跳转到内容
场景方案已发布

盾构侧穿高架桥墩监测方案

盾构隧道侧穿城市轨道交通高架桥墩期间的自动化监测方案,涵盖桥墩沉降、倾斜、水平位移监测,以及盾构施工参数联动控制,适用于盾构近距离穿越高架线路的第三方监测项目。

复核 2026-07-09入门公开可引用RailWise 技术团队
场景方案

预计阅读时间: 18 分钟
目标: 建立盾构侧穿高架桥墩期间的完整监测技术方案,实现结构变形实时预警与施工参数联动控制


本方案适用于以下工程场景:

  • 盾构隧道侧穿城市轨道交通高架桥墩:盾构外轮廓与桥墩水平净距小于 1.5 倍洞径
  • 盾构穿越高架桥梁承台基础:盾构底部与承台底部竖向净距小于 1.0 倍洞径
  • 盾构邻近高架桥桩施工:盾构与桩基水平净距小于 3.0m
  • 新建盾构线路与既有高架线路交叉:交叉角度小于 60° 的斜穿工况

盾构侧穿高架桥墩是城市轨道交通建设中的高风险工况。盾构掘进引起的地层扰动会导致:

  1. 桥墩沉降:盾构掘进引起周围土体应力释放,导致桥墩基础沉降
  2. 桥墩倾斜:不均匀沉降导致桥墩产生倾斜,影响上部结构受力
  3. 桥墩水平位移:盾构推力、盾壳摩擦及注浆压力引起桥墩水平位移
  4. 梁体挠度变化:桥墩变形引起上部梁体挠度变化,影响轨道平顺性
  5. 支座状态变化:桥墩位移导致支座受力状态改变,可能产生脱空或超载

以下工况应列为最高风险等级:

  • 盾构外轮廓与桥墩水平净距 < 0.5 倍洞径
  • 盾构穿越桥桩基础正下方(竖向净距 < 1.0m)
  • 桥墩位于软弱土层、砂层或液化土层
  • 桥墩基础为浅基础(独立基础或条形基础)
  • 高架线路为运营线路,对变形控制要求极高
  • GB 50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》
  • CJJ/T 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》
  • JGJ 8-2016《建筑变形测量规范》
  • GB 50026-2020《工程测量标准》
  • CJJ/T 289-2018《城市轨道交通隧道结构养护技术标准》
  • GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》

监测对象
├── 高架桥墩
│ ├── 桥墩沉降
│ ├── 桥墩倾斜
│ ├── 桥墩水平位移(纵向、横向)
│ └── 桥墩裂缝
├── 上部梁体
│ ├── 梁体挠度
│ ├── 梁体裂缝
│ └── 支座状态
├── 轨道结构
│ ├── 轨道几何形位(轨距、水平、高低、方向)
│ └── 轨枕空吊
├── 承台基础
│ ├── 承台沉降
│ └── 承台水平位移
├── 桩基(如可监测)
│ ├── 桩顶沉降
│ └── 桩身应力(必要时)
└── 周边环境
├── 地表沉降
├── 地下管线
└── 邻近建筑物
监测项目 监测仪器 精度要求 监测频率
桥墩沉降 全站仪自动化监测/电子水准仪 ±0.5mm 掘进期:1次/2h;穿越期:实时
桥墩倾斜 全站仪/倾斜仪 1/10000 掘进期:1次/2h;穿越期:实时
桥墩水平位移 全站仪自动化监测 ±1.0mm 掘进期:1次/2h;穿越期:实时
梁体挠度 全站仪/挠度计 ±1.0mm 掘进期:1次/4h;穿越期:1次/2h
轨道几何形位 轨道检查仪 按运营标准 穿越前、穿越中、穿越后各1次
承台沉降 水准仪 ±0.5mm 1次/天
地表沉降 全站仪/水准仪 ±1.0mm 掘进期:1次/天;穿越期:1次/4h
裂缝宽度 裂缝计/测宽仪 ±0.1mm 1次/天

盾构侧穿高架桥墩属于 一级监测(最高等级),判定依据:

影响因素 评分
地铁结构安全等级(运营高架线路) 10分
施工影响程度(近距离穿越) 10分
地质条件(根据实际确定) 7-10分
周边环境敏感度(运营线路) 10分
施工工法风险(盾构) 10分
综合评分 47-50分

