盾构法隧道工程监测技术交流

盾构法隧道工程监测技术交流1概述1.1盾构的定义盾构，全称隧道掘进机（TunnelBoringMachine），是一种用于软土、土岩混合、岩石等地层内隧道暗挖施工的机械设备，具有金属外壳，外壳内装有整机及其辅助设备，通过外壳的掩护进行地层开挖、渣土（石）排运、整机推进和管片安装或其他支护等作业，使隧道一次成型。传统上讲，用于土层或土岩混合地层的称为盾构，用于岩石地层的称为岩石全断面掘进机（国际上简称TBM）。在欧美地区，一般将上述两种情形统称为TBM，而在日本、中国和东南亚地区，仍习惯的有盾构和TBM之分。盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、电、传感、信息等技术于一体，具有开挖切削地层、输送渣土、拼装隧道衬砌（一般是管片或锚喷支架支护）、测量导向纠偏等功能。盾构已广泛用于城市地铁、铁路、公路、市政、水电隧道等工程中。TBM是TunnelBoringMachine的简称，在盾构/TBM的发展历史上，曾经在很长一段时间里一直将盾构定义为在土体内修建开挖隧道的机械化设备，而将TBM定义为在岩石地层中开挖隧道的机械化设备。随着社会的不断发展，工程建设大规模开展，施工建设条件更加复杂，在采用机械掘进机开挖隧道的过程中，经常遇到隧道断面为土岩混合的情况，同时在全岩隧道开挖中大量出现软硬不均（岩石的无侧限抗压强度相差较大，国际上一般定义岩石单轴抗压强度为10～20以上）的地层情况，土层隧道开挖中出现断面内土体性质差异较大的复合地层等情况，因此国际隧道协会已经将软土盾构和硬岩TBM统称为TBM。图1和图2分别为典型的盾构和TBM刀盘外部结构图。为了统一使用外文译文中的盾构或TBM这个词，同时也为了规范国内对盾构设备的用语，我国已在一些相关规范或规程中将历史上曾经的“盾构机”一词统称为“盾构”。尽管国际隧道协会已经将传统意义上的盾构和岩石TBM的称谓仍然会争论一段时间，例如混合式盾构、混合式TBM，泥水盾构、泥水TBM等。主要讨论传统意义上的盾构和混合式盾构。-68- 图1盾构刀盘及其外部结构图2TBM刀盘及其外部结构1.2盾构工法盾构法施工因其具有的自动化程度高、能够适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可有效控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响等特点，广泛应用于城市轨道交通工程建设中。盾构工法简称盾构法，就是以盾构为核心的一整套完整的修建隧道的施工方法的总称，是暗挖隧道的一种有效施工方法，是用盾构在地下一边掘进，防止软基开挖面土砂崩塌和保持开挖面稳定的同时，一边在机内安全地进行隧道的开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的有效方法。通常意义上，盾构工法是由稳定开挖面、盾构开挖和衬砌三大要素组成，盾构工法的主要过程可以分为三个阶段：盾构的始发与到达、盾构的掘进以及盾构的隧道贯通后联络通道、风道、泵房等辅助设施的施工。盾构工法是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工，最大限度的减少盾构施工对地面建（构）筑及地基内埋设物的影响。盾构在推进过程中，通过盾构外壳和管片来支撑四周围岩防止岩土砂崩塌，闭胸式盾构是用泥土加压或泥水加压来抵抗开挖面的土压力和水压力以维持开挖面的稳定性，敞开式盾构是以开挖面自稳为前提，然后借助相关的辅助措施。盾构工法的开挖施工过程如下：（1）建造盾构始发竖井和到达竖井，或者车站（始发或到达工作井与车站合建）。（2）把盾构主机和配件分批吊入始发竖井中，并在预定始发掘进位置上将盾构设备统装成整机，随后调试其性能使之达到设计要求。-68- （3）盾构从竖井或车站预留洞门处始发，沿着隧道设计轴线掘进。盾构掘进时靠盾构前部的旋转倔削刀盘切削土体，切削土体过程中必须始终保持开挖面的稳定。为了满足这个要求必须保证刀盘后面土压舱或泥水舱内对地层的反作用压力大于来自地层的水土压力；依靠舱内的出土机械出土；依靠中部的千斤顶推动盾构前进；由后部的管片安装机拼装管片（也即隧道衬砌）；随后再由尾部的壁后注浆系统向衬砌与地层间的缝隙中注入填充浆液，以防止隧道和地面的下沉。（4）盾构掘进到达预定终点的竖井或车站时，盾构进入该竖井或车站接受工作井，掘进过程结束。随后解体盾构，吊出地面。1.3盾构法工程特点用盾构法修建隧道具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、地面沉降量可控，施工对地面建筑物影响小等特点，在隧道较长，埋深较大的情况下用盾构法施工更为经济合理。（1）盾构法施工的主要技术特点如下。1）施工对周围环境影响小除盾构竖井处需要一定的施工场地以外，隧道沿线不需要施工场地，无需进行拆迁，对城市的商业、交通、住居等影响小。可以在地层深部穿越地上建筑物、河流；在地下穿过各种埋设构筑物和已有隧道而不对其产生不良影响或产生很小的影响，施工不需要采取地下水降水等措施，产生的环境影响、噪声、振动等施工污染较小。2）盾构是一种“量身定做”的专用设备盾构是适合于某一区间隧道的专用设备，必须根据施工隧道的断面大小、埋设条件、围岩的基本情况进行设计、制造或改造。当将盾构用于其他区间或其他隧道时，必须考虑断面大小、开挖面稳定机理、围岩粒径大小等基本条件是否相同或相近，有差异时要进行有针对性的改造，以适应其他地质条件。盾构必须以工程为依托，与工程地址紧密联系在一起。3）对施工精度要求高区别于一般的土木工程，盾构施工对施工精度的要求非常高。管片的制作精度几乎近似于机械制造的程度，由于断面不能随意调整，对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。-68- 4）盾构施工不可后退盾构施工一旦开始，盾构就无法后退。由于管片内径小于盾构外径，如果要后退必须拆除已拼装好的管片，这是非常危险的，势必会对隧道的整体结构稳定性产生影响。另外，盾构后退也会引起开挖面失稳、盾构止水带损坏等一系列的问题。所以，盾构施工的前期工作是非常重要的，一旦遇到障碍物或刀具磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后，打开隔板设置的进人闸从压力人舱进入土舱进行处理，或在刀盘前面施工工作竖井进行处理。我国天津曾经出现过一次盾构人工后退的例子，源自盾构主轴出现问题，且盾构设备还未完全进入土体（实际上盾构的尾盾仍然有3.5m位于始发井内）。也只有在这种情况下，盾构才有可能实施后退。（2）盾构法施工主要优缺点。现代化城市地表建筑物和地下管线布置错综复杂，人口密集，无论从影响城市交通布局还是从保护环境的角度出发，明挖工法已经不太适合运用在城市中心区进行大规模的地下工程建设，越来越多的城市地下隧道工程采用暗挖法施工，盾构法作为一种新型的暗挖施工方法，由于具有机械化程度高，对地层扰动小，掘进速度快，地层适应性强，对周围环境影响小等特点，逐渐成为地铁隧道建设的主要施工方法。1）主要优点①对环境影响小。出土量控制容易，施工过程中对周围地层，建（构）筑物影响小；不影响地表交通、不影响商店营业、无经济损失；无需切断、搬迁地下管线等各种地下设置，故可节约搬迁费用；对周围居民生活、出行影响小；空气、噪声、振动污染较小。②施工不受地形、地貌、江河水域等地表环境条件的限制。③地表占地面积较小，故征地费用少。④适用于大深度、大地下水压施工，相对而言施工成本低。⑤施工不受大气条件限制。⑥挖土、出土量少，有利于降低成本。⑦盾构法构筑的隧道的抗震性好。-68- ⑧适用地层广，软土、砂软土、软岩直到岩层均可使用。2）主要缺点①当工程对象长度规模较小时，工程造价相对较高；②隧道覆土小于1倍D（D为盾构外径），且盾构在欠固结砂性土为主的地层（河道）内时，开挖面土体稳定控制有困难；③在正常固结的地层中，隧道覆土小于1倍D时，盾构掘进对地面产生的沉降变化较为敏感；④不能完全防止盾构施工区域内的地表变形；⑤当采用气压施工时，有隧道冒顶和施工人员因减压不当而患减压病（沉箱病）的危险，并且工作面周围100m范围有发生缺氧和枯井的情况；⑥当隧道的曲率半径R小于20D（有中间铰）或30D（D为隧道外径）时，盾构转向比较困难，为避免矛盾，通常需采取必要的措施。例如，在曲线外侧作辅助施工，管片环宽宜适当减小等。1.4盾构法基本原理（1）盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。（2）盾构法的基本原理是利用盾构沿隧道设计轴线开挖土体并向前推进，盾构主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作业，并承受来自地层的压力，防治地下水或流砂的入侵。盾构的前端设置有支撑和开挖土体的装置，内部安装有推进所需的千斤顶，而尾部设有拼装预制管片衬砌的机械手。盾构推进的动力由其内部的千斤顶提供，反力则由衬砌环承担，盾构每推进一环距离，就在盾尾保护下拼装一环管片衬砌，并及时向管片衬砌背后与围岩间的缝隙（盾尾空隙）中注入浆液，以防止因地层塌落而引起地面下沉。（3）采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井（室）和拆卸井（室），特别长的隧道，还应设置中间检修工作井（室）。工作井是用来拼装和拆卸盾构设备，并根据盾构装拆的施工要求来确定尺寸；拼装井井壁上设有盾构出洞口，井内设有盾构基座和盾构推进的后座。-68- （4）盾构机主要由5部分组成：壳体、推土系统、排土系统、管片拼装系统和辅助注浆系统。盾构机的壳体由切口环、支撑环和盾尾3部分组成，并与外壳钢板连成一体；排土系统主要由切削土体的刀盘、泥土仓、螺旋出土器、皮带传送机、泥浆运输电瓶车等部分组成。1.5盾构的分类轨道交通线路穿越地层的地质条件千变万化，岩土介质的物理力学性质也异常复杂，采用盾构法施工需根据穿越地层性质选择适宜的盾构机机型，并对盾构机的刀片形式、数量、开口率、盾构施工过程中的刀盘转数、推进转数、推进速度、刀盘扭矩、上部土仓压力、同步注浆压力、同步注浆量等施工参数进行设计。盾构的分类方法较多，可按盾构刀盘前端掘削断面的形状、盾构掘削面的挡土形式、加压稳定掘削面的形式、盾构断面尺寸大小，盾构适用的地层状况等方法进行分类。（1）按盾构掘削断面的形式分类盾构根据其掘削断面形式的不同可分为单圆盾构、双圆盾构、多圆盾构以及非圆盾构。非圆盾构又可分为矩形盾构、椭圆盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构、子母盾构等，一般将双圆盾构、多圆盾构和非圆盾构统称为“异性盾构”，各种怪断面形式的盾构见图3～图8，这些异性盾构一般源于日本。图3单圆盾构图4双圆盾构-68- 图5三圆盾构图6马蹄形盾构图7矩形盾构图8多圆组合异形盾构（2）按盾构掘削面的挡土形式分类按盾构掘削面的挡土形式，盾构可分为全敞开式、部分敞开式、封闭式三种。1）全敞开式：即盾构掘削面全部敞开，并可直接看到掘削面的土体掘削方式。全敞开式盾构不设隔板，其特点是掘削面全部敞开。根据盾构掘削土体的形式不同可分为手掘式、半机械式、机械式三种。这种类型的盾构适用于掘削面自立能力较强的地层。掘削面缺乏自立性时，可用压气等辅助工法防止掘削面坍落，稳定掘削面，掘削面缺乏自立性时，一般不推荐适用全敞开式盾构。-68- 图9和图10分别为全敞开手掘式盾构和机械式盾构。图9全敞开手掘式盾构图10全敞开机械式盾构2）部分敞开式：即盾构掘削面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式。部分敞开式盾构，即隔板上开有取出掘削土层出口的盾构，通常又称挤压式盾构。见图11和图12。我国上海地区曾经使用过的网络式盾构，就是一种典型的部分敞开式盾构。图11部分敞开半机械式盾构图12部分敞开挤压式盾构3）封闭式：即盾构掘削面封闭，不能直接看到掘削面，而是依靠各种装置间接地掌握掘削面信息的方式。封闭式盾构是一种设置封闭隔板的机械式盾构。掘削土体是从位于掘削面和隔板之间的土舱内取出，利用外加压力与掘削面上的土压来维持盾构隧道掘削面的稳定。常见的封闭式盾构主要有土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构两种。