tbm過站監(jiān)控量測(cè)技術(shù)研究

1、<p>　　TBM過站監(jiān)控量測(cè)技術(shù)研究</p><p>　　摘要：采用隧道掘進(jìn)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱TBM）是目前城市軌道交通隧道開挖施工的主要方法之一，考慮到TBM自身荷載大，可能對(duì)隧道及地鐵車站結(jié)構(gòu)造成變形，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。以重慶軌道交通六號(hào)線一期大龍山及冉家壩車站監(jiān)測(cè)實(shí)踐為例，研究TBM過站的隧道及車站結(jié)構(gòu)變形特征和主要影響因素，提出TBM過站監(jiān)測(cè)方面的見解，為類似工程的變形監(jiān)測(cè)提供一定的參考和借鑒。 &l

2、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：重疊小凈距隧道；地鐵車站；變形監(jiān)測(cè) </p><p>　　中圖分類號(hào)：U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　重慶軌道交通六號(hào)線大龍山車站為地下四層（局部五層）島式明挖車站，主體全長189.7m，寬26.46m。車站為鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，中

3、板板厚70cm，底板埋深32～35m。重慶軌道交通六號(hào)線冉家壩車站為地下五層（局部六層）島式明挖車站，車站主體全長227.4m，寬度為29.36m，為地下6層島式車站，中板板厚70cm，底板埋深約36.5m。 </p><p>　　由于TBM要從車站結(jié)構(gòu)中板過站，考慮到設(shè)備自身荷載較大，會(huì)對(duì)車站中板產(chǎn)生較大危害，乃至影響車站結(jié)構(gòu)安全性能，過站的結(jié)構(gòu)中板下層空間采用鋼柱支撐的方式，提高結(jié)構(gòu)承載能力。大龍山車站主支撐

4、鋼柱（D609鋼管）98根總重170.2t、柱間交叉支撐（L125×8角鋼）282根總重13t，底板和中板預(yù)埋鋼板和錨栓等預(yù)埋件1176個(gè)。冉家壩車站主支撐鋼柱（D609鋼管）118根總重208.3t、柱間交叉支撐（L125×8角鋼）339根總重17.3t，底板和中板預(yù)埋鋼板和錨栓等預(yù)埋件1368個(gè)。 </p><p>　　2監(jiān)測(cè)目的及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 </p><p><

5、;b>　　2.1監(jiān)測(cè)目的 </b></p><p>　　監(jiān)控量測(cè)工作是整個(gè)項(xiàng)目工程的眼睛，不但可以為整個(gè)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化管理提供依據(jù)，確保施工作業(yè)的安全，還可為設(shè)計(jì)理論的發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)。 </p><p>　?。?）掌握TBM暗挖隧道對(duì)已完成區(qū)間隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)影響，為日常管理提供信息，保證作業(yè)安全。 </p><p>　?。?）通過施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

6、掌握TBM過站過程中中板的穩(wěn)定程度；通過信息反饋及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)來優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)，確保TBM施工作業(yè)的安全與質(zhì)量和項(xiàng)目的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。 </p><p>　?。?）保證TBM過站時(shí)影響范圍內(nèi)建筑物正常使用，為合理確定保護(hù)措施提供依據(jù)。 </p><p>　　（4）為項(xiàng)目的管理及時(shí)提供準(zhǔn)確的信息，以便整個(gè)項(xiàng)目管理達(dá)到科學(xué)、安全之目的。 </p><p>

7、　　2.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及設(shè)備 </p><p>　　表1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及設(shè)備表 </p><p>　　序號(hào) 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 監(jiān)測(cè)儀器 精度指標(biāo)要求 </p><p>　　1 鋼支撐應(yīng)力 XB-120振弦式鋼筋計(jì) </p><p>　　數(shù)字式頻率儀 ±0.5%(F.S) </p><p>　　2 裂縫寬度 游標(biāo)卡尺或裂縫儀 &

8、#177;0.02mm </p><p>　　3 中板撓度 SWJ-IV型收斂計(jì) ±0.01mm </p><p>　　4 TBM軸線位移 徠卡TPS800全站儀 測(cè)角精度為1"級(jí) </p><p><b>　　距離精度為1mm </b></p><p>　　2.3監(jiān)測(cè)注意事項(xiàng) </p>