  1. 重点桥墩全覆盖:受影响范围内的所有桥墩均应布设监测点
  2. 影响区外延:在盾构穿越影响范围外 2-3 个桥墩处布设对照点
  3. 断面控制:每个桥墩作为一个监测断面,顶部和底部均布设测点
  4. 轨道监测:穿越段前后各 50m 范围内的轨道几何形位监测
  5. 地表沉降槽:垂直于盾构轴线布设地表沉降监测断面

每个桥墩顶部应布设以下测点:

线路方向(纵向)
┌─────────┼─────────┐
│ ● │ ● │ ← 沉降/位移监测点(2个,对称布设)
│ │ │
│ ◆ │ ◆ │ ← 倾斜监测点(2个,对角布设)
│ │ │
└─────────┼─────────┘
横向
  • 沉降监测点:2个,对称布设在桥墩顶部两侧,距边缘 10-20cm
  • 水平位移监测点:与沉降监测点共用棱镜,分别测量纵向和横向位移
  • 倾斜监测点:2个,对角布设,用于计算桥墩倾斜角
  • 承台顶部测点:2个,对称布设,用于监测承台沉降和水平位移
  • 基础沉降点:如条件允许,在基础周边布设沉降监测点
  • 跨中挠度点:每跨梁体跨中布设 1 个挠度监测点
  • 支座监测点:每个支座附近布设 1 个监测点,用于监测支座位移

以典型穿越段(影响 3 个桥墩,每墩 2 跨)为例:

监测对象 测点类型 数量 备注
桥墩顶部 沉降/位移/倾斜 6个墩 × 4点 = 24点 含对照点
承台 沉降/位移 6个墩 × 2点 = 12点
梁体 挠度 6跨 × 1点 = 6点
支座 位移 12个支座 × 1点 = 12点
轨道 几何形位 穿越段前后各50m 按检查仪测点
地表 沉降 3-5个断面 × 7-11点 = 35点 垂直于轴线
裂缝 裂缝计 根据裂缝情况
合计 约 90-110 点
盾构掘进方向 →
地表沉降监测断面
───────●─────── 地表沉降点(垂直于盾构轴线)
═══════╪═══════ 高架线路
┌────┴────┐
│ 桥墩 │
│ P1 │ ← 重点监测桥墩(最近)
│ ●●●● │ 顶部:4个棱镜
└────┬────┘ 承台:2个棱镜
┌────┴────┐
│ 桥墩 │
│ P2 │ ← 次重点监测桥墩
│ ●●●● │
└────┬────┘
┌────┴────┐
│ 桥墩 │
│ P3 │ ← 一般监测桥墩
│ ●●● │
└────┬────┘
───────●─────── 地表沉降监测断面
═══════╪═══════ 对照断面(影响范围外)
┌────┴────┐
│ 桥墩 │
│ P0 │ ← 对照桥墩(不布设或少量布设)
│ ● │
└─────────┘
盾构隧道 ───────○──────────────────────────
盾构刀盘位置

序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注
1 测量机器人 Leica TS60 / Trimble S9 HP 2 1用1备,精度 ±0.5“
2 高精度棱镜 360°微型反射棱镜 120 含棱镜杆、基座
3 自动化监测软件 RAILWISE-TSM 1 含预警模块
4 倾斜仪 高精度双轴倾角传感器 6 桥墩倾斜监测
5 裂缝计 振弦式裂缝计 10 裂缝宽度监测
6 4G通信模块 工业级路由器 2 含流量卡
7 太阳能供电 300W+200Ah 2 含控制器、支架
8 仪器防护罩 不锈钢定制 2 含防雷、温控
序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注
1 电子水准仪 Trimble DiNi 0.3 1 沉降复核
2 全站仪 Topcon GM-52 1 位移复核
3 轨道检查仪 便携式轨道几何状态测量仪 1 轨道几何形位
4 裂缝测宽仪 ZBL-F130 1 裂缝复核
5 支座检查工具 塞尺、放大镜 1 支座状态检查
参数 要求 说明
测角精度 ≤ ±0.5“ 高精度监测要求
测距精度 ≤ ±(0.6mm+0.5ppm) 短距离高精度测量
ATR 模式 支持 自动目标识别
马达转速 ≥ 180°/s 快速测量
工作温度 -20°C ~ +50°C 适应现场环境
防尘防水 IP65 户外防护
通信接口 RS232/USB/以太网 多接口支持
# 盾构侧穿桥墩监测专项配置
monitoring:
project_type: "shield_passing_pier"
alert_level: "critical" # 最高预警等级
measurement:
normal_interval: 7200 # 正常监测间隔:2小时(秒)
approach_interval: 3600 # 接近段:1小时
crossing_interval: 300 # 穿越段:5分钟
post_interval: 1800 # 穿越后:30分钟
alert_thresholds:
pier_settlement:
attention: 3.0 # 关注值:3mm
warning: 5.0 # 预警值:5mm
danger: 10.0 # 报警值:10mm
pier_tilt:
attention: 1/2000
warning: 1/1000
danger: 1/500
pier_horizontal:
attention: 3.0
warning: 5.0
danger: 8.0
beam_deflection:
attention: 5.0
warning: 8.0
danger: 15.0
escalation:
level_1: ["监测负责人", "项目经理"]
level_2: ["业主代表", "地铁运营单位"]
level_3: ["主管部门", "应急指挥中心"]