图13为海瑞克的S-300盾构，用于修建马德里公路隧道，盾构直径15.2m，是目前世界上直径最大的土压平衡盾构；图14为海瑞克的S-317/S-318-68- 盾构，用于修建我国上海崇明岛越江隧道，盾构直径15.43m，是目前世界上直径最大的泥水平衡盾构。图13目前直径最大的土压平衡盾构图14目前直径最大的泥水平衡盾构（3）按加压稳定掘削面的形式分类按掘削面的稳定方式，可以将盾构分为气压式、泥水平衡式、土压平衡式、加水式、加泥式、泥浆式六种。1）气压式：即向掘削面施加压缩空气，用该气压稳定掘削面。2）泥水平衡式：即用外加泥水向掘削面加压稳定掘削面。3）土压平衡式：即用刀盘切削下来的土体的土压稳定掘削面。4）加水式：即向掘削面注入高压水，通过该水压稳定掘削面。5）泥浆式：即向掘削面注入高浓度泥浆，靠泥浆压力稳定掘削面。6）加泥式：即向掘削面注入润滑性泥土，使之与切削下来的砂卵石混合，由该混合泥土对掘削面加压稳定掘削面。（4）组合分类法将前面（2）和（3）两种分类方式组合起来命名分类的方法叫作组合分类法。这种分类法目前使用较为普遍，是日本隧道标准规范盾构篇中使用的分类法。该分类方式的实质是根据盾构是否存在分隔掘削面和作业舱的隔板。具体分类情况见图15和表1。-68- 图15盾构组合分类方法盾构组合命名分类法表1盾构盾构前方构造形式掘削面稳定机构封闭型土压式土压掘削土+面板掘削土+辐条泥水掘削土+添加材+面板掘削土+添加材+辐条泥水式泥水+面板泥水+辐条敞开型部分敞开型网络式隔板全部敞开型手掘式前檐挡土装置半机械式前檐挡土装置机械式面板辐条（5）按盾构断面尺寸分类1）微型盾构：直径D≤1m。2）小型盾构：1m<直径D≤3m。3）中型盾构：3m<直径D≤6m。4）大型盾构：6m<直径D≤14m。5）特大型盾构：14m<直径D≤17m。-68- 6）超特大型盾构：直径D>17m。（6）按盾构适用的地层分类按适用的地层不同，盾构可分为软土盾构、硬岩盾构及复合盾构。1）软土盾构：即切削软土的盾构。2）硬岩盾构：即切削岩石的盾构（传统意思上的TBM）。3）复合盾构：即可切削土体，又能掘削岩石的盾构。2典型盾构封闭式盾构主要有压缩空气盾构、土压平衡盾构、泥水平衡盾构三种，目前，国内用于地铁工程的盾构较多为土压平衡盾构和泥水平衡盾构，压缩空气盾构目前应用较少。现主要介绍下土压平衡盾构和泥水平衡盾构。2.1土压平衡盾构（1）基本概述土压平衡（EarthPressure-Balanced）盾构，简称EPB盾构，是在机械式盾构的前部设置隔板，使土舱和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的土体，依靠推进油缸的推力给土舱内的开挖渣土加压，使土压力作用于盾构开挖面以平衡地层中水土合力，见图16和图17。图16土压平衡式盾构（一）图17土压平衡式盾构（二）-68- 土压平衡盾构的工作原理为：盾构刀盘旋转切削开挖面的土体，被切削下来的渣土通过刀盘开口处进入土压舱，在盾构推力作用下于舱内被挤压，用以平衡盾构开挖面的水土侧压力，同时渣土进入到土舱底部后，通过螺旋输送机运送到皮带传输带上，然后输送到停在轨道上的渣土车上（轨道运输方式）或皮带运输设备上（皮带运输方式）。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道围岩（或土体）起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业均在盾壳的保护下进行。土压平衡盾构的构造见图18。图18土压平衡盾构构造示意图（2）土压平衡盾构的构造形式根据土压平衡盾构的构造形式，盾构从开挖面向后依次可分为切口环、支承环和盾尾三部分，通过盾构外壳钢板连成整体。1）切口环。切口环是盾构开挖和挡土部分，它位于盾构的最前端，施工时最先切入地层并掩护开挖作业，部分盾构切口环前端设有刃口以减少掘进时对地层的扰动。切口环主要用于维持工作面的稳定，并作为开挖下来的渣土输送到后方的通道。切口环的长度取决于盾构正面支承、开挖的方法。对于机械化盾构，切口环内按不同的需要安装各种不同种类的机械设备，这些设备用于正面土体的支护及开挖，而各种不同种类的机械设备由盾构形式而定。对于土压平衡盾构而言，切口环主要有切削刀盘，刀盘后方至隔板的空间，也称为土压舱，刀盘后方土舱空间内设置搅拌装置。土舱底部设有进入螺旋输送机的排土口。一般土舱上留有添加材料的注入口。此外，当有更换刀具、排除障碍物、地中对接等作业需要时，隔板上应考虑设置入孔和压气闸。2）支撑环（主要为前盾和中盾）。-68- 支承环是盾构的主要结构，是承受作用于盾构上全部荷载的骨架。它紧接于切口环，位于盾构中部，通常是一个刚性很好的圆形结构。地层压力、所有千斤顶的反作用力以及切口入土正面阻力、衬砌拼装时的施工荷载等均由支撑环来承受。在支撑环外缘布置有盾构千斤顶，中间布置管片拼装机及液压设备、动力设备、操纵控制器。当切口环压力高于常压时，在支撑环内要启用已经布置好的人行加、减压舱。支撑环的长度应不小于固定盾构千斤顶所需的长度，同时还必须考虑安装切削刀盘的轴承装置、驱动装置和排土装置等的空间。3）盾尾盾尾即盾构的后部。盾尾为管片拼装空间，该空间内装有拼装管片的举重壁（或称管片拼装机）。为了防止周围地层中的土砂、地下水及壁后注入的填充浆液进入该部位，设置盾尾密封装置。盾尾的内径与管片外径的差称为盾尾间隙，计作x，其值的大小取决于管片的拼装裕度，曲线施工、摆动修正必需的裕度，主机外壳制作误差及其管片的拼装误差。盾尾间隙（x）加上盾尾外壳钢板的厚度（t），以及刀盘超挖部分的量值（h），构成盾构掘进后管片和地层间产生的空隙（ΔD），该空隙称为构筑空隙，即ΔD=x+t+h。由于构筑空隙直接造成地层沉降，故必须在盾构推进后立即对该空隙进行注浆填充。因此ΔD越小越好。这也是盾构施工一定会引起地面沉降的重要原因，只是随着盾构隧道埋深的变化及地层的差异，这个沉降值有所变化。对于经典的Peck计算公式中的土体损失率取值，在达到土压平衡的前提下，主要应考虑此构筑空隙中充填的浆液量、质量、初凝时间等因素来综合确定。（3）土压平衡盾构的主要机械装置土压平衡盾构整个系统由许多机械设备组装而成，主要有刀盘、开挖面土体改良装置、盾构千斤顶、螺旋输送机、同步注浆系统、盾尾密封系统、管片拼装系统、设备自身润滑密封系统等。1）盾构刀盘。-68- 刀盘是机械化盾构的掘削机构，刀盘结构应根据地质适应性的要求进行设计，必须适应围岩条件的变化，特别是在确保开挖面稳定的情况下，提高掘进速度。刀盘设计时，应充分考虑刀盘的结构形式、刀盘支撑方式、刀盘开口率、刀具的布置等因素。盾构刀盘通常具有以下功能：①开挖功能。刀盘选择时，刀盘切削盾构隧道掌子面的土体，对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土通过刀盘的开口进入土舱。②稳定功能。刀盘的骨架结构还可用于支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能。③搅拌功能。对于土压平衡盾构，刀盘对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性，从而进行部分土体改良。盾构刀盘的结构形式与工程的地质情况有着密切的关系，不同地层应采用不同的刀盘结构形式。土压平衡盾构的刀盘有三种形式——面板式、辐条式以及辐条面板组合式。面板式刀盘在中途开舱换刀时比辐条式刀盘安全可靠，但开挖土体进入土舱的通路不如辐条式畅通，易黏结、易堵塞，并容易在刀盘上形成泥饼（如果土层中存有黏土细颗粒的话），面板式刀盘见图19。辐条式刀盘，见图20，开口率大，辐条后设有搅拌叶片，渣土流动顺畅，不易堵塞，但是不能安装滚刀，且中途换刀安全性差，严格需加固土体并确保加固土体的稳定，费用高。辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘较强；但由于不能安装滚刀，在围岩混合的软硬不均地层或硬岩地层，宜采用面板式刀盘，且刀盘的开口率将随着岩石强度增加而逐渐减少。因此，辐条加面板式刀盘，能更好地解决单一面板和辐条刀盘带来的不利，优势更加明显，适用范围更广，见图21。-68- 图19面板式刀盘图20辐条式刀盘图21辐条面板混合式刀盘2）膨润土添加系统与泡沫系统。膨润土添加系统和泡沫系统是盾构掘进的调节媒介。采用该系统，对于不良的地质条件，通过添加流塑化改性材料，改善盾构土舱内切削土体的流塑性，即可实现平衡开挖面水土压力，又能向外顺畅排土，拓宽了土压平衡盾构的适用范围，是土压平衡盾构重要且有效的组成部分。3）盾构千斤顶。盾构推进的动力是靠液压系统带动若干千斤顶工作所组成的推进机构，它是盾构重要的基本构造之一。盾构千斤顶的选择和配置应根据盾构的灵活性、管片的构造、拼装衬砌的作业条件等来决定。盾构千斤顶见图22。图22盾构千斤顶4）螺旋输送机-68- 螺旋输送机由伸缩筒、出渣筒、液压马达、螺旋轴、出渣闸门组成，见图23，是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能。①将盾构土舱内的土体向外连续排出。②土体在螺旋输送机内向外排出的过程中形成密封土塞，阻止土体中的水分散失，保持土舱内土压的稳定。③随时调整向外排土的速度，控制盾构土舱内实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。实际施工中，土压平衡盾构的螺旋输送机是调节土压力和维持土压力的重要且十分有效的手段，用好螺旋输送机，土压平衡盾构施工就成功了一半。图23土压平衡盾构螺旋输送机5）同步注浆系统同步注浆的目的主要有以下三个方面。①及时填充盾尾构筑空隙，支撑管片周围土体或岩体，有效的控制地表沉降。②凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，防止地下水或地层的裂隙水向管片内泄漏，增强盾构隧道的防水能力。③为管片提供早期的基本稳定并最终使管片与周围地质体一体化，限制隧道结构非正常变形，且有利于盾构姿态的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。6）盾尾密封系统盾尾密封系统是盾构正常掘进的关键系统，盾构法隧道施工所发生的安全事故经常在盾尾。铰接式盾构的盾尾密封系统包括铰接密封和盾尾密封。-68- ①铰接密封。铰接密封一般有三种形式：采用一道或多道橡胶式唇口密封；采用石墨石棉或橡胶材料的盘根加气囊式密封；双排气囊式密封。②盾尾密封。盾尾止水采用钢丝刷密封装置，是集弹簧、钢丝刷及不绣钢金属网于一体的结构。盾尾油脂泵向每道钢丝刷密封之间供应油脂，以提高止水性能，一般盾尾设三道钢丝密封刷。见图24。图24盾尾密封系统7）管片安装机管片安装机俗称举重壁，是盾构的主要设备之一，常以液压为动力。为了能将管片按照所需要的位置安全、迅速地进行拼装，拼装机在钳捏住管片后，还必须具备沿径向伸缩、前后平移和旋转等功能。拼装机的形式有环型、中空轴型、齿轮齿条型等，一般常用的是环型拼装机。这种拼装机安装在支承环的后部，或者盾构千斤顶撑板附近的盾尾部，它如同一个可以自由伸缩的支架，安装在具有支撑滚轮、能够转动的中空圆环上。该形式中间空间大，便于安装出土设备。管片安装机抓紧管片的形式有两种：机械抓取式和真空吸盘式。目前，大直径盾构单个管片的质量较大，常采用真空吸盘式，具有管片钳捏简便、拼装平稳及碎裂现象少等优点。（4）土压平衡盾构开挖面稳定机理-68- 土压平衡盾构就是将刀盘开挖下来的渣土填满土舱，在切削刀盘后面及其隔板上各焊有能使土舱内渣土强制混合的搅拌棒。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压力，这一压力作用于整个作业面，使得作业面稳定，刀盘切削下来的渣土量与螺旋输送机向外输送量相互平衡，使土舱内压力稳定在预定的范围内。土舱内的土压力通过土压传感器进行测量，并通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制。盾构在粉质黏土、粉质砂土和砂质粉土等黏性土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入密封土舱后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。在密封土舱和螺旋输送机内有足够多的切削土体时，产生的被动土压力即可与开挖面上的主动土压力大致相等，使开挖面的土层处于稳定。