9、<p>　　投入本工程的所有監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備必須經(jīng)過國家計(jì)量鑒定部門合法鑒定并且合格后方可投入使用。選擇合適的監(jiān)測(cè)手段是進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作的首要任務(wù)，是監(jiān)測(cè)項(xiàng)目順利完成的保證，在選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目手段時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題： </p><p>　?。?） 所采用的測(cè)試手段必須是可靠的和已經(jīng)被工程實(shí)踐證明是正確的。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)成果將直接被用來指導(dǎo)施工。是展開后續(xù)工作、調(diào)整施工工藝參數(shù)和施工作業(yè)方案的依據(jù)。 </p

10、><p>　?。?）監(jiān)測(cè)手段必須簡(jiǎn)單易行，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快速變化的施工狀況。 </p><p>　　（3）所采用的測(cè)試手段不能影響和妨礙結(jié)構(gòu)的正常受力或有損結(jié)構(gòu)的變形剛度和強(qiáng)度特征。 </p><p><b>　　3監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù) </b></p><p>　　3.1鋼支撐應(yīng)力監(jiān)測(cè) </p><p>　　3.

11、1.1檢測(cè)儀器安裝 </p><p>　　對(duì)于初支鋼架，鋼筋計(jì)布置在型鋼上，在型鋼上焊接鋼筋計(jì)，在焊接鋼筋計(jì)的時(shí)候，注意不能使其溫度過高，以免熱傳導(dǎo)使鋼筋計(jì)零漂增加，所以要做降溫處理。比如在焊接的同時(shí)可用濕毛巾或流水冷卻水澆，使溫度降低，以保證鋼筋計(jì)的成活率在80% 以上，且支撐軸力應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的80%，超過要發(fā)報(bào)警文件。注意盡可能使鋼筋計(jì)處于不受力狀態(tài)，特別不應(yīng)處于受彎狀態(tài)，將鋼筋計(jì)的導(dǎo)線逐段捆在鄰近型鋼上，引

12、到外露的測(cè)試匣中，布設(shè)好后用頻率儀進(jìn)行測(cè)試看是否完好，并檢查鋼筋計(jì)的電阻值和絕緣情況，同時(shí)做好引出線和測(cè)試匣的保護(hù)措施。 </p><p>　　3.1.2數(shù)據(jù)采集 </p><p>　?。?）在施加鋼筋測(cè)力計(jì)預(yù)應(yīng)力前，把鋼筋測(cè)力計(jì)的電纜引至方便正常測(cè)量時(shí)為止，在混凝土澆筑前進(jìn)行鋼筋測(cè)力計(jì)的初始頻率的測(cè)量，并記錄在案。 </p><p>　?。?）施加在鋼筋測(cè)力計(jì)預(yù)應(yīng)

13、力達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后即可開始正常測(cè)量。 </p><p>　?。?）測(cè)試值宜考慮溫度變化的影響，要用溫度計(jì)測(cè)量氣溫，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 </p><p>　　（4）監(jiān)測(cè)頻率及數(shù)據(jù)處理：在埋設(shè)初期進(jìn)行首次初測(cè)，TBM過站時(shí)對(duì)鋼支撐進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，量測(cè)所得鋼筋軸力的數(shù)值及時(shí)繪成軸力、應(yīng)力變化曲線。 </p><p>　?。?）出渣過程中進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)直到穩(wěn)定后（1～2）次/1天；10

14、天后1次/3天；1個(gè)月后1次/周；量測(cè)所得鋼筋軸力的數(shù)值繪成軸力、應(yīng)力變化曲線。 </p><p><b>　　3.2裂縫監(jiān)測(cè) </b></p><p>　　TBM過站時(shí)必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力調(diào)整而可能產(chǎn)生裂縫，裂縫開展?fàn)顩r的監(jiān)測(cè)通常作為其過站和出渣過程中影響程度的重要依據(jù)之一。通常采用直接觀測(cè)的方法，將裂縫進(jìn)行編號(hào)并劃出測(cè)讀位置，觀測(cè)裂縫的發(fā)生發(fā)展過程。必要時(shí)通過裂

15、縫觀測(cè)儀進(jìn)行裂縫寬度測(cè)讀，主要采用的儀器為游標(biāo)卡尺，量測(cè)頻率1～2次/天。監(jiān)測(cè)數(shù)量和位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。 </p><p>　　3.3中板撓度監(jiān)測(cè) </p><p>　　TBM過站時(shí)對(duì)中板產(chǎn)生一定變形，因此需要進(jìn)行中板撓度監(jiān)測(cè)，量測(cè)儀器采用SWJ-IV型收斂計(jì)，量測(cè)精度為0.01mm。 </p><p>　　在中板上每隔16m一個(gè)斷面埋設(shè)一組監(jiān)測(cè)點(diǎn)直到車站的末端，