盾构侧穿桥墩监测应根据盾构与桥墩的空间关系分阶段控制监测频率:

盾构掘进方向 →
阶段1:前期准备(刀盘距桥墩 > 50m)
├── 监测频率:1次/4小时
├── 目的:建立基准趋势,确认系统正常
└── 持续时间:根据掘进速度确定
阶段2:接近段(刀盘距桥墩 50m ~ 20m)
├── 监测频率:1次/2小时
├── 目的:提前发现趋势变化
└── 预警阈值:关注值(70%控制值)
阶段3:影响段(刀盘距桥墩 20m ~ 盾尾通过桥墩 20m)
├── 监测频率:实时(5-10分钟)
├── 目的:实时掌握变形动态
└── 预警阈值:预警值(100%控制值)
阶段4:穿越后(盾尾通过桥墩 20m ~ 50m)
├── 监测频率:1次/30分钟 → 1次/2小时
├── 目的:观察变形恢复趋势
└── 预警阈值:关注值
阶段5:稳定期(盾尾通过桥墩 > 50m)
├── 监测频率:1次/4小时 → 1次/天
├── 目的:确认变形稳定
└── 稳定标准:连续3天变形速率 < 0.1mm/天
  • 主测站:布置在盾构穿越影响范围外、通视条件良好的位置,可覆盖所有桥墩测点
  • 备用测站:与主测站形成交会,用于数据检核和系统故障时切换
  • 基准点:至少 3 个,位于盾构影响范围外稳定区域,与桥墩基础无刚性连接
# RAILWISE-TSM 盾构侧穿桥墩监测自动化流程
class ShieldPierMonitoring:
def __init__(self):
self.station = MonitoringStation()
self.piers = [] # 桥墩列表
self.shield_position = None # 盾构位置(从施工系统获取)
def get_monitoring_interval(self):
"""根据盾构位置动态调整监测频率"""
distance = self.calculate_distance_to_nearest_pier()
if distance > 50:
return 7200 # 2小时
elif distance > 20:
return 3600 # 1小时
elif distance > -20: # 盾尾通过前20m
return 300 # 5分钟
elif distance > -50:
return 1800 # 30分钟
else:
return 7200 # 2小时(稳定后)
def measure_priority(self):
"""根据盾构位置确定优先测量对象"""
nearest_pier = self.get_nearest_pier()
# 最近桥墩优先测量
priority_prisms = nearest_pier.get_all_prisms()
# 变形速率大的桥墩优先
for pier in self.piers:
if pier.deformation_rate > pier.threshold * 0.5:
priority_prisms.extend(pier.get_all_prisms())
return list(set(priority_prisms)) # 去重
def check_crossing_alert(self):
"""穿越期间专项预警检查"""
for pier in self.piers:
# 检查沉降
if pier.settlement > pier.threshold_settlement:
self.trigger_alert(
level='WARNING',
message=f'桥墩 {pier.id} 沉降超限: {pier.settlement}mm',
actions=['加密监测', '通知施工', '专家会商']
)
# 检查倾斜
if pier.tilt > pier.threshold_tilt:
self.trigger_alert(
level='WARNING',
message=f'桥墩 {pier.id} 倾斜超限: {pier.tilt}',
actions=['加密监测', '轨道检查', '限速运行']
)
# 检查变形速率
if pier.settlement_rate > 2.0: # mm/天
self.trigger_alert(
level='ATTENTION',
message=f'桥墩 {pier.id} 沉降速率过快: {pier.settlement_rate}mm/天',
actions=['关注趋势', '准备加密']
)
def integrate_shield_parameters(self):
"""与盾构施工参数联动"""
shield_data = self.fetch_shield_data() # 从盾构系统获取
# 当桥墩变形达到预警值时,建议调整盾构参数
if self.max_pier_deformation > self.threshold_warning:
recommendations = {
'土仓压力': '适当提高土仓压力,减少地层损失',
'掘进速度': '适当降低掘进速度',
'同步注浆': '增加同步注浆量,提高注浆压力',
'二次注浆': '及时实施二次注浆',
'出土量': '严格控制出土量,防止超挖'
}
return recommendations
检查项 检查方法 合格标准 异常处理
单次测量精度 多次测量比较 中误差 ≤ ±0.5mm 增加测回数
基准点稳定性 基准点间相互检核 变化 ≤ 0.5mm 启用备用基准
数据连续性 时间序列检查 无缺失或跳变 排查通信/设备
逻辑一致性 相邻测点对比 趋势一致 人工复核
与施工关联 施工参数对比 变形与施工参数关联合理 专家分析
复核时机 复核内容 复核方法
每日 基准点稳定性 电子水准仪独立测量
每周 全部测点精度 全站仪独立测量
达到预警值时 预警点数据 人工复测确认
系统故障恢复后 故障期间数据 人工补测
穿越完成后 全部测点 全面复测

