盾構施工地表沉降量動態(tài)監(jiān)測方法引言盾構施工以其對周邊環(huán)境影響相對較小、施工效率高、自動化程度高等優(yōu)勢，在城市地下軌道交通、綜合管廊、市政隧道等工程中得到了廣泛應用。然而，盾構機在地下掘進過程中，不可避免地會對周圍巖土體產(chǎn)生擾動，進而可能引發(fā)地表沉降。這種沉降若控制不當，輕則影響路面平整度，重則可能導致周邊建（構）筑物開裂、地下管線破損，甚至引發(fā)安全事故。因此，對盾構施工過程中的地表沉降量進行精準、高效的動態(tài)監(jiān)測，及時掌握沉降發(fā)展趨勢，是確保工程安全、保護周邊環(huán)境的關鍵環(huán)節(jié)。本文將系統(tǒng)闡述盾構施工地表沉降量動態(tài)監(jiān)測的核心方法與技術要點。一、監(jiān)測原理與影響因素分析（一）基本原理盾構施工引起的地表沉降是一個復雜的時空過程，其本質是由于盾構機開挖面失穩(wěn)、地層損失、盾尾空隙、管片變形及后期土體固結等多種因素共同作用，導致地層應力釋放和位移傳遞至地表的結果。動態(tài)監(jiān)測的核心在于通過布設一定數(shù)量的監(jiān)測點，利用專業(yè)儀器設備定期或實時采集這些點的高程變化數(shù)據(jù)，從而分析沉降的大小、速率、分布特征及發(fā)展趨勢。（二）主要影響因素在制定監(jiān)測方案前，需充分分析影響地表沉降的主要因素，以便針對性地布設監(jiān)測點和確定監(jiān)測頻率。這些因素主要包括：1.地質條件：地層巖性、土的物理力學性質（如含水量、密度、壓縮性、滲透性）、地下水位等。2.盾構參數(shù)：土艙壓力、推進速度、刀盤轉速與扭矩、出土量、同步注漿壓力與注漿量、管片拼裝質量等。3.隧道埋深與直徑：通常埋深越大，地表沉降越?。恢睆皆酱?，影響范圍越廣。4.施工工序：如盾構機進出洞、轉彎、變坡等特殊工況。5.周邊環(huán)境：既有建（構）筑物基礎類型、結構剛度、地下管線分布及其埋深等。二、動態(tài)監(jiān)測內容與技術方法地表沉降動態(tài)監(jiān)測是一個系統(tǒng)性的工作，其內容不僅包括沉降量的測量，還涉及對影響沉降的關鍵施工參數(shù)和環(huán)境因素的監(jiān)測。（一）監(jiān)測內容1.地表沉降量：這是核心監(jiān)測指標，通常沿隧道軸線方向及橫向設置監(jiān)測斷面，測定各監(jiān)測點的絕對沉降值和相對沉降差。2.沉降速率：通過連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算，反映沉降發(fā)展的快慢，是判斷沉降是否穩(wěn)定及預警的重要依據(jù)。3.影響范圍：確定沉降槽的寬度和形態(tài)，評估對周邊環(huán)境的影響程度。4.相關施工參數(shù)：同步監(jiān)測盾構推進參數(shù)（如土壓、推力、推進速度）、出土量、注漿量與壓力等，用于分析沉降原因，優(yōu)化施工參數(shù)。（二）主要技術方法目前，地表沉降監(jiān)測方法多樣，各有其適用條件和優(yōu)缺點，實際工程中常采用多種方法組合，以提高監(jiān)測精度和可靠性。1.精密水準測量：*原理：利用水準儀提供的水平視線，通過測定豎立在地面點上水準尺的讀數(shù)，計算兩點間的高差，進而推算各監(jiān)測點的高程變化。*特點：傳統(tǒng)經(jīng)典方法，精度高（可達毫米級），結果可靠，是沉降監(jiān)測的基準方法。但勞動強度較大，受外界環(huán)境（如天氣、通視條件）影響較大，難以實現(xiàn)真正的實時動態(tài)監(jiān)測，適合作為周期性監(jiān)測的主要手段。*應用：適用于所有工況，尤其在對監(jiān)測精度要求極高的區(qū)域。2.全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）監(jiān)測：*原理：通過接收多顆衛(wèi)星信號，解算監(jiān)測點的三維坐標，進而得到其沉降量。*特點：可全天候、全天時作業(yè)，自動化程度較高，能實現(xiàn)厘米級甚至毫米級精度（采用靜態(tài)或實時動態(tài)RTK/PPK技術），布設靈活，可獲取三維位移信息。但易受遮擋（如高樓、樹木）影響，在城市復雜環(huán)境下精度可能降低。*應用：適用于開闊區(qū)域、長距離線路或作為水準測量的補充，可實現(xiàn)準實時監(jiān)測。3.測斜儀監(jiān)測：*原理：將測斜管預先埋入地層中，通過測斜儀探頭沿測斜管內壁的導向槽滑動，測量不同深度處的傾斜角，計算地層水平位移和沉降。*特點：可獲取地層內部不同深度的位移剖面，了解沉降的深層發(fā)展情況。*應用：常用于監(jiān)測深層土體位移對地表沉降的影響，或臨近基坑、建筑物基礎的變形。4.自動化監(jiān)測系統(tǒng)：*原理：集成了傳感器（如靜力水準儀、傾角儀、GNSS接收機等）、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理與分析平臺。傳感器實時采集數(shù)據(jù)，通過有線或無線方式傳輸至后臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理、存儲、顯示和預警。*特點：可實現(xiàn)真正的實時或近實時動態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集頻率高，能及時捕捉沉降突變，大大減少人工干預，提高監(jiān)測效率和響應速度。