密封土舱内的土压与开挖面的土压保持稳定的状态下，在盾构向前推进的同时，启动螺旋输送机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。排土量一般通过调节螺旋输送机的转速和出土闸门的开度予以控制。在黏性土层推进时，当含砂量超过某一限度时，泥土的流塑性明显变差，土舱内的土体因固结作用而被挤密，导致渣土难以排送。可向土舱内注水、泡沫、泥浆等，以改善土体的流塑性。在砂土地层施工时，由于砂土流动性差、砂土的摩擦阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，土舱室内压力不易稳定，所以需进行渣土改良。向开挖的土舱里注入膨润土或泡沫剂，之后进行强制搅拌，将砂质土泥土化，使其具有塑性和不透水性，从而使土舱内的压力容易稳定。土压平衡盾构开挖面稳定见图25，由下列各因素综合作用而维持。图25土压平衡盾构开挖面平衡示意图-68- 1）土舱内的土压力平衡地层压力和水压力。2）螺旋输送机调节排土量。3）适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。开挖面稳定系统必须确保土舱内的泥土压力，通过调节排土量，以便能平衡开挖面的地层土压力和水压力。（5）土压平衡盾构的地层适应性土压平衡盾构主要应用在黏质土层中，该类型土壤富含黏土、亚黏土或淤土，渗透性低，这种土质在螺旋输送机内压缩形成防水土塞，使土舱和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面的土压力和水压力。土压平衡盾构主要适用地层情况见图26。图26盾构设备地层适用性用图a）颗粒筛分曲线；b）盾构选型的三大控制参数土压平衡盾构用开挖出来的渣土是支撑开挖面稳定的介质，对作为支撑介质的渣土需具有良好的塑性、优良的黏稠性能、较小的内摩擦角及较低的渗透系数。一般渣土不完全具有这些特性，需进行改良。改良的方法通常为加水、膨润土、黏土、聚合物或泡沫等，具体情况根据实际地层情况选定。2.2泥水平衡盾构（1）基本概述泥水平衡盾构（SlurryPressure-balancedShield），-68- 简称SPB盾构，见图27。泥水平衡盾构是在机械掘削式盾构的前部、刀盘后侧设置隔板，使之与刀盘之间形成泥水室，将加压的泥浆送入泥水压力室，当泥水压力室充满泥浆后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的渣土经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥浆，用流体输送方式输送到地面，这是泥水平衡式盾构的主要特征。目前的最新发展是气垫式泥水平衡盾构，它将泥水舱分割为两个：一个是原来传统意义上泥水舱，另一个是泥水与气垫混合的气垫舱，它将泥水舱分割为两个：一个是原来传统意义上的泥水舱，另一个是泥水与气垫混合的气垫舱，用调节气体压力的方式对泥水舱内的压力进行调节，其气压调节精度更高，可控性更好。在地面泥浆拌和槽中，将泥浆调整到适合地层土质状态后，经泥水输送泵加压、管路送到盾构开挖面泥水压力室，泥浆在稳定开挖面的同时，将刀盘切削下来的渣土搅拌成浓泥浆，再由排泥泵经管路输送到地面。被送到地面的泥浆，根据渣土颗粒直径，经过一次分离设备和二次分离设备将土砂分离并脱水后，排去分离后的水，经泥浆拌和槽再次调整，使其成为优质泥浆再循环到隧道开挖面。排出的土砂量由排泥量测定装置进行测定，由此来推测开挖面的稳定情况。图27泥水平衡式盾构泥水平衡式盾构最适宜开挖难以稳定、止水困难的砂层、含水率高松软黏性土层及隧道上方有水体的场合。泥水盾构施工流程见图28。图28泥水盾构系统流程图-68- （2）泥水平衡盾构系统的构成泥水平衡盾构最主要特色之一是，隧道施工中在稳定开挖面的同时，把盾构掘进、输送渣土、分离土砂与水、处理砾石等各方面的作业作为一个整体进行综合管理，这些作业都是在一个流程内进行并完成。泥水平衡盾构自成一个体系在一个流程内完成各项作业，所以能够比较安全的施工。当发生异常情况时，这类盾构掘进机还具有能快速转换成敞开式掘进的显著优点。泥水平衡盾构构造见图29。图29泥水平衡盾构构造图泥水平衡盾构通常由以下五大系统构成。1）盾构掘进系统：一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推进盾构前进的掘进系统。2）泥水加压和循环系统：可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统。3）综合管理系统：综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统。4）泥水分离处理系统：将掘削下来的渣土形成泥水，通过流体进行输出；经分离系统分离土砂和水，最后将渣土排弃的处理系统。5）壁后同步注浆系统：当盾构拼装完管片后，及时向壁后间隙注入浆液的系统，主要用于控制地面沉降，防止向管片内漏水，使得土压作用均匀以及使管片组成的衬砌早期稳定（类似于土压平衡盾构）。（3）泥水平衡盾构开挖面稳定机理-68- 第一，以泥水压力来平衡开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时控制开挖面地层的变形。第二，在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。第三，随着加压后的泥水不断渗入土体中填充空隙，可形成渗透系数非常小的泥膜。由于泥膜形成后减小了开挖面的压力损失，泥水压力可有效的作用于开挖面，从而可防止开挖面的变形和崩塌并保持开挖面的稳定。因此，在泥水盾构施工中，控制泥水质量和控制泥水压力是两个非常重要的课题。此外，由于泥水中的黏粒受到上述压力差的作用在开挖面形成一层泥膜，且该泥膜的形成是在很短的时间内完成的，这对提高开挖面的稳定性起到至关重要的作用，尤其在砂层中稳定作业尤为显著。泥水的重度随着土层的不同而不同，在黏性土中重度可小一些，在砂土与砂砾石中要大一些。1）泥膜的形成机理。泥水平衡盾构是通过在支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆，使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的刀盘切削土体表面泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，然后由排泥泵及管道把泥浆输送到地面处理。整个过程是通过建立在地面中央控制室内的泥水平衡自动控制系统统一管理。在泥水平衡理论中，泥膜的形成是至关重要的，当泥水压力大于地下水压力时，按照达西定律，泥水渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，形成泥膜。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抗力逐渐增强。当泥膜抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果。2）泥膜形成的基本要素。泥水盾构施工时稳定开挖面的机理为：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时控制开挖面变形和地层沉降；在开挖面形成不透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。从泥水平衡理论可以看出，在泥水盾构施工中，尽快形成不透水的泥膜是一个相当关键的环节。-68- 在开挖面，随着加压后的泥水不断渗入土体，泥水中的砂土颗粒填入土体孔隙中，可形成不透水的泥膜。而且由于泥膜形成后缩小了开挖面的压力损失，泥水压力可有效作用于开挖面，从而防止开挖面的变形和坍塌，并确保开挖面的稳定。因此，在泥水盾构施工中，控制泥膜质量与控制泥水压力同等重要，是泥水平衡盾构施工中的两个重要课题。从泥水平衡理论可以看出，在泥水平衡盾构法施工中，尽快形成不渗透泥膜是一个相当关键的环节，为了保持开挖面稳定，必须迅速可靠地形成泥膜，以使压力有效地作用于开挖面，为此，要形成泥膜必须满足下列四项基本条件。①泥水的密度——为保持开挖面的稳定，即把开挖面的变形控制到最小限度，泥水密度应比较高。从理论上讲，泥水密度提高能使泥水屈服值升高，同时能使泥膜的稳定性增强。试验证明高密度的泥水可以产生高质量的泥膜，泥水密度最好能达到开挖面土体的密度。大密度的泥水会引起泥浆泵超负荷运转以及泥水处理困难；而小密度的泥水虽可减轻泥浆泵的负荷，但因泥粒渗透流失量增加，泥膜形成慢，对开挖面稳定不利。因此，在选定泥水密度时必须充分考虑土体的地层结构，在保持开挖面的稳定的同时也要考虑设备能力。②含砂量——在强透水性土体中，泥膜形成的快慢与掺入泥水中砂粒的最大粒径以及砂量（黏粒重/黏土颗粒重）有密切的关系，这是因为砂粒具有填堵土体孔隙的作用。为了充分发挥这一作用，砂粒的粒径应比土体孔隙大而且含量适中。③泥水的黏性——土体一经盾构开挖，其原有的应力即将释放，并将产生应力释放面变形。此时，为控制地基沉降，保持开挖面稳定，必须向开挖面施加一个相当于释放应力大小的力。泥水盾构中由泥水压力用以抵消开挖面的释放应力。泥水必须具有适当的黏性，以便起到防止泥水中的黏土、砂粒在泥水舱底部沉积、保持开挖面稳定的效果；提高泥水黏性，增大阻力，使开挖下来的弃土以流体输送，经泥水处理设备使泥水分离。④泥水压力——虽能渗透流失的量随着泥水压力的上升而上升，但该增加量远小于压力的增加量，因此增加泥水压力将提高作用于开挖面的有效支承压力，使得开挖面处的高质量泥浆条件下，有利于保持开挖掌子面的稳定性。3）盾构掘进速度与泥膜的关系。-68- 泥水盾构处于正在掘进的状态时，刀具并不直接切削原状土体，而是对刀具正面已形成的泥膜进行切削。在切削后的一瞬间，有形成了下一层泥膜。由于盾构刀盘转速一般为一定数且盾构推进速度最大能力受到一定限制，因此掘进速度只和切入土体的深度有关，而和泥膜无关。但是当泥水盾构在不正常掘进状态时，特别当泥水质量和泥水压力达不到设计要求时，泥膜经过较长时间才能形成，这样约束了掘进速度。高质量的泥水形成泥膜的时间为1～2s甚至更短。4）泥水盾构的地层适用范围。泥水盾构最初是在冲积黏土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。根据目前泥水平衡盾构在工程实践中应用情况，泥水平衡盾构掘进过程中适应的地质情况可以分为以下几种情况：①江、河、海、湖泊及运河等水体以下地层。②滞水砂层、滞水砾石层及其其他松散地层。③施工区域内同时存在冲积层黏土和洪积层硬土两种地层。④滞水砂砾层和黏性土层的互层地层。⑤高水压层或高承压水层。⑥带有大直径砾石的地层。⑦砾石直径不大，但是砾石含量较多且含有地下水的地层。3盾构法隧道监测由于盾构开挖对地层的扰动，会对上部地表、道路、管线、建（构）筑物等造成沉降和位移，此外工程地质勘察总是局部和有限的，对地质条件和岩土介质的物理力学性质的认识存在诸多不完善性和不确定性，需要在施工过程中针对性调整施工参数、施工工艺，采取必要的技术措施，以保证盾构施工自身安全和周边土体、管线、建构（筑）物等环境对象的安全。这就需要对盾构施工的全过程进行监测。3.1变形机理3.1.1盾构法隧道地层变形规律-68- Peck（1969）通过对大量地表沉降数据及工程资料分析后，首次提出地表沉降槽近似为正态分布。地层变形移动由地层损失引起，并认为施工引起的地表沉降是在不排水条件下发生的，所以沉降槽体积等于地层损失的体积。（1）地表纵向变形规律地表纵向沉降槽是反映盾构掘进时，沿掘进轴线方向对地层的影响。同时，地表纵向沉降槽也能反映盾构掘进时不同影响因素、盾构机不同部位对地层的作用，包括正面土压力、摩擦力及盾尾间隙等。根据大量工程实测结果与数值模拟分析研究，盾构隧道施工引起的地表纵向变形一般规律见图30。距离-位移时间-位移图30盾构隧道施工地层变形规律图-68- 1）第1阶段——先期沉降：是盾构到达前产生的沉降。含水砂质土的先期沉降主要是由于地下水位下降引起，极软弱黏性土的先期沉降则由于开挖面的过量取土引起。2）第2阶段——开挖面前部沉降（隆起）：是在盾构开挖面即将到达之前产生的沉降（隆起），开挖面的水土压力不平衡是其发生的主要原因。3）第3阶段——通过时的沉降（隆起）：盾构通过时产生的沉降（隆起），盾构机外围面与周围地层发生摩擦或盾构超挖使地层出现扰动是其产生的主要原因。