16、每組監(jiān)測(cè)點(diǎn)有3個(gè)監(jiān)測(cè)值，分別設(shè)在左右兩條導(dǎo)軌頂面和導(dǎo)軌中心的中板上。 </p><p>　　在TBM過站時(shí)，測(cè)量中板頂部和底部3個(gè)測(cè)點(diǎn)的距離，即可繪出中板原始撓度；過站后，再進(jìn)行相同的監(jiān)測(cè)，與原始值進(jìn)行對(duì)比。必須指出，前后兩次觀測(cè)時(shí)的量測(cè)方法相同，即收斂計(jì)懸掛方向相同，鋼帶尺張緊力調(diào)整過程相同，這樣可以消除儀器懸掛，調(diào)整張力等系統(tǒng)讀數(shù)，以利提高量測(cè)精度。 </p><p>　　監(jiān)測(cè)頻率：實(shí)

17、時(shí)監(jiān)測(cè)。 </p><p>　　3.4TBM軸線位移監(jiān)測(cè) </p><p>　　TBM沿導(dǎo)軌過站時(shí)，在軸線方向上可能會(huì)出現(xiàn)偏差，因此需要對(duì)整個(gè)過站時(shí)的軸線方向上進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，測(cè)量?jī)x器采用徠卡TPS800全站儀，測(cè)角精度為1"級(jí)，距離精度為1mm。 </p><p>　　在TBM導(dǎo)軌上每個(gè)斷面布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每隔16m布設(shè)一個(gè)斷面。在TBM過站前對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行

18、坐標(biāo)初測(cè)，待其過站后對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，與初始值進(jìn)行對(duì)比，即可得出過站時(shí)軸線偏移量。 </p><p>　　監(jiān)測(cè)頻率：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 </p><p>　　4監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)及警戒值 </p><p>　　4.1監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　根據(jù)TBM設(shè)計(jì)，主機(jī)步進(jìn)時(shí)機(jī)頭下方作用350T，縱向作用長度為2米，水平支撐靴下方作用250T，縱向左

19、右長度2.5米，后支撐作用150T，縱向作用長度為1.6米。計(jì)算得鋼支撐的最大軸力不應(yīng)大于1200KN；中板上翻梁底最大撓度為4mm；不利荷載作用下裂縫寬度為0.1mm；步行中線與線路中線偏差不應(yīng)超過4mm。 </p><p>　　4.2警戒值及處理措施 </p><p>　　當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)值的70%時(shí)，定為警戒值。 </p><p>　　當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到

20、監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)值的70%，或發(fā)生突變時(shí)（即變形曲線明顯偏離原始曲線），應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率并及時(shí)提供可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為指導(dǎo)施工作業(yè)提供依據(jù)。 </p><p>　　當(dāng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到監(jiān)控基準(zhǔn)值或者超過監(jiān)控基準(zhǔn)值時(shí)，應(yīng)立即停止作業(yè)狀態(tài)，并進(jìn)行連續(xù)不間斷的監(jiān)測(cè)，待修正支護(hù)參數(shù)確保無異常情況后方能繼續(xù)作業(yè)。 </p><p><b>　　5監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析 </b></p>

21、;<p>　　5.1鋼支撐應(yīng)力監(jiān)測(cè) </p><p>　　在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過計(jì)算，繪制出最具有代表性的YDK24+238、YDK24+244里程斷面（即中板第四根鋼支撐所在里程）監(jiān)測(cè)情況見圖1。 </p><p>　　圖1YDK24+244斷面監(jiān)測(cè)圖 </p><p>　　從圖1中可以看出：隨著TBM步進(jìn)，鋼支撐應(yīng)力呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，P3、P4

22、點(diǎn)變化趨勢(shì)基本一致，并與TBM步進(jìn)吻合。在TBM步進(jìn)到距離該斷面20m時(shí)，鋼支撐應(yīng)力基本不發(fā)生變化；TBM步進(jìn)到距離該斷面10m時(shí)，鋼支撐軸力明顯增大，說明雖然此時(shí)TBM還未步進(jìn)到該里程，但該里程鋼支撐已經(jīng)承擔(dān)了TBM傳遞到中板下翻梁的壓力；隨著TBM步進(jìn)，鋼支撐受力逐漸增大，當(dāng)TBM機(jī)頭完全在該里程時(shí)，鋼支撐受力最大，P3點(diǎn)最大值為98KN，P4點(diǎn)最大值為89KN，遠(yuǎn)小于TBM自身的重量，也說明下翻梁起到了很好的傳遞壓力作用，保護(hù)了中