初期投入相對較高。*應用：適用于對沉降敏感區(qū)域、重要建（構）筑物或施工關鍵階段的連續(xù)動態(tài)監(jiān)測。例如，基于靜力水準儀的自動化沉降監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)多點同步高精度監(jiān)測。5.合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）技術：*原理：利用衛(wèi)星或機載雷達獲取同一區(qū)域不同時間的雷達影像，通過干涉處理得到地表的微小形變信息。*特點：覆蓋范圍廣，空間分辨率較高，可全天候監(jiān)測，能獲取大范圍地表沉降的宏觀分布特征。但對數(shù)據(jù)處理技術要求高，易受大氣延遲、植被覆蓋等因素影響，一般作為區(qū)域沉降趨勢分析和重點區(qū)域篩查的手段，難以完全替代地面實測。三、監(jiān)測方案設計與實施一個科學合理的監(jiān)測方案是確保監(jiān)測工作順利進行并獲得可靠數(shù)據(jù)的前提。（一）監(jiān)測點布設原則1.代表性：監(jiān)測點應布設在沉降可能發(fā)生的關鍵位置，如隧道軸線正上方、建筑物基礎、地下管線沿線等。2.系統(tǒng)性：沿隧道軸線方向（縱向）和垂直于軸線方向（橫向）布設監(jiān)測斷面?？v向斷面間距根據(jù)地質條件、施工階段和沉降速率確定；橫向斷面寬度應覆蓋預計沉降影響范圍，通常為隧道直徑的數(shù)倍。3.經(jīng)濟性：在滿足監(jiān)測精度和目的的前提下，優(yōu)化監(jiān)測點數(shù)量，避免不必要的浪費。4.穩(wěn)定性：監(jiān)測點應設置在相對穩(wěn)定、不易被施工或外界活動破壞的位置，并做好保護措施。5.可操作性：便于儀器架設、觀測和數(shù)據(jù)采集。（二）監(jiān)測頻率與周期監(jiān)測頻率應根據(jù)施工階段、沉降速率及周邊環(huán)境敏感程度動態(tài)調整：*盾構機到達前：進行初始值觀測，一般不少于2次，取平均值作為基準。*盾構機臨近（如距離監(jiān)測斷面1-2倍洞徑）至通過后一段時間：此階段為沉降主要發(fā)生期，應加密監(jiān)測頻率，如1-2次/天，甚至更高。*沉降趨于穩(wěn)定后：可逐漸降低監(jiān)測頻率，如1次/周、1次/月，直至沉降穩(wěn)定（通常連續(xù)數(shù)周沉降速率小于某一閾值，如0.1-0.5mm/d）。（三）數(shù)據(jù)采集與質量控制1.儀器校準：監(jiān)測所用儀器設備必須經(jīng)過法定計量部門校準合格，并在有效期內使用。2.觀測規(guī)范：嚴格按照相關技術規(guī)范和操作規(guī)程進行觀測，確保觀測精度。3.數(shù)據(jù)記錄：詳細記錄每次觀測的日期、時間、天氣、施工工況及儀器讀數(shù)等信息。4.數(shù)據(jù)復核：對采集的數(shù)據(jù)進行及時檢查、復核，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)應分析原因，必要時進行返工重測。四、數(shù)據(jù)處理、分析與預警（一）數(shù)據(jù)處理對原始觀測數(shù)據(jù)進行整理、檢核、平差計算（如水準測量），剔除粗差，得到各監(jiān)測點的沉降量、沉降速率等。對于自動化監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理可由軟件自動完成，但仍需人工定期檢查和校準。（二）數(shù)據(jù)分析1.繪制沉降曲線：繪制各監(jiān)測點的時間-沉降曲線、沉降速率-時間曲線，分析沉降隨時間的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢。2.繪制沉降槽曲線：在橫向斷面上，繪制地表沉降量與距隧道軸線距離的關系曲線（沉降槽曲線），分析沉降的橫向分布特征，可與理論預測的Peck曲線等進行對比。3.相關性分析：將沉降數(shù)據(jù)與盾構施工參數(shù)（如土壓、注漿量）進行相關性分析，找出影響沉降的關鍵因素，為優(yōu)化施工參數(shù)提供依據(jù)。4.預測分析：基于已有沉降數(shù)據(jù)和沉降規(guī)律，采用合適的數(shù)學模型（如指數(shù)曲線、雙曲線等）對未來沉降發(fā)展趨勢進行預測。（三）預警機制根據(jù)設計要求、周邊環(huán)境允許的沉降限值及沉降速率，設定預警值（通常包括三級：注意值、預警值、報警值）。當監(jiān)測數(shù)據(jù)達到或超過預警值時，應立即分析原因，并及時向相關單位和人員發(fā)出預警信息，以便采取相應的工程措施（如調整盾構參數(shù)、加強注漿等），控制沉降發(fā)展，確保工程安全。五、結論與展望盾構施工地表沉降量動態(tài)監(jiān)測是保障工程安全、保護城市環(huán)境的關鍵技術環(huán)節(jié)。它貫穿于盾構施工的全過程，需要結合工程地質條件、施工特點和周邊環(huán)境，選擇適宜的監(jiān)測技術方法，科學設計監(jiān)測方案，嚴格實施監(jiān)測過程，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行及時、準確的分析與反饋。