4）第4阶段——盾尾间隙沉降（隆起）：盾尾刚刚通过产生的沉降（隆起），是由于盾尾间隙的出现而引起的应力释放或衬砌背后注浆压力过大而产生的，地表变形的大部分属于这种盾尾间隙沉降（隆起）。5）第5阶段——后续沉降：主要为软弱黏土中出现的现象，是由于盾构推进引起整个地层松弛或扰动而产生的。图31某地铁盾构隧道施工实测距离-位移空间曲线图图32某地铁盾构隧道施工实测时间-位移时态曲线图（2）地表横向变形规律-68- 在统计分析盾构地表沉降实测资料基础上，Peck（1969）提出了地层损失的概念，在不考虑土体排水固结和蠕变的条件下得出了一系列与地层有关的沉降槽宽度的近似值。Peck认为在盾构掘进过程中产生了一定的地层损失，相当于从土体中挖去一块土体，从而导致上部的土体移动，在不考虑土体排水固结与蠕变的情况下，认为地层移动是一个随机的过程。在盾构掘进后，地表形成的横向沉降槽为一个近似正态分布的曲线，见图32。图32沉降槽宽度与隧道覆土厚度之间的关系（c——隧道覆土厚度；d——隧道直径；i——沉降槽宽度系数；FA——隧道开挖面积；ΔF——开挖单位长度隧道的地层损失的体积；b——横向沉降范围）①；②；③；④某地铁盾构区间隧道左右线间距13m，隧道埋深13m，上覆饱和粉砂夹细砂与（软～可塑）粉质黏土地层，地表横向变化实测曲线见图33。单线双线图33某地铁盾构区间实测横向变化曲线Peck公式为隧道横向地表沉降一般规律，根据图31中的经验曲线和隧道覆土厚度与隧道直径之间的关系可以得出沉降槽宽度i；根据i和图32中的方程①可以计算与隧道轴线垂直的断面上任意点的沉降。地层损失ΔF根据方程④计算，结合方程②可以得出最大地表沉降。方程③可以分析横向沉降槽的范围。-68- （3）地表沉降历时规律对于盾构施工引起的地表沉降的历时关系，大多通过隧道中线的地表位移来反映。目前，一般采用双曲线模型模拟隧道中线地表沉降的历时关系。即盾构隧道中线地表沉降历时曲线可以由下式表示：S（t）=t/（a+bt）式中S（t）——t时刻隧道中线上最大地表沉降，m；a、b——回归参数，根据不同地层、不同隧道而变化，可以根据观测数据回归分析得到；t——历时时间，d，一般取盾构引起地表沉降时开始计算。由上式可知，当t=0时，S=0。因此，建立地层沉降历时关系的双曲线模型方程时，数据统计值的起点在理论上应为地层隆起转为沉降的临界点。在盾构掘进过程中产生的沉降，由于注浆等施工对地层的扰动，地表初期沉降较为复杂，而且沉降变化波动较大，往往导致回归方程离散。统计值的起点取为管片脱出盾尾一周的时间，所得回归方程的计算值与实测值较接近。图34某地铁盾构区间实测地表沉降历时曲线3.1.2盾构法隧道地层变形机理盾构法隧道施工可引起隧道周围土体的松动和沉陷，反映到地面即为地表沉降。同时，受施工影响工程周边环境对象也会出现变形，严重时出现功能受损的现象。由盾构法施工引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地表沉降的主要影响因素。（1）土体损失-68- 盾构隧道开挖过程中的出土量常常由于超挖或盾构机与衬砌之间的间隙等原因而比按照隧道断面积计算的出土量大得多，使得隧道与衬砌之间产生了空隙。在软黏土中空隙会被周围土体及时填充，引起地层位移，产生施工沉降（瞬时沉降）。土体应力发生变化，形成应变—变形—位移—地表沉降。地层损失是指盾构施工过程中实际挖除的土壤体积与理论计算的排土体积之差。地层损失率以地层损失体积占盾构理论排土体积的百分比Vs（%）表示。圆形盾构理论排出体积V0为：V0=πr20L（式中，r0——盾构外径；L——推进长度）。地层损失一般可分为3类：1）正常地层损失。排除各种主观因素影响，认为盾构机操作过程完全符合操作规程，没有任何失误。地层损失的原因全部归结于施工现场的客观条件，如地质条件或盾构施工工艺的选择等。这种沉降可以控制到一定限度。其引起的地表沉降槽体积与地层损失量是相等的。在均质地层中，正常地层损失引起的地表沉降也比较均匀。2）非正常地层损失。是由于盾构施工过程中操作失误而引起的地层损失。如盾构操作过程中各类参数设置错误、超挖、注浆不及时等。非正常地层损失引起的地表沉降具备变化特征，一般可认为正常。3）灾害性地层损失。盾构开挖面有突发性急剧流动，甚至形成爆发性崩塌，引起灾害性的地表沉降。常由于盾构施工中遇到地层水压大的储水和透水性强的颗粒土的透镜体等不良地质条件。（2）固结沉降盾构推进过程中的挤压、超挖和盾尾压浆作用可对地层产生扰动，使隧道周围地层产生正、负超孔隙水压力，从而引起地层沉降称为固结沉降。固结沉降可分为主固结沉降和次固结沉降。主固结沉降为超孔隙水压力消散引起的土层压密；次固结沉降为土层骨架蠕动引起的剪切变形沉降。主固结沉降与土层厚度有密切关系，土层厚度越大，主固结沉降在总沉降的比例越大。因此，隧道埋深较大时，施工沉降虽然很小，但主固结沉降作用不可忽视。-68- 在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性土层中，次固结沉降往往持续几个月，有的甚至几年，其占总沉降的比例可达35%以上。理论上盾构隧道施工引起的地表沉降是主固结沉降、次固结沉降和施工沉降（瞬时沉降）三者之和。如不考虑次固结沉降，总沉降应等于地层损失造成的施工沉降和由于地层扰动引起的主固结沉降之和。此时，位于隧道上方的任一土层的相对沉降值是相同的。因为随着超孔隙水压力的消散，土颗粒向它原来的相对位置移动，超孔隙水压力全部消散后，土颗粒回到原来的相对位置。如果总沉降中计入次固结沉降，则还应加上由于地层土体原有结构破坏引起的蠕变沉降。3.1.3盾构法隧道地层变形影响因素（1）主观原因主观原因是引起盾构隧道地表沉降比较主要的原因，同施工人员的工作状态、技术水平等主观因素有关，多出现在施工阶段，表现如下：1）盾构严重超挖（欠挖）引起的地表沉降（隆起）；2）在用一些自动化程度较高的盾构机进行推进时，推进参数匹配不合理，如推进速度、正面土压力、注浆压力和总推力等参数的设定不合理；3）注浆量不足或注浆不及时是引起地表沉降的主要原因之一，直接影响“建筑空隙”的填充；4）推进过程中盾构姿态的纠偏对沉降的影响不容忽视，盾构轴线与隧道轴线产生一个偏角引起地面扰动；5）较长时间的盾构停止推进，千斤顶会因漏油而缩回，从而引起盾构后退，造成开挖面土体稳定失衡，土的内聚力减小。（2）客观原因客观原因是指非施工人员原因而引起的地表沉降，与规划设计和地质条件等因素有直接关系。客观原因引起的沉降经常发生在整个盾构施工过程中，并延续到施工结束后较长一段时间。具体包括以下方面：1）盾构的选择，特别是盾构外径、盾尾空隙等尺寸的选定，将直接影响“建筑空隙”的大小；2）由于注浆材料本身的体积收缩，使填充孔隙的材料在一段时间后出现萎缩；-68- 3）盾壳移动对地层的摩擦和剪切，造成对临近土体的扰动；4）在土压力的作用下，隧道衬砌的变形会引起少量的地层损失；5）地层岩性不同，造成的地层损失和地表变形不同，如卵石地层与软土地层中的盾构施工引起的变形有较大差异；6）盾构位于地下水以上及以下时，施工引起的地层变形有一定的差异；7）不良地质条件、特殊性岩土等对盾构施工引起的地层变形也有很大的影响；8）工程周边环境条件复杂，对变形控制要求严格时，盾构施工引起的地层变形和地表沉降一般较小，反正可能出现较大的变形；9）施工结束后，隧道本身的沉降，也会引起地表沉降。3.2风险分析通过对盾构法隧道工程的风险分析，可以有针对性的重点加强施工过程中的监测，主要风险分析如下：（1）盾构机适应性和可靠性（盾构选型）风险分析在盾构施工过程中，由于盾构机械选择不当及机械性能问题所造成的风险事故有以下几种可能：大刀盘、刀头磨损；泥浆泵及管路磨损、堵塞；主轴承磨损、密封件防水失效；盾尾密封系统不可靠或长时间磨损，导致周边水土流失，盾构机内涌水或沉陷；数据采集系统、传感器失灵；液压推进系统漏油；注浆管路堵塞；磨损或收到较大的偏心力矩致使主轴断裂，盾构机无法工作。（2）盾构吊装风险分析在盾构吊装过程中，由于吊装方案或实施过程引起的问题，如盾构设备较重，吊装设备的承载能力不够可能引起吊装设备倾覆、坠落，其荷载大引起地面过量沉降对下方管线损坏，对盾构井结构侧压力大引起结构开裂，基座、反力架安装偏差引起盾构进洞姿态差或受力问题。（3）盾构机进出洞施工风险分析国内外盾构施工经验表明，盾构机进出洞的安全是盾构隧道施工一个非常重要的环节。目前，国内盾构隧道多起事故均发生在盾构进出洞阶段，主要表现在盾构机进出洞端头地层的加固、盾构进出洞盾构姿态的控制、泥水平衡的建立、洞口密封等方面。-68- （4）地表沉降过大风险分析引起地表沉降过大的风险原因主要包括：盾构选型不当，土体自立性差，地下水位勘察失误，土层变化较大，土层受扰动较大，平衡压力设定偏低，推进速度慢，出土量过大，施工监测不及时准确，管片拼装时盾构后退，注浆量不够，补注浆不及时，注浆压力不适当，注浆材料不合格，注浆浆液配合比不当，注浆部位不合理。（5）更换刀具风险分析由于受地层条件及刀具耐磨性能的影响，盾构机在隧道掘进施工达到一定工程量后，刀具将会磨损，如果不及时进行换刀处理而继续掘进，轻则无法保证正常的掘进速度，重则会使盾构机无法掘进施工，甚至影响盾构机的寿命。因此，盾构机在施工过程进行开舱换刀是必要的工作。按目前盾构机的工程环境、施工工艺及技术，开舱换刀过程会受到周围地质环境的影响。在不带压的情况下进行开舱换刀，只有在地层比较稳定、无大量地下水涌出、无有毒气体存在的情况下才能进行，否则，容易造成安全事故。因此，对盾构机开舱换刀的地层条件的选择和判断是十分重要的。（6）盾构穿越建（构）筑物风险分析城市轨道交通修建时经常穿越城市闹市区、居民住宅区、地下管线和河流。此时保证各类建（构）筑物、管线及自身施工安全，是工程施工的重中之重。因此，应通过采用主动与被动措施来积极可靠的保证盾构施工的安全。（7）管片拼装风险分析管片拼装的好坏决定了管片环环之间、块块之间的缝隙宽度，因而影响隧道防水质量。防水质量是决定地下区间隧道使用寿命的关键性因素。管片拼装风险主要包括管片型号拼装错误、管片间隙太小、拼装中管片结构碎裂导致防水条损坏、管片错台严重、成环管片环面与隧道设计轴线不垂直、管片拼装的纵缝质量不佳、管片椭圆度过大及管片渗漏水严重等风险特点。（8）盾构穿越地下障碍物盾构遇到未探明的管线结构、桩基、地热井、勘察遗留的钻杆等障碍物时可能导致盾构刀盘损坏、环境损坏事故。（9）小曲率半径施工、近接施工风险-68- 盾构在小曲率半径施工过程中姿态难控制，容易引起土方超挖产生过量沉降，引起地面塌陷、管线破坏等事故。两台盾构设备近接施工或与其他工程近接施工时，因结构间土层受强烈扰动，引起过量沉降带来结构或环境对象损坏。（10）盾构漂移盾构设备在不良地层掘进时，受地下水或偏载的影响，引起拼装完的结构漂移，偏离设计位置，并引起管片开裂、渗漏水病害。（11）有害气体盾构开挖遇到易燃易爆气体，或有毒化学物质挥发气体，引起爆炸、人员中毒等风险。3.3监测项目3.3.1监测项目的确定（1）盾构法施工风险分析表明，盾构施工阶段风险主要体现在开挖引起周边地层变化，对工程周边环境的影响以及盾构管片结构的变形、渗漏等。盾构区间地层条件，盾构结构与环境对象的空间关系，施工开挖过程中的参数、盾构姿态控制等与工程风险密切相关。因此，应综合考虑合理确定监测对象，选择监测项目。对盾构法工程监测项目应能够覆盖工程自身与土体介质和周边环境对象，监测项目的选择应达到成果，能够揭示管片结构整体及局部位移、力学变化、管片结构周围岩土体及周边环境受工程影响的位移、力学状态变化、结构病害变化趋势等，不同监测项目间能够形成完整的监测体系，以便能够全面反映监测对象的状态。（2）盾构法隧道工程监测主要考虑管片结构及外部的地表、深层土体、孔隙水等对象，并对这些对象间的相互作用关系进行监测，《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）要求对隧道管片结构、周围岩土体和周边环境的监测项目共10项，见表2。盾构法隧道管片结构和周围岩土体监测项目表2序号监测项目工程监测等级一级二级三级1管片结构竖向位移√√√2管片结构水平位移√ОО-68- 3管片结构净空收敛√√√4管片结构应力ООО5管片连接螺栓应力ООО6地表沉降√√√7土体深层水平位移ООО8土体分层竖向位移ООО9管片围岩压力ООО10孔隙水压力ООО注：√——应测项目，О——选测项目。