6.1.1 桥墩变形控制值(典型值)

Section titled “6.1.1 桥墩变形控制值(典型值)”
监测项目 关注值 预警值 报警值 备注
桥墩沉降 3mm 5mm 10mm 累计值
桥墩差异沉降 2mm 3mm 5mm 相邻墩台间
桥墩倾斜 1/2000 1/1000 1/500
桥墩水平位移(纵向) 3mm 5mm 8mm 累计值
桥墩水平位移(横向) 3mm 5mm 8mm 累计值
梁体挠度变化 5mm 8mm 15mm 相对于初始值
轨道几何形位变化 按运营标准 按运营标准 按运营标准 轨距、水平、高低、方向
地表沉降 10mm 20mm 30mm 累计值
监测项目 关注速率 预警速率 报警速率
桥墩沉降速率 1mm/天 2mm/天 3mm/天
桥墩水平位移速率 1mm/天 2mm/天 3mm/天
地表沉降速率 2mm/天 3mm/天 5mm/天
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 监测数据达到预警阈值 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 自动预警(5分钟内) │
│ • 系统声光报警 │
│ • 短信/微信推送监测负责人、项目经理 │
│ • 平台界面红色高亮 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 监测单位响应(15分钟内) │
│ • 数据复核确认(人工复测) │
│ • 初步原因分析(与施工参数关联) │
│ • 电话通知业主、地铁运营单位、施工单位 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 应急会商(30分钟内) │
│ 参与方:监测单位、施工单位、地铁运营单位、业主、监理 │
│ • 监测数据汇报 │
│ • 施工工况汇报 │
│ • 风险评估与处置决策 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌───────────────┼───────────────┐
▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ 关注级 │ │ 预警级 │ │ 报警级 │
│ (蓝色) │ │ (黄色) │ │ (红色) │
├─────────┤ ├─────────┤ ├─────────┤
│•加密监测 │ │•实时监测 │ │•实时监测 │
│•加强观察 │ │•调整盾构 │ │•暂停施工 │
│•持续跟踪 │ │•参数 │ │•应急加固 │
│ │ │•轨道检查 │ │•限速运行 │
│ │ │•准备应急 │ │•专家论证 │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 效果评估与恢复 │
│ • 变形趋势是否减缓/稳定 │
│ • 是否恢复至正常范围 │
│ • 决定是否恢复正常施工/监测 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

当桥墩变形达到预警值时,建议采取以下盾构施工参数调整措施:

预警等级 盾构参数调整建议 预期效果
关注(蓝色) 土仓压力:提高 0.02-0.05MPa 减少地层损失
掘进速度:降低 20-30% 降低扰动频率
同步注浆:增加 10-20% 及时填充盾尾间隙
预警(黄色) 土仓压力:提高 0.05-0.1MPa 显著减少地层损失
掘进速度:降低 50% 大幅降低扰动
同步注浆:增加 30-50% 充分填充
二次注浆:立即实施 加固扰动区
出土量:严格控制 防止超挖
报警(红色) 暂停掘进 停止扰动源
立即实施二次注浆 加固地层
必要时地面注浆加固 外部加固
轨道检查/限速 确保运营安全

