽度一致时，地面沉降量同样会随着盾构外径的扩大而增加。

当隧
道覆土厚度增加时，最大地表沉降值会缩小，但是地面沉降槽的宽度会逐渐加大。

由此可见，地铁隧道最大地表沉降量会随着H与D的比值增大而逐渐减小。

（3）地下水流失。

地层损失导致的地表沉降会对建筑物端承桩产生影响，地下水流失
会导致地下水位降低，并对建筑物浅基础与摩擦桩带来影响，特别是桩基之下间
隙率偏大的底层部分，比如给中粗砂层会造成较大的沉降量。

盾构法施工期间常
会遇到拱顶同步注浆但密实度不足的情况，拱顶位置会沿隧道方向进行水力连通，盾构机停止掘进后，地下水容易在其后方流向开挖面。

如果地层起伏偏大或有地
质钻孔情况，此时贯通隔水层将会带来水位的降低，此处形成的水力通道是造成
地表沉降的主要原因[2]。

2 地铁盾构隧道施工地表沉降监测措施
2.1合理布设监测点
2.1.1建筑物沉降观测
地铁隧道盾构法施工时，需加强对地表沉降情况的监测，并根据不同情况设
置基准点与监测点。

比如地表沉降引发了建筑物沉降或倾斜，需明确控制点布设
原则，具体如下：（1）在原地隧道施工区选择基准点，对于软土层地区应将基
准点选在隧道深度3倍位置处。

（2）工作点需布设于紧密且不容易发生沉降的
地表。

（3）合理分布控制点，且均匀分布在监测区域内，校验时不宜低于3个
点构成的三角形。

在所监测的建筑物墙体20m位置布设测点，拐角位置适当增加
测点，主体结构轴线位置布设测点。

2.1.2地表沉降监测
地铁施工期间，关于地表的沉降观测是地铁隧道盾构施工监测的重要内容，
旨在调整盾构施工参数，确保推力、土压力以及灌浆量的合理，掌握盾构施工给
地表带来的影响情况，判断施工时是否出现土壤质量问题，保证隧道内环境安全，掌握盾构设备在地层内的变形规律，使盾构设备的设计更加合理。

地表测点埋设时，需在隧道轴线以上的位置设监测点，要求监测点之间保持
50m的间距，此外起始段位置增设监测点。

一般情况下，横向监测断面需布设7-
11个监测点。

布设时可向地下植入钢筋，随后在四周使用细沙隔离，水泥维持后
铺设盖板，这种监测点埋设方法更加实用，且操作比较便捷[2]。

路段沉降与收敛监测的目的在于加强对盾构隧道变形情况的动态控制，确保
隧道地表沉降与水平位移处于限差内。

管片结构沉降与收敛监测点一般会在30m
的位置布设，特定位置可加设监测点，每10环需设置一个监测点，监测断面应
在盾构始发端或管片裂缝位置、曲线地段等处设置，此外还需要在地层偏移地段
或地质复杂区域加设监测断面。

2.2监测方法与数据采集
数据观测时可使用DNA03精密水准测量仪器与条码水准尺，读数精度可达
0.01mm，仪器每km水准测量高差误差为±0.3mm。

在建筑物倾斜观测时，可按照
沉降观测要求得到倾斜与弯曲度，其中倾斜度计算公式如下：
公式当中，与为倾斜处两点沉降量；L指的是两点间的距离。

对地表上建
筑主体进行倾斜监测，一般会沿建筑主体竖直线设置2个监测点，测量之后得到
监测点水平距离D与高差h的值，此时这2个监测点连线倾斜度计算公式如下：
公式当中，是倾斜角[3]。

地表沉降监测同样需要用到徕卡精密水准仪及相配套的标志，依据地表监测频率与监测周期的规范要求进行监测，提前校核水准仪，记录其中数据。

首次观测可取3次数据平均值，以平均值为初值，可适当的增加观测的次数。

要求测量人员定期进行水准点与测试点的校准，确保最终测量结果数值稳定。

观测的同时还需记录天气情况与施工进展，通过对监测数据的分析，确定沉降监测控制所达到的标准值，以此作为控制数据，防止实际测量数据超出允许值。

2.3净空收敛
隧道盾构施工后，净空收敛测量会反映隧道支护结构形态和围岩变化情况，这是保障施工安全的关键。

净空收敛的监测点布设应当与管片沉降点处于同一断面，按照开挖面大小确定收敛点的数量，要求收敛监测点数量成对。

采用收敛计完成监测，将设备安装于一个监测点上，同一观测断面处应安装钢尺活扣。

测量时，将收敛计百分表的读数预调于25mm位置处，调节螺母位于30mm即最大读数时停止。

收敛计分别挂在两个监测点上，收紧钢尺，销钉插入钢尺小孔内，转动调节螺母，钢尺收紧到观测窗第二条与面板第一条直线相互重合时，读取数值，将钢尺数值与百分表数值相加就是观测点的距离。

总结：总而言之，伴随着我国交通事业的发展，地铁交通成为缓解城市交通压力的重要方式，而地铁隧道施工的变形监测也变得日益重要。

采用盾构法进行监测，提前确立高程控制网和水平位移监测网，从中分析地表沉降的监测方法以及精度要求，合理布设控制网，依据实际地形与交通情况提高测量精度，提高盾构法施工效率，保障隧道掘进的安全稳定。

参考文献：
[1]蒋霞.矿山法地铁隧道施工地表沉降规律研究[J].福建建
材,2022(01):55-57+115.
[2]冀念芬.地铁隧道盾构施工的沉降监测[J].居舍,2020(23):39-40.
[3]李策,伍伟林.淤泥质土及粉细砂地层盾构施工地表沉降监测分析[J].城市轨道交通研究,2019,22(05):66-71.。