（3）盾构区间隧道穿越的建（构）筑物、在影响范围内的建（构）筑物、以及影响范围内的地下管线，都应该纳入监测对象。此外，还应加强洞内外的观察巡视等。3.3.2监测项目的选择盾构法隧道施工中的监测项目根据线路特点、地质条件、环境条件等进行选择，对一些特殊设计的线路、穿越特定环境对象的地段、为设计验证、科研分析提供数据基础的项目应适当选择监测项目。（1）应测项目1）洞内外的巡查。洞内外巡查是一项重要的工作，主要目的有：①直观查看盾构法施工有无异常变化，便于综合工程施工进度情况、施工开挖范围地质情况、施工结构质量及稳定情况、周边环境异常变化等信息进行工程安全风险分析；②作为现场监测工作的一项重要补充，可对监测点未覆盖的区域进行查看，保证监测的覆盖全面，并根据巡查情况调整监测工作。2）地表沉降。盾构施工掘进过程中，地表沉降观测可以反映出盾构施工对岩土体及周边环境影响程度、同步注浆和二次注浆效果，以及盾构机自身的施工状态，对掌握工程安全尤为重要。-68- 3）建（构）筑物变形。盾构法隧道工程施工引起的地层移动与变形对地面建（构）筑物的损害分为直接开挖损害和间接开挖损害两种。直接开挖损害是指隧道施工主要影响范围内的建（构）物所受的损害；施工降水等个别情况下，在隧道施工主要影响范围以外较远地方，也存在与工程有关的建（构）筑物损害，称为间接开挖损害。4）管片变形盾构管片既是隧道的支护结构也是隧道的主体结构，盾构管片变形（竖向位移和净空收敛）监测对判断工程的质量安全非常重要，能够及时了解和掌握隧道结构纵向坡度变化、差异沉降、管片错台、断面变化及结构受力情况，以及隧道结构变形与限界变化，对盾构施工具有指导意义。（2）选测项目1）地下管线变形在盾构法隧道施工过程中，造成的地层损失会对周围环境及地层产生一定影响，过大管线变形甚至管线破坏，不仅影响管线自身的使用功能及寿命，也对隧道工程的结构产生影响（如雨污水管开裂后，可能引起隧道拱顶塌方等），同时也威胁人民生命财产安全（如带压管线爆裂可能引起人身伤害和财产受损）。2）盾构管片结构水平位移盾构管片结构水平位移监测具有一定的难度，但管片背后注浆不及时，或注浆质量不好，地质条件复杂或存在地层偏压时，往往会发生管片的水平漂移，可作为选测项目。3）土体分层沉降及深层水平位移和孔隙水压力土体分层竖向位移、土体深层水平位移和孔隙水压力监测，主要根据盾构隧道施工穿越的周围岩土体的工程地质水位地质条件及周边环境情况确定，目的是了解和掌握盾构施工对周围岩土体及周边环境的扰动情况，以及周围岩土对隧道结构的影响程度，可进一步指导工程施工。一般情况下，这些监测项目可根据需要确定。4）管片受力-68- 管片结构应力监测、管片连接螺栓应力监测和管片围岩压力监测主要测试管片的受力状态及特征，掌握管片受力变化，指导工程施工，防止盾构管片受到损失，这些监测项目一般根据需要确定。在下列条件下，应作为选测项目进行监测：①进行双线施工的盾构线路，当两条线路空间局促时，如水平近距离盾构施工的第二条盾构隧道施工、上下交叠近距离盾构施工的第二条盾构隧道施工时应选测管片内力和管片衬砌与地层接触应力监测。②近距离穿建（构）筑物，监测项目应包含选测项目。建（构）筑物变形控制严格的地段，盾构隧道施工使隧道与建（构）筑物间土应力重新分配，致建（构）筑物变形。③进行科研项目，应验证设计、分析实际盾构施工土体介质、隧道结构及周边环境的变化，为以后优化设计提供数据基础。3.4监测方法3.4.1洞内外的巡查盾构法施工巡查方法与其他工法施工巡查方法基本一致，需要进行现场踏勘、工程资料研究、交底、盾构设备状态观察记录、周边环境观察描述记录及对巡查的总结反馈等。（1）主要巡查内容有：盾构始发端、接收端土体加固情况；盾构掘进位置（环号）；盾构停机、开仓等时间和位置；管片破损、开裂、错台、渗漏水情况；联络通道开洞口情况。（2）《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）对巡查的内容要求见表3。盾构法隧道现场巡查报表表3分类巡查内容巡查结果备注施工工况盾构始发端、接收端土体加固情况盾构掘进位置（环号）盾构停机、开仓等的时间和位置联络通道开洞口情况其他-68- 管片变形管片破损、开裂、错台情况管片渗漏水情况其他周边环境建（构）筑物、桥梁墩台或梁体、既有轨道交通结构等的裂缝位置、数量和宽度，混凝土剥落位置、大小和数量，设施能否正常使用地下构筑物积水及渗水情况，地下管线的漏水、漏气情况周边地面或地表的裂缝、沉陷隆起冒浆的位置、范围等情况河流湖泊的水位变化情况，水面有无出现漩涡、气泡及其位置、范围，堤坡裂缝宽度、深度、数量及发展趋势等工程周边开挖、堆载、打桩等可能影响工程安全的其他生产活动其他监测设施基准点、监测点的完好状况、保护情况监测元器件的完好状况、保护情况其他3.4.2地表沉降（1）监测目的1）根据监测结果判断工程风险，以便及时采取措施。了解盾构施工开挖对地层扰动的控制程度，判断周围岩土体是否有空洞产生，采取措施保证工程安全及周边环境对象安全。2）根据监测结果开展信息化施工。通过动态监测数据指导施工，调整盾构开挖推力、土压、掘进速度、注浆量、出土量等参数，判断盾构施工参数及工艺合理性，为调整施工参数及工艺提供数据基础。3）根据前一段的观测结果，预测下一段的地表和对周围建筑物及其他设施的影响。4）取得采用盾构设备在特定地层下的变形规律，研究土壤特性、地下水条件、施工方法与地表沉降的关系，作为将来设计的参考依据。（2）埋点原则-68- 1）盾构施工监测测点布设位置和数量应根据盾构线路设计所处的地质条件、周边岩土体变化、盾构施工工艺、工程监测等级及监测方法的要求等综合确定，并应满足反映监测对象实际状态、位移和内力变化规律，及分析监测对象安全状态的要求。2）地表变形和沉降监测需布置纵断面（沿轴线）与横断面监测点，纵断面监测点应保证盾构顶部始终有监测点，横断面监测点应间隔布设，断面布设范围应能反映盾构施工影响的范围。盾构始发、到达、联络通道施工、穿越重要建（构）筑物段需加密布置测点。盾构始发段对盾构施工至关重要，由此段的监测可以得出合理的施工参数。监测点的埋设位置应便于观测，不应影响和妨碍监测对象的正常受力和使用。3）《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）对盾构法地表沉降监测布点原则要求如下：①监测点应沿盾构隧道轴线上方地表布设，监测等级为一级时，监测点间距宜为5m～10m；监测等级为二级、三级时，监测点间距宜为10m～30m，始发和接收段应适当增加监测点；②应根据周边环境和地质条件布设垂直于隧道轴线的横向监测断面，且监测等级为一级时，监测断面间距宜为50m～100m；监测等级为二级、三级时，间距宜为100m～150m；③在始发和接受段、联络通道等部位及地质条件不良易产生开挖面坍塌和地表过大变形的部位，应有横向监测断面控制；①横向监测断面的监测点数量宜为7个～11个，且主要影响区的监测点间距宜为3m～5m，次要影响区的监测点间距宜为5m～10m。4）地表沉降测点埋设示意图如下：-68- 测点设计图操作实例图测点埋设实例图电动钻机成孔方式测点展示监测点置于孔内监测点嵌入地表以下人工夯实测点用粗砂回填空隙并夯实加装保护盖路面情况图35地表沉降监测点埋设示意图　　（3）监测作业地表沉降监测的方法有多种，常用的有几何水准测量方法、液态静力水准测量法、三角高程测量法、交会测量法等。根据城市轨道交通工程特点，常用的几何水准测量方法，采用水准仪观测。-68- 1）水准仪观测的地表监测基准点为已知高程点，利用测得的各监测点与基准点的高差ΔH，可得到各监测点的高程H，其与上次测得高程的差值Δh即为该监测点的沉降值，即Δh（1，2）=H（2）-H（1）图36水准仪图37水准仪观测示意图2）观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。观测顺序：往测：后、前、前、后；返测：前、后、后、前；3）观测注意事项如下：①对使用的水准仪、水准尺应在项目开始前和结束后进行检验，项目进行中也应定期进行检验，确保仪器处于良好状态；②观测应做到三固定，即固定人员、固定仪器、固定测站；③观测前应正确设定记录文件的存贮位置、方式，对精密水准仪的各项控制限差参数进行检查设定，确保附合观测要求；④应在无气浪状态下，确保标尺刻度清晰的条件下进行观测；⑤仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；⑥每测段往测和返测的测站书均应为偶数，否则应加入标尺零点差改正；⑦由往测转向返测时，两标尺应互换位置，并应重新整置仪器；⑧完成闭合或附合路线时，应注意电子记录的闭合或附合差情况，确认合格后方可完成测量工作，否则应查找原因直至返工重测合格。3.4.3建（构）筑物变形-68- 根据建（构）筑物不同的基础形式、结构形式、历史价值、功能特性、破坏后的社会影响及人员伤情况，需根据对建（构）筑物的现场调查及评估结果及专项设计要求，针对性确定对建（构）筑物的监测项目，《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）对建（构）筑物的监测项目要求见下表4。建（构）筑物的监测项目表4监测对象监测项目工程影响分区主要影响区次要影响区建（构）筑物竖向位移√√水平位移○○倾斜○○裂缝√○注：√——应测项目，○——选测项目。（1）监测目的1）建（构）筑物变形监测的主要目的是掌握建（构）筑物的实际形状，科学、正确、及时地分析和反映盾构法工程施工扰动对建（构）筑物的影响，对工程建（构）筑物的结构病害防治提供依据，在发生结构破坏事故时提供鉴定数据；2）建（构）筑物变形监测的意义主要表现在两个方面：首先是掌握工程建（构）筑物的稳定性，为安全运行诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，对变形机理的分析研究，完善工程设计理论，反馈设计以便改进设计模型。（2）埋点原则根据建（构）筑物基础形式及结构的自身特点以及城市轨道交通工程对其的影响程度，需根据建（构）筑物的现场调查及评估结果及专项设计要求，针对性地确定对建（构）筑物监测的补点，下面主要对基本原则进行阐述。1）建（构）筑物竖向位移监测点布设应能反映建（构）筑物的整体沉降及不均匀沉降情况，并符合下列要求：①监测点应沿建（构）筑物的外墙布设，外墙转角处及拐角处应有监测点控制。应沿外墙按10～30m间距或每隔2～3根承重柱布设；②在高低悬殊或新旧建（构）筑物连接处、不同结构分界处、变形缝、严重开裂处、不同基础形式和不同基础埋深的两侧布设监测点；③烟塔、水塔、高压电塔等高耸构筑物，应在其基础轴线上对称布设监测点，每一构筑物不应少于4个监测点；-68- ①风险等级较高的建（构）筑物应适当增加监测点数量。2）建（构）筑物水平位移监测点应布设在邻近隧道一侧的建（构）筑物外墙或承重柱上，在墙角、外墙中间、变形缝两侧以及其他有代表性的部位应布设监测点。3）建（构）筑物倾斜监测点布设应符合下列规定：①监测点宜布设在建（构）筑物角点、变形缝两侧的承重柱或外墙上；②监测点应沿主体结构顶部、底部上下对应布设，必要时中部加密监测点；③当由基础的差异沉降推算建（构）筑物倾斜时，监测点的布设应符合竖向位移监测点布设的相关规定；④每栋建（构）筑物倾斜监测点不宜少于2组，每组2个监测点。3）建（构）筑物裂缝宽度监测点布设应符合下列规定：①应根据裂缝的分布位置、走向、长度、宽度、深度、错台等参数，选取应力或应力变化较大部位的裂缝或宽度较大的裂缝布设监测点，监测裂缝宽度变化及发展趋势；②裂缝宽度监测点宜在裂缝的最宽处及裂缝首、末端按组布设，每组2个监测点，分别布设在裂缝两侧，且其连线垂直于裂缝。（3）监测作业1）建（构）筑物沉降常用几何水准测量方法、液体静力水准测量法进行监测，特殊建筑物也可采用数字近景摄影测量、三维激光扫描等方法进行。建（构）筑物水平位移、倾斜根据现场观测条件和要求，常用几何平面测量方法、激光铅直仪法、垂准法、倾斜仪法或差异沉降法等方法进行。建（构）筑物裂缝变化主要监测长度和宽度变化两项内容，宽度监测宜采用裂缝观测仪进行测读；或在裂缝两侧贴、埋标志，用千分尺或游标卡尺等设备直接量测；或用裂缝计、粘贴安装千分表等方法监测裂缝宽度变化。裂缝长度监测一般采用直接测量法。2）沉降①建（构）筑物沉降的基点、工作基点可与地表沉降水准监测网中的基点、工作基点共用。-68- 基准点不应受工程施工、降水及周边环境变化的影响，应设置在位移和变形影响范围以外、位置稳定、易于保存的位置，并应定期复测，复测周期视基准点所在位置的稳定情况而定。