23、板后期安全。當(dāng)TBM支撐靴和后支撐通過時(shí)，鋼支撐受力明顯增大；通過后，應(yīng)力值呈明顯減小趨勢(shì)，最后趨于穩(wěn)定。 </p><p><b>　　5.2裂縫監(jiān)測(cè) </b></p><p>　　在TBM過站前對(duì)區(qū)間隧道、中板、邊墻所有裂縫進(jìn)行考察，并進(jìn)行初始寬度、長度監(jiān)測(cè)，并在測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。在TBM通過時(shí)，對(duì)相應(yīng)里程的裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，尤其是中板采用裂縫寬度檢測(cè)儀進(jìn)行定點(diǎn)、定

24、時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)取側(cè)墻L5裂縫點(diǎn)進(jìn)行分析。 </p><p>　　圖3L5裂縫寬度變化時(shí)態(tài)曲線圖 </p><p>　　從圖2可以看出，裂縫寬度變化較小，其中L5裂縫寬度變化最大值為0.17mm，裂縫寬度變化最大值為0.04mm/h，中板基本穩(wěn)定。 </p><p>　　從整體變化趨勢(shì)可以看出，在TBM未到達(dá)該里程段時(shí)，裂縫基本不發(fā)生變化；在TBM機(jī)頭到達(dá)該里程時(shí)，裂

25、縫寬度發(fā)生明顯變化，變化速度較大，隨后繼續(xù)發(fā)生一定量的變化量；隨后支撐靴到達(dá)該處后，發(fā)生最大的變化量，隨著TBM支撐靴通過該斷面后，裂縫發(fā)生明顯的收縮現(xiàn)象。說明TBM機(jī)頭對(duì)中板主要作用為給予垂直方向的壓力，支撐靴對(duì)中板作用為側(cè)向施壓，導(dǎo)致裂縫發(fā)展明顯。 </p><p>　　5.3中板撓度監(jiān)測(cè) </p><p>　　當(dāng)TBM步進(jìn)到距該斷面20m時(shí)開始監(jiān)測(cè)，每小時(shí)進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，直至TBM步進(jìn)

26、到該斷面?，F(xiàn)取有代表性的A1點(diǎn)進(jìn)行分析。 </p><p>　　圖3A1點(diǎn)中板撓度沉降時(shí)態(tài)曲線圖 </p><p>　　從圖3中可以看出，TBM通過造成了一定量的中板沉降，其中A1點(diǎn)最終累計(jì)沉降為1.41mm，說明TBM很大一部分都施加給了上翻梁，鋼支撐起到良好的支護(hù)作用，最終使得中板未發(fā)生較大的變形，中板穩(wěn)定。 </p><p>　　從圖1中還可以看出，在TBM距

27、離監(jiān)測(cè)斷面20m左右時(shí)，其步進(jìn)對(duì)監(jiān)測(cè)斷面沉降影響較小，基本不發(fā)生變化；當(dāng)TBM步進(jìn)到距離監(jiān)測(cè)斷面10m左右時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生明顯沉降，但沉降值也較小，在0.05mm/h以下；當(dāng)TBM步進(jìn)到該斷面時(shí)，沉降速度達(dá)到最大，最大值在0.1mm/h～0.2mm/h，并持續(xù)3～4小時(shí)，隨著TBM步進(jìn)，中板沉降速度逐漸減小，在TBM主要施壓部分通過后，中板有小幅回彈，最終趨于穩(wěn)定。從整體上來看，沉降速度呈現(xiàn)先增后減，先負(fù)后正趨勢(shì)。 </p>

28、<p><b>　　6結(jié)束語 </b></p><p>　　通過對(duì)中板鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)、中板撓度監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變化值均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，鋼支撐對(duì)中板起到了良好的支撐作用，TBM順利通過大龍山及冉家壩車站，車站中板整體變形量較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)，標(biāo)志著TBM中板過站技術(shù)取得成功。通過本次工程監(jiān)測(cè)實(shí)踐，在為其他類似工程實(shí)施相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提供了一定借鑒的同時(shí)，也使筆者體會(huì)到： &

29、lt;/p><p>　?。?）監(jiān)控量測(cè)工作是整個(gè)工程的眼睛，不但可以為整個(gè)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化管理提供依據(jù)，確保施工作業(yè)的安全，還可為設(shè)計(jì)理論的發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)。 </p><p>　?。?）除過關(guān)的工程質(zhì)量外，成熟的監(jiān)控量測(cè)管理體系和管理經(jīng)驗(yàn)，能降低地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。 </p><p><b>　　作者簡(jiǎn)介： </b></p