日报特殊要求

章节 内容要求
盾构位置 刀盘里程、盾尾里程、与最近桥墩距离
施工参数 土仓压力、掘进速度、同步注浆量、出土量
桥墩变形 各桥墩当日最大变形、累计变形、变形速率
轨道检查 轨道几何形位数据(如有)
预警情况 预警点、预警等级、处置措施
趋势分析 变形时程曲线、与盾构位置关联分析
建议 施工参数调整建议、监测频率调整建议

穿越完成后 3 天内应提交穿越专题报告,内容包括:

  1. 穿越过程概述(时间、里程、施工参数)
  2. 监测数据汇总(最大变形、变形速率、恢复情况)
  3. 变形时程曲线及与盾构位置关联分析
  4. 预警事件及处置过程
  5. 结构安全评估
  6. 经验总结与建议

案例名称 施工参数 监测结果 文档链接
某市地铁3号线盾构侧穿高架桥墩 洞径6.4m,净距3.2m 最大沉降5.2mm 详见项目案例库
某市地铁4号线盾构穿越高架段 洞径6.9m,净距2.1m 最大沉降7.8mm 详见项目案例库

以下为盾构侧穿高架桥墩的典型监测数据特征(示例数据):

参数 典型值范围 备注
桥墩最大沉降 3-8mm 与净距、地质相关
桥墩最大水平位移 2-5mm 横向通常大于纵向
桥墩最大倾斜 1/3000 ~ 1/1000
梁体挠度变化 2-6mm
地表最大沉降 10-25mm 沉降槽宽度约 2-3 倍埋深
变形影响范围 2-3 倍洞径 以桥墩为中心
变形稳定时间 7-30 天 与注浆质量相关

  • 高架结构竣工资料收集(设计图纸、结构计算书、竣工测量)
  • 桥墩基础类型及埋深确认
  • 盾构与桥墩空间关系精确计算
  • 地质条件及土层参数收集
  • 监测等级确定(一级)
  • 控制值经地铁运营单位确认
  • 预警流程经各方确认
  • 与施工单位建立数据共享机制
  • 基准点埋设并完成稳定性检验
  • 桥墩棱镜安装牢固、方向正确
  • 全站仪设站完成并定向检核
  • 通信系统测试正常
  • 初始值采集完成
  • 预警功能测试正常
  • 与盾构系统数据接口联调
  • 应急联络机制建立
  • 监测频率已调整至实时
  • 人员 24 小时值班
  • 预警响应流程已演练
  • 轨道检查仪就位
  • 应急加固材料准备就绪
  • 与运营单位联络畅通

答: 桥墩倾斜可通过以下方法计算:

  1. 全站仪法:测量桥墩顶部和底部中心的水平位移差,计算倾斜角: $$i = \frac{\Delta d}{H}$$ 其中,$\Delta d$ 为顶部与底部水平位移差(mm),$H$ 为桥墩高度(mm)。
  2. 倾斜仪法:直接读取倾斜角。
  3. 比较法:顶部两点沉降差与桥墩宽度之比。

Q2: 盾构穿越期间轨道几何形位如何监测?

Section titled “Q2: 盾构穿越期间轨道几何形位如何监测?”

答: 轨道几何形位监测应在以下时机进行:

  • 穿越前:建立初始基准
  • 穿越期间:每 2-4 小时或变形达到预警值时
  • 穿越后:每天 1 次,直至稳定
  • 使用便携式轨道检查仪或轨道几何状态测量仪,测量轨距、水平、高低、方向等参数。

答: 桩基础桥墩的监测重点在桩顶(承台顶部),通过承台沉降和水平位移间接反映桩基状态。如条件允许,可在桩身预埋应力计或测斜管,监测桩身受力及深层水平位移。

标准/文献 名称 适用范围
GB 50911-2013 城市轨道交通工程监测技术规范 监测技术
CJJ/T 202-2013 城市轨道交通结构安全保护技术规范 保护区管理
CJJ/T 289-2018 城市轨道交通隧道结构养护技术标准 结构养护
JGJ 8-2016 建筑变形测量规范 变形测量
相关论文 盾构穿越桥桩施工控制技术 施工控制

版本 日期 更新内容 作者
1.0.0 2025-06-05 初始发布 RailWise 技术文档团队



本文档最后更新于 2025-06-05 | 版本 v1.0.0 | 宁波睿威工程技术有限公司 版权所有