一般情况下，基准点可利用设计单位提供的测量控制点（与同步复测成果）。若无法利用设计单位提供的测量控制点可选择较稳定位置自行制作，见下图38：图38平面控制基准点埋设②建（构）筑物沉降测点标志根据不同监测对象采用不同的埋点形式，框架、砖混结构对象采用钻孔埋入标志测点，钢结构对象采用焊接式测点，特殊装修较好的对象采用隐蔽式测点形式。埋设形式见下图38：隐蔽式监测点外露式监测点图39建（构）筑物沉降监测点埋设示意图③-68- 水准测量是采用水准仪和水准尺测定待测物两点间高差的方法，通过在两点间安置水准仪，观测竖立在两点上水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。组成线路的水准测量是由水准基准点出发，沿选定的水准线路逐站测定各观测点的高程。图40建（构）筑物沉降监测建筑物沉降观测采用几何水准测量方法，使用精密水准仪进行观测。其技术要求及观测注意事项与地表沉降监测要求一致。3）水平位移和倾斜①测点标志埋设时应注意避开有碍设标与观测的障碍物；棱镜或反射片标志应面向基准点并埋设或粘贴牢固；测点埋设完毕后，应在附近做明显标记。②水平位移观测的目的是适时监测建筑物的水平位移量，能有效地监控建筑物的安全状况，并可根据实际情况采取适当的加固措施。水平位移监测控制网主要技术要求应符合《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）的有关规定。建（构）筑物水平位移变形观测成果计算时，一般平差后，先计算测点的坐标，再通过与初始状态的比较，分别计算其沿X、Y坐标轴方向的变形值，从而了解建（构）筑物的水平位移。也可根据建（构）筑物的形状以及其在坐标系中的方位情况，归算至沿建筑物长边和垂直于建筑物长边等不同方向的变形情况。线路平差计算方法与桩墙顶水平位移计算方法相同。③倾斜监测有投点法和差异沉降法等。投点法应采用满足精度要求的全站仪或经纬仪瞄准上部观测点，在底部观测点安置水平读数尺直接读取偏移量，正、倒镜各观测一次取平均值，并根据上、下观测点高度计算倾斜度。见下图41。-68- 图41倾斜观测测点标志埋设形式图差异沉降法应采用水准方法测量沉降差，经换算求得倾斜度和倾斜方向。已知建筑物基础结构上相邻的两点、（距离可量测），通过水准测量得到点、的沉降值、后，进行建筑物倾斜计算，见下图42所示。角即为所求建筑物产生的倾斜角。图42建(构)筑物倾斜计算示意图4）裂缝裂缝宽度变化监测常采用裂缝观测仪直接测读或在裂缝两侧贴、埋标志，用千分尺或游标卡尺等工具直接量测，应用上述方法原理及操作简单，但需注意以下几点：①每条裂缝的监测部位应至少包含两端、最大宽度处3处。②进行监测时，需保证裂缝观测仪、千分卡尺或游标卡尺每次测量同一位置。③每次应监测不少于3次且互差在允许范围的合格数据，取其平均值作为最终结果。-68- 选择结构裂缝典型部位进行监测，测点布置示意图见图43。图43裂缝宽度变化测点埋设及现场监测示意图3.4.4管片变形盾构隧道施工过程中，盾构开挖对地层的扰动和对地层的注浆都对周边岩土体产生影响，地层土体损失及再次固结必然导致隧道结构周边岩土体及周边的建（构）筑物产生一定的变形，同时，隧道自身受力条件改变也会产生沉降和水平位移。盾构隧道结构是由管片拼装而成，自身形状也会产生不同的位移，严重时会引起结构病害，影响使用功能或出现结构安全问题。所以在盾构施工过程中，必须对隧道本身变形（竖向位移和净空收敛）进行监测。（1）监测目的1）动态掌握盾构隧道结构的变形，验证施工引起的隧道沉降和水平位移是否控制在允许的范围内，以便采取必要的控制措施。2）形成预警机制，避免发生结构安全事故发生。（2）埋点原则隧道结构监测应在位移与内力最大位置、位移与内力变化最大部位及反映工程安全状态的关键部位等布设监测点。1）盾构始发与接受段、联络通道附近、左右线交叠或邻近、小半径曲线段、施工出现异常时、管片结构出现开裂等地段应布设监测断面。2）存在地层偏压、围岩软硬不均等地质条件复杂地段应布设监测断面。3）下穿或邻近重要建（构）筑物、地下管线、河流湖泊等周边环境条件复杂地段应布设监测断面。-68- 图44管片变形监测点示意图（3）监测作业管片变形监测方法有接触式和非接触式两种。①接触式监测。拱顶沉降监测是在拱顶测点上吊倒尺或倒挂钢尺，采用精密水准仪采用几何水准测量方法实测；洞周收敛监测是使用收敛计直接测量。图45拱顶沉降监测示意图计算方法为：通过测点不同时刻相对标高h，求出两次量测的差值△h，即为该点的下沉值，读数时应该读三次，然后取其平均值。将收敛计两端挂钩挂于测点环上，调整钢尺长度，使钢尺大致拉紧，然后将尺孔销插入钢尺上相应的孔位中，并用尺卡将钢尺紧贴联尺架，防止钢尺与尺孔销脱离；钢尺联接好后，旋进千分尺，使钢尺张力增加，当张力窗口中读数达到规定值时，即进行读数。读数完比，退回千分尺，使钢尺张力减小，然后再旋进千分尺，使钢尺张力增加，这样反复测量，读取三次读数，填入记录表内。-68- 图46净空收敛监测示意图收敛计算：Ut=(Bt－B0)－0.0000118×Ct×(Wt－W0)式中：Ut——t时刻收敛值（mm）Bt——t时刻表读数（mm）B0——初始表读数（mm）0.0000118——钢尺线涨系数Wt——t时刻气温℃Wt——初始气温℃Ct——t时刻钢尺读数（mm）Ct-1——换孔前钢尺读数（mm）②非接触式监测。所谓非接触监测是指在不接触被测目标点的情况下，获取被测点的空间位移信息的方法，而全站仪自由测站是指将全站仪置于适当位置，在置镜后的任意站心坐标系下，直接对被测目标点进行观测，获取其空间位置信息的方法。基于全站仪自由测站的隧道围岩变形非接触监测的原理为：在监控量测中，将全站仪置于隧道中线附近的适当位置，采用极坐标测量的方法，直接对不同断面上的各监测点标志进行观测，获取各监测点在任意站心坐标系下的空间三维坐标，再利用各监测点的空间三维坐标，间接计算得到同一断面上各监测点问的相对位置关系，并通过比较不同监测周期相同监测点间的相对位置关系的差异，来真实反映隧道施工期间的围岩净空收敛及拱顶下沉变化量。图47全站仪自由测站非接触监测示意图此外，还可以采用激光收敛计进行净空收敛监测。-68- 仪器及固定端目标靶图48暗挖隧道水平收敛监测示意图3.4.5地下管线变形为确保地下管线的运行安全及施工的顺利进行，在进行城市轨道交通工程施工中必须对施工区域附近的埋设管线进行变形监测，特别要加强对天然气（或煤气）管、供水、雨污水管、热力等带水、带压管线的监测，以有效指导施工、确保施工安全及管线安全，避免事故的发生。（1）地下管线的监测项目见表5:地下管线的监测项目表5监测对象监测项目工程影响分区主要影响区次要影响区地下管线竖向位移√○水平位移○○差异沉降√○注：√——应测项目，○——选测项目。（2）埋点原则1）监测点形式和布设位置应根据地下管线重要性、修建年代、类型、材质、管径、接口形式、埋设方式、使用状况，以及与工程的空间位置关系等综合确定。2）地下管线竖向位移监测点的布设间距宜为5～30m。3）监测点宜布设在地下管线的节点、转角点、位移变化敏感或预测变形较大的部位。4）地下管线宜布设直接监测点对管线变形进行直接监测；无法布设直接监测点时，可布设间接监测点对管线变形进行间接监测。5）隧道下穿污水、供水、燃气、热力等地下管线且风险较高时，应布设管线结构直接监测点及管侧土体间接监测点，进行竖向位移监测。6）水位位移监测点的布设位置和数量应根据地下管线特点和工程需要确定。-68- 7）地下管线密集、种类繁多时，应对重要的、抗变形能力差的、容易渗漏或破坏的管线进行重点监测。（3）监测作业地下管线监测中，通常进行竖向位移及差异沉降监测，个别情况下考虑进行水平位移监测。地下管线沉降及差异沉降监测中，所采用的监测方法主要为几何水准的方式，其基本原理、监测方法及要求等内容与建筑物沉降的要求相同。除对地下管线采用仪器定量监测外，在施工影响期间，尚需对地下管线进行日常巡查，以便于对地下管线安全状态有综合性的了解。1）地下管线现场安全巡查①首次巡查。在施工前对所要巡查的地下管线做首次巡查。首次巡查的重点是调查地下管线现状，巡查该管线周围有无地面裂缝、渗水及塌陷情况、检查井等附属设施的开裂以及井内有无积水或积水的深度等情况。有裂缝的地方做好标识，记录裂缝的位置、形态，用游标卡尺或裂缝读数显微镜测量并记录裂缝的宽度；井内有积水的要记录积水的深度以及积水来源。对在施工影响前已经出现的地面裂缝、井内积水等异常情况，采用拍照等方式进行影响资料存档。②日常巡查。巡查的内容包括：管线沿线地面开裂、渗水及塌陷情况；检查井等附属设施的开裂以及井内有无积水或积水的深度等情况。对在首次巡查中发现的既有裂缝测量其宽度并与初始宽度进行现场比较。发现地下管线持续漏水（气）、检查井内出现开裂或进水等异常情况及时通报。巡查过程中，拍照存档，并填写现场安全巡查表。在施工期间，应对周边管线进行每天至少一次的巡查，城市轨道交通工程和地下管线自身及其周边环境出现监测预警、变形突变或巡查异常，暴风雨、暴雪等恶劣天气条件下，需加强对管线的巡查工作。2）几何水准法监测管线沉降①监测点埋设方式：有检查井的管线应打开井盖直接将监测点布设到管线上或管线承载体上；无检查井但有开挖条件的管线应开挖暴露管线，将监测点直接布设到管线上；无检查井也无开挖条件的管线可在对应的地表埋设间接监测点，对于具有特殊风险，或特殊重要的管线，需布设于管侧；在管线上布设监测点时，对于封闭的管线可采用抱箍式埋点，对于开放式的管线可在管线或管线支墩上做监测点支架。-68- 图49地下管线位移杆式直接监测点图50地下管线管侧土体监测点1-地面；2-保护井；3-套管；-4-测杆；5-保护管；6-管线；7-混泥土块；K1-保护井盖直径；K2-保护井壁厚度；K2-井垫圈宽；K4-保护管与管线距离②管线沉降监测点埋设时应注意准确调查核实管线位置，确保测点能够准确反映管线变形，采用钻孔埋设方式测点埋设前应探明有无其他管线，确保埋设安全。3.4.6土体分层沉降及深层水平位移（1）监测目的由于实际施工中，隧道处于埋深、地层、施工工艺等条件存在差异，施工影响的土体范围和影响程度均不同，为此在盾构隧道掘进过程中需对典型区域内的地层进行土体分层沉降及深层水平位移监测。土体分层沉降点一般布设于线路正上方，较地表沉降更能直观了解到深部土层的变形情况，更能有效地诊断施工状态和工艺参数，来分析盾构推进中对土体的扰动引起的位移以及研究减少扰动的对策。（2）埋点原则土体分层沉降及深层水平位移监测项目一般布设于主监测断面、穿越重要建（构）筑物前实验段内、地质条件变换处等位置，为修正盾构施工参数、减小施工扰动提出数据基础。（3）监测作业土体分层沉降与深层水平位移监测均需在隧道上方或两侧进行钻孔，孔内埋设相应仪器进行观测，两者可共用一个测管。1）土体分层沉降监测采用钻孔内布设磁性分层沉降仪的方法进行。-68- ①仪器由侧头、三脚架、钢卷尺和沉降管组成，见图50。②埋入土体的沉降管要按设计需要隔一定距离设置一磁环，当土体发生沉降时该环也同步沉降，利用电磁探头测出沉降后磁环的位置，与初始位置相减，即可算出测点的沉降量。图51电磁式沉降仪1-测尺；2-侧头；3-回填土；4-伸缩式接管；5-铁环；6-天然土；7-灌浆；8-测杆；9-显读测尺；10-基准环③测量时，拧松绕线盘后面的止紧螺丝，让绕线盘转动自由后，按下电源按钮(电源指示灯亮)，把测头放入导管内，手拿钢尺电缆，让测头缓慢地向下移动，当测头接触到土层中的磁环时，接收系统的音响器会发出连续不断的蜂鸣叫声，此时读写出钢尺电缆在管口处的深度尺寸，这样一点一点地测量到孔底，称为进程测读，用字母Ji表示，当在该导管内收回测量电缆时，也能通过土层中的磁环，接受到系统的音响仪器发出的音响，此时也须读写出测量电缆在管口处的深度尺寸，如此测量到孔口，称为回程测读，用字母Hi表示。该孔各磁环在土层中的实际深度用字母Si表示.其计算公式为：Si=(Ji+Hi)/2式中i——为一孔中测读的点数,即土层中磁环的个数；Si——i测点距管口的实际深度(㎜)；Ji——测点在进程测读时距管口的深度(㎜)；Hi——i测点在回程测读时距管口的深度(㎜)；-68- 2）土体深层水平位移监测采用测斜仪进行监测。当测管埋深低于隧道底部标高时，可将管底作为初始不动点，埋设在隧道顶部的测管一般以管顶作为不动点，但必须测量管顶的水平位移值并进行修正。①测斜仪由4大部分组成：探头（装有重力式测斜传感器）；测读仪（测读仪是二次仪表，需和侧头配套使用，其测量范围、精度和灵敏度，根据工程需要而定）；电缆（连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用，同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离。）；测斜管（一般由塑料管或铝合金制成。常用直径为50～75mm，长度每节2～4m。管口接头有固定式和伸缩式两种，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，侧头导轮在导槽内可上下自由滑动。）图52测斜仪示意图②测斜管应在工程开挖前15～30天埋设完毕，在开挖前的3～5天内复测2～3次。待判明测斜管已处于稳定状态后，取其平均值作为初始值，开始正式测试工作。每次监测时，将探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底。待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。一般以管口作为确定测点位置的基准点，每次测试时管口基准点必须是同一位置，按探头电缆上的刻度分划，均速提升。每隔500mm读数一次，并做记录。待探头提升至管口处。之后将仪器旋转180°，再按上述方法测量，以消除测斜仪自身的误差。③通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，探头两对导轮间距500mm，以两对导轮之间的间距作为一个测段。每一测段上、下导轮间相对偏差量δ可通过下式计算得到：式中——上、下导轮间距；-68- θ——探头敏感轴与重力轴夹角。测段n相对于起始点的水平偏差量Δn，由从起始点起连续测试得到的累计而成，即：图52测斜管形状曲线图式中δ0——起始测段的水平偏差量（mm）；Δn——测点n相对于起始点的水平偏差量（mm）。3.4.7管片受力管片受力监测主要包括管片衬砌与地层的接触应力监测和管片内力监测。（1）管片衬砌与地层的接触应力监测管片衬砌和地层的接触应力是管片衬砌背后土体传递给管片衬砌结构的压力与盾构隧道管片衬砌完成后，衬砌背后土体中应力重分布引起的土体内部压力，又称土压力。1）监测目的管片衬砌和地层的接触应力监测及管片内力监测、管片外侧的孔隙水压力等监测数据相结合分析，为全面掌握管片结构的受力情况，进行盾构施工反演分析计算提供原始数据，与设计采用值比照参考，检验设计的模型与截面内力计算正确性。地质条件较差地段、上部荷载较大部位以及双线盾构隧道近距离施工后，施工的隧道会对已完成的盾构隧道产生较大扰动，这些情况下对管片衬砌和地层接触应力监测较为重要。2）埋点原则①管片衬砌和地层的接触应力监测即土压力监测一般选择在管片背面埋设土压力计的方法，土压力计的外膜应与管片背面保持在一个平面上。②根据工程具体情况选择土体应力变化最大或地质条件最不利等典型断面布置。在双线隧道近距离施工的工程中，选择相距较近的有代表性的管片环的位置布设监测剖面。在近距离下穿建（构）筑物的盾构施工工程中，选择对建（构）筑物影响较严重的管片环的位置布设监测剖面。③每一环向剖面上布设测点数量不少于5个，-68- 并宜与地表沉降的横剖面对应布置。每一环向剖面上一般布设6个测点，测点布置一般沿隧道纵向顶、底部及左、右两侧拱腰部的管片上各布设1个测点，在距离已完成隧道或者建（构）筑物较近的象限（2个）45°位置各布设1个测点。见图53。图53布置示意图④管片衬砌与地层的接触应力监测有管片加工时预埋和完成隧道后埋设两种形式。对于因双线盾构隧道近距离施工（包括水平近距离、垂直近距离、线路近距离交叉）对已完成盾构隧道的管片衬砌和地层的接触应力监测点埋设，可选择在已完成盾构隧道管片衬砌结构背后利用原有注浆孔埋设土压力计的方法进行。而对于近距离穿越建（构）筑物和为验证设计或为研究而进行的管片衬砌和地层的接触应力监测，可选择在管片制作中预埋土压力计的方法埋设。3）监测作业管片衬砌与土层接触应力监测方法根据土压力计的种类可分为钢弦式土压力计测读法和电阻应变式土压力计测读法。图54钢弦式土压力计和电阻应变式土压力计①钢弦式土压力计根据埋设方法不同分为介质土压力计测读法和界面土压力计测读法。介质土压力计是埋在土体介质中，用来测量土体压应力的土压力计；边界式土压力计是安装在管片衬砌外表面，受压面面向土体，测量接触压力。土压力计埋设于于土压力变化的部位即压力曲线变化处，用于监测界面土压力。②电阻应变式土压力计又分为单膜片土压力计测读法和双模片土压力计测读法。埋设时要求土压力计的受压面向外（与隧道土层接触），并保证受压面与管片外表面平齐。-68- 埋设土压力计时，首先把土压力计按设计的位置固定到管片钢筋笼的外表面上，然后将土压力计的正面（敏感膜）用保护板盖住。管片钢筋笼放入钢模时，应确保土压力计外侧的保护板与钢模贴紧，土压力计连接导线从管片预埋注浆孔引出，并注意使土压力计表面与管片模具外弧平齐。（2）管片内力监测1）监测目的盾构隧道管片衬砌结构是主要由管片、连接螺栓通过错缝或通缝的方式拼装而成的圆筒形结构，管片间的接缝处还设置各种防水材料，因此，即使在沿纵向不变的外荷载作用下，其内力状态也是三维的空间分布。因此对管片内力的监测主要监测每环管片间接缝位置及相邻环管片间的应力。管片内力是盾构应力监测的重要内容，通过对管片内力监测可以掌握隧道结构安全度，与管片衬砌和地层接触应力监测一起构成盾构施工应力监测，亦是验证设计和调整合理的盾构施工参数的重要依据。2）埋点原则管片内力监测测点与管片衬砌和土层接触应力监测项目布置原则与布设数量一致，且位于同一位置。根据工程具体情况选择土体应力变化最大或地质条件最不利等典型断面布置，每一环向断面不少于6个测点，并宜与地表沉降的横断面、管片衬砌和地层的接触应力监测对应布置。3）监测作业管片内力监测与管片衬砌和地层接触应力监测项目类似，有管片加工时预埋钢筋应力计和完成隧道后埋表面应变计两种形式。图55钢筋应力计-68- 图56表面应变计此外，目前在纵多规程和规范下，甚至有些是相互矛盾的，那我们怎么实施呢，我这里梳理了一些，供大家参考：1)根据设计图和现场实际情况，实时调整监测方案，必要时进行四方会议或专家评审，使所测监测项目（包括监测频率）要反应出监测对象的变形状况；2)一般情况对于盾构施工监测，建（构）筑物、地表沉降是必测的；3)特殊情况下应制定专项监测方案，如遇穿越重大风险源工程时，必须加密测点和频率，对下穿河流、桥梁、既有线、旧房、古建筑等；4)对于盾构区间洞内测试项目，一般只能测试掘进面后方30m左右的管片变形，设为选测项目，但不是不测项目，一定要根据现场实际条件和要求进行测试。3.5控制值及预警管理工程监测是城市轨道交通工程安全风险评判和预警的基础和关键内容，需加强工程监测预警技术和预警管理两方面的研究，研究反映工程自身和周边环境安全的具体监测预警指标，建立畅通有效的预警上报和反馈机制，以指导国内轨道交通建设的监测预警管理，形成科学决策和严密管理的安全预警体系。（1）国家或地区规范1）城市轨道交通工程监测技术规范（GB50911-2013）；2）建筑变形测量规范（JGJ8-2007）；3）建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）4）地铁工程监控量测技术规程（DB11/490-2007）；5）盾构法隧道施工与验收规范GB50446-2008；6）《富水砂卵石地层地铁区间隧道盾构法施工管理规程（试行）》成都地铁公司2012年8月。（2）相关管理办法及细则-68- 1)中铁成投［2013］26号《成都地铁BT项目盾构施工管理办法（试行）》文件；2)中铁成投［2012］86号《成都地铁BT项目施工监测实施细则》和《成都地铁BT项目施工巡视实施细则》文件。3）成地铁建〔2014〕88号《成都地铁建设工程监控量测管理办法》文件3.5.1控制值（1）建（构）筑物控制指标汇总，见表6。　　　　　　　　　　建（构）筑物控制指标　　　　　　　　　　　　表６国标或地区指标描述国标砌体承重结构基础的局部倾斜0.002；工业与民用建筑相邻柱基的沉降差0.0007～0.005l；单层排架结构柱基的沉降量-120mm；多层和高层建筑物的整理倾斜0.002～0.004；高层建筑基础平均沉降量-200mm。北京多层建筑物长期最大沉降量30～120mm；高层建筑物倾斜0.0015～0.002；长期最大沉降量-60～-120mm。上海允许最大沉降-20～-60mm，速率1～3mm/d；多高层基础倾斜0.0015～0.004；高耸结构基础倾斜0.002～0.008；设计值一般允许最大沉降-10～-30mm成都地铁BT项目控制值允许最大沉降-20mm，速率3mm/d；建筑物倾斜0.002。此外，在《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）中，对无地方工程经验时，对于风险等级较低且无特殊要求的一般建（构）筑物，沉降控制值宜为10mm～30mm，变化速率控制值宜为1mm/d～3mm/d，差异沉降控制值宜为0.001Ｌ～0.002Ｌ（Ｌ为相邻基础的中心距离）。（2）地下管线控制指标汇总，见表７。-68- 　　　　　　　　　　地下管线控制指标汇总　　　　　　　　　　　表７国标或地区指标描述国标煤气管道累计沉降值10～30mm，变化速率2mm/d，差异沉降0.3%Lg雨污水管累计沉降值10～20mm，变化速率2mm/d，差异沉降0.25%Lg；供水管累计沉降值10～30mm，变化速率2mm/d，差异沉降0.25%Lg。（Lg管节长度，燃气管道的变形控制值适用于100mm～400mm的管径）天津煤气管线允许沉降-10mm，其他管线-20mm。上海煤气、供水管线允许沉降-10mm，2mm/d；电缆、通讯管线允许沉降-10mm，5mm/d；其他管线-20mm。武汉煤气管线允许沉降或水平位移10mm，连续三天2mm/d；供水管线允许沉降或水平位移30mm，连续三天5mm/d。广州承插式接头的铸铁、钢筋混凝土水管局部倾斜0.0025；焊接接头的水管局部倾斜0.006；焊接接头的煤气管局部倾斜0.002。设计值-20~-40mm,一般-30mm。成都地铁BT项目控制值允许最大沉降累计值-10mm；速率2mm/d（煤气、供水等），3mm/d（电缆、通讯等）。（3）盾构法地表沉降控制指标1）《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）中的盾构法隧道地表沉降监测项目控制值要求，见表8。盾构法隧道地表沉降监测控制值表8监测项目及岩土类型工程监测等级一级二级三级累计值（mm）变化速率（mm/d）累计值（mm）变化速率（mm/d）累计值（mm）变化速率（mm/d）地表沉降坚硬～中硬土10～20320～30430～404中软～软弱土15～25325～35435～455地表隆起103103103-68- 注：本表主要适用于标准断面的盾构法隧道工程。成都砂卵石地层应该划到5级围岩，偏软岩，工程等级按二级划分，按规范，地表沉降累计值控制值就应该在25～35mm，速率4mm/d。2）其他。其他地方或地区规范要求，见表9。其他地方或地区规范要求表9国标或地区指标描述北京允许沉降-30～+10mm，速率3mm/d。上海允许沉降-30～+10mm，速率3mm/d。设计值允许沉降-30～+10mm，速率3mm/d。成都地铁BT项目控制值允许沉降-30～+10mm，速率3mm/d。（3）盾构法隧道管片变形监测项目控制值1）《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）中的盾构法隧道管片变形监测项目控制值要求，见表10。盾构法隧道管片结构竖向位移、净空收敛监测项目控制值表10监测项目及岩土类型累计值(mm)变化速率(mm/d)管片结构沉降坚硬～中硬土10～202中软～软弱土20～303管片结构差异沉降0.04%Li—管片结构净空收敛0.2%D3注：Ls—沿隧道轴向两监测点间距，D—隧道开挖直径。2）中铁城投地铁BT项目监测控制值盾构法隧道洞内监测项目控制值表11监测项目累计值和单日变形量净空收敛累计值：30mm；单日变形量：5mm拱顶下沉累计值：30mm；单日变形量：5mm3）北京市地方标准《地铁工程监控量测技术规程》DB11/490规定地铁盾构法施工监控量测控制标准见表12。地铁盾构法施工监控量测控制标准表12监测项目允许位移控制值U0（mm）位移平均速率控制值（mm/d）位移最大速率控制值（mm/d）拱顶沉降2013注：位移平均速率为任意7d的位移平均值；位移最大速率为任意1d的最大位移值。-68- （4）穿越城市桥梁控制指标汇总，见表13。穿越城市桥梁控制指标汇总表13国标或地区指标描述国标对于静定结构，墩台均匀沉降量不得超过50mm，相邻墩台不均匀沉降量之差不得超过20mm；对于静定结构不静定结构，其相邻墩台不均匀沉降量之差的容许值还应根据沉降对结构产生的附加影响来确定。设计值允许沉降-30～+10mm，速率3mm/d。成都地铁BT项目控制值允许沉降-30～+10mm，速率3mm/d。(5)穿越地铁、铁路既有线控制指标《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）中有关于城市轨道交通既有线隧道结构变形控制值和既有铁路路基沉降控制值的要求，见下表14和15。城市轨道交通既有线隧道结构变形控制值表14监测项目累计值（mm）变化速率（mm/d）隧道结构沉降3～101隧道结构上浮51隧道结构水平位移3～51隧道差异沉降0.04%Li—隧道结构变形缝差异沉降2~41注：Ls—沿隧道轴向两监测点间距。既有铁路路基沉降控制值表15监测项目累计值（mm）变化速率（mm/d）路基沉降整体道床10～201.5碎石道床20～301.53.5.2预警管理（1）成地铁建〔2014〕88号《成都地铁建设工程监控量测管理办法》文件。-68- 警情等级划分、报告、处置、消警要求一览表警情等级状态描述报送范围报送时限报送方式处置备注黄色预警1、实测累计值达到控制指标的2/3且变化速率达到控制值2、监测工程师判断伴有“危险情况”(见下注)出现，将进行黄色预警1.施工（含投融资总承包方安全质量主管负责人）、监理2.工程主管部门正副部长、经理、业主代表3.安全质量部正副部长、安全管理人员、监测主管人员2小时内短信监理组织各方分析、处置险情情况：①监测数据达到预警值的累计值。②基坑支护结构支护或锚杆体系出现较大的变形、压曲、断裂、松弛或拔出迹象。③盾构区间上方地表为交通干道，出现下沉或地表拉裂趋势，或可能造成不良社会影响。④建筑物出现新裂缝或者所监测的裂缝有发展趋势或者建筑物不均匀沉降达到规范或图纸要求的数值。⑤监测单位应根据实际情况及时对监测数据和巡视结果进行综合分析，当发现有其它危险情况时，也应及时预警。突发安全隐患：①监测数据突然达到红色预警值，并有继续发展下去的趋势。②基坑支护结构或者周边土体的位移值突然明显增大或基坑出现流沙、管涌、隆起、陷落或者较严重的渗漏等现象。③周边建筑的结构部分或者周边出现较严重的突发裂缝或危害结构的的变形裂缝。④周边管线监测数据突然明显增长或者出现裂缝、泄漏等。⑤盾构区间上方地表出现局部坍塌，或造成不良社会影响。⑥建筑物监测数据突然明显增长或者出现裂缝。⑦根据当地工程师经验判断，出现其它必须进行突发安全隐患预警的情况.橙色预警1、变化速率连续二次达到控制值，第二次进行橙色预警2、实测累计值达到控制值且变化速率达到控制值2/3进行橙色预警。3、监测工程师判断伴有“危险情况”(见下注)出现，将进行橙色预警1.施工（含投融资总承包方安全质量主管负责人）、监理、设计2.建设分公司副总3.工程主管部门正副部长、经理、业主代表4.安全质量部正副部长、安全管理人员、监测主管人员1小时内电话+短信工程主管部门部长组织现场分析、处置红色预警实测累计值和变化速率均达到控制值，并监测工程师判断伴有“危险情况”(见下注)出现。1.施工（含投融资总承包方安全质量主管负责人）、监理、设计2.建设分公司总经理、副总3.工程主管部门正副部长、经理、业主代表4.安全质量部正副部长、安全管理人员、监测主管人员即刻电话+短信建设分公司分管生产副总组织现场分析、处置紧急预警指未经过前三个预警中任意一次预警而伴有“危险情况”或“突发安全隐患”或者在没有监控点的部位出现“突发安全隐患”（见下注）。1.施工（含投融资总承包方安全质量主管负责人）、监理、设计2.建设公司总经理、副总3.工程主管部门正副部长、经理、业主代表4.安全质量部正副部长、安全管理人员、监测主管人员即刻电话+短信建设分公司总经理组织现场分析、处置-68- （2）中铁成投［2012］86号《成都地铁BT项目施工监测实施细则》和《成都地铁BT项目施工巡视实施细则》文件。预（报）警等级预（报）警状态描述监测管理机制应对措施黄色预警累计值达到控制基准的60%；或单日变形量达到控制基准；或在现场巡视显示工程结构及周边环境存在安全隐患在现场将预警信息采用“短信”2小时内告知指挥部驻地工程师、监理单位、施工方等；随后及时将反应本次预警信息的《施工监测联系单》提交至上述单位签收；各监测单位应加强监测。施工单位开展加强预警点附近的工程结构、建（构）筑物及地下管线的检查，有必要时必须采取应急防范、加固措施橙色预警累计值达到控制基准的80%或单日变形量连续两次达到控制基准时；或在现场巡视显示工程结构及周边环境存在较严重安全隐患在现场将预警信息采用“电话+短信”1小时内告知分指挥部领导及主管部门、驻地工程师、监理单位、施工方等；随后及时将反应本次预警信息的《施工监测预警报告》提交至上述单位签收；各监测单位加密监测，并加强对工程结构及周边环境动态的观察分指挥部领导立即组织各参建单位召开会议，讨论调整施工工艺或加强工程措施处理。红色报警累计值达到控制基准的100%或单日变形量连续三次达到控制基准时；或在现场巡视显示工程结构及周边环境存在严重安全隐患在现场将预警信息采用“电话+短信”即刻告知指挥部领导、分指挥部领导、主管部门、驻地工程师、监理单位、施工方和地铁公司主管部门等；随后及时将反应本次报警信息的《施工监测报警报告》提交至上述单位签收；各监测单位监测频率调整为不间断监测，并加强对工程结构及周边环境动态的观察暂停施工，指挥部及工程部立即启动应急管理预案，组织各参加单位召开会议，讨论加强工程措施处理。3.6监测反馈盾构法隧道施工过程中，为保证施工和周边环境安全，需要建立一套严密、科学的监测体系，在施工过程中对工程支护结构和周边环境对象开展监测工作，及时分析、判断、预测施工中可能出现的情况，并采取相应的安全控制措施，将施工对周边环境对象的影响程度降到最低，实现盾构法隧道信息化施工。监测成果整理和信息反馈工作是盾构法施工监测的核心技术内容，信息反馈的主要目的如下：（1）将施工监测的盾构结构稳定状况及时提供给业主、监理、设计和施工单位，以便于采取有效的控制措施，确保盾构法隧道施工的安全；-68- （2）根据施工监测获得周边建（构）筑物、城市桥梁、地下管线和城市轨道交通既有线等环境对象的变形、变化情况，判断施工对周边环境对象的影响程度和周边环境对象自身的安全状态，以制定合理的环境对象保护措施；（3）为城市轨道交通地下工程信息化设计与施工工作积累资料，提高地下工程的设计和施工水平。3.6.1监测数据处理与分析（1）现场监测工作会受自然环境条件变化（气候、天气等）和人为因素（施工损坏监测点等）的影响，仪器监测成果可能因为监测仪器、设备、元器件和传感器等问题出现偏差，当传感器受施工影响出现故障或损坏时，可能给出错误的监测数据。因此，完成现场监测后，应对各类资料进行整理、分析和校对。当发现监测数据波动较大时，应分析是监测对象实际变化还是监测点或监测仪器问题所致。难以确定原因时，应进行复测，防止错误的监测数据影响监测成果的质量。因此，取得现场监测资料后，应及时对监测资料进行整理、分析和校对，监测数据出现异常时，应分析原因，并宜进行现场核对或复测。（2）通常采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。（3）施工期间一般绘制监测数据随时间变化的规律曲线——时态曲线（或散点图），并在时态曲线图上注明关键施工工序等，以便对工程结构的变形、受力状态进行分析，指导设计和施工。一般而言，当某段曲线接近水平时，说明该被监测对象在该段时间内处于稳定或基本稳定状态；如曲线逐渐向上抬起或向下弯曲则说明该处岩土体有所变化，而且曲线变化越陡说明其变化越激烈。但如果曲线发生突然变化，那么这一现象有可能是即将塌方的重要前兆。时间-位移曲线和距离-位移曲线的正常曲线和反常曲线见下图57。-68- 图57时间-位移曲线和距离-位移曲线正常与反常趋势图正常曲线中位移的变化随时间和掌子面距离向前推进而渐趋稳定，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的；反常曲线中出现了反弯点，说明位移出现反常的急剧增长现象，表明围岩和支护结构已呈不稳定状态，应立即采取相应措施，并加强监测频率，以确保安全。3.6.2监测工作成果及信息反馈在监测过程中，实时对监测数据进行整理和分析，以报告的形式送达有关各方（业主代表、监理、施工等）。工程结束后，提交完整的监测总报告及电子文档。（1）监测报告根据监测时间阶段和监测结果报告的及时性可分为警情快报（或险情报告）、日报、周报、月报、阶段性报告和总报告。各类监测报告均应采用文字、表格、图形、照片等形式，表达直观、明确。表格、图形等“形象化、直观化”的表达形式可以表示出监测对象的安全状态变化情况，以便于相关人员及专家的分析与判断。各技术报告的主要内容如下：1）监测日报①本日现场施工概况及现场巡视记录汇总；②本日各监测项目的量测数据分析成果：监测变量的增量、变化速率、累计值等，并与监测预警指标比对，确定是否有超过监测预警指标的监测点；③对本日各监测项目应有正常、异常或危险的判断性结论及施工建议。2）监测周报①本周现场施工概况、本周现场巡视记录汇总；②本周各监测项目的量测数据分析成果：监测变量的增量、变化速率、累计值等，并与监测预警指标比对，确定是否有超过监测预警指标的监测点；-68- ③对本周各监测项目应有正常、异常或危险的判断性结论及施工建议；④根据本周监测成果和现场施工实际情况，作出相应的预测分析。3）监测月报①监测项目及测点布置图、本月现场施工概况、本月现场巡视记录汇总；②各监测变量的时态曲线（包含速率时态曲线和累计值时态曲线）；③对本月各监测项目应有正常、异常或危险的判断性结论及施工建议；④根据本月监测成果和现场施工实际情况，作出相应的预测分析。4）总结报告（或阶段性报告）①工程概况；②监测目的、监测依据；③监测项目及监测点布置图；④监测设备、监测方法；⑤监测频率、监测控制基准、预警值及管理等级；⑥监测信息反馈和工程对策；⑦监测项目的全过程的变化分析及整体评述；⑧监测工作结论与建议。5）施工监测险情报告及联系单当各监测项目监测数值超过设计文件、规范、规程所定控制标准值的60%,或单日变形量达到控制基准时，施工监测单位应向有关单位和部门发出《施工监测联系单》,监测单位应加强对工程结构及周边环境动态的观察并应加强监测，随时掌握变形情况，直到变形趋于稳定。有关单位在收到监测单位报送的《施工监测联系单》后，应积极采取相应技术措施，控制变形趋势的发展。施工方应加强对预警点附近的工程结构、建（构）筑物及地下管线的检查，有必要时必须采取应急措施。当各监测项目监测数值超过设计文件、规范、规程所定控制标准值的80%时，施工监测单位应向有关单位和部门发出《橙色险情报告》。并应加强监测，随时掌握变形情况，直到变形趋于稳定。有关单位在收到监测单位报送的《橙色险情报告》后，应积极采取相应技术措施，控制变形趋势的发展。当监测数值达到控制标准值时，施工监测单位应向有关单位和部门发出《红色报警报告》，在收到监测单位报送的《红色报警报告》-68- 后，应暂停施工，积极主动的与设计人员和驻地监理进行沟通，组织相关部门人员讨论、分析原因，制定处理方案及相应措施，并在最短时间内予以实施，确保工程安全。同时，应及时将所定方案、采取的措施以及处理效果等向建设指挥部报告。报告内容：①现场施工概况；②异常监测值：监测变量的变化速率、累计值、变化趋势等，按照监测管理等级指标进行工程险情预警；③出现异常的监测值的原因分析；④主要结论和施工建议等。（2）在工程施工中，需要进行反馈分析的内容多，信息量大，实际应用时，可根据工程具体要求有选择地进行反馈工作。1）对工程施工的反馈。根据对监测数据和监测结果的分析处理，及时变更过施工方案，以加快或减缓工程进度，必要时增加辅助施工措施，采取合理技术措施，确保工程的安全性和经济性，从而达到施工优化的目的。2）对工程设计的反馈。根据对工程监测资料的分析处理，修正设计中的围岩物理力学参数；修订应力、渗水压力、围岩压力等基本荷载；修改设计中的变形控制警戒值、安全监测方法和监控判据指标，并采取合理的技术处理措施，即进行信息化施工。-68- 图58监测信息反馈流程图-68-