超淺埋暗挖大跨度矩形隧道施工監測與分析

劉訓臣

隨著城市地下工程建設的發展，涌現出大量新的巖土工程技術問題。對于淺埋隧道，地層變形過大不僅會導致隧道事故，影響范圍還可能會波及到地表，產生地表塌陷，導致道路路面和構筑物等設施的損壞，給人民生活和工程建設造成影響和損失[1，2］。因此，隧道施工過程中防止坍塌和有效地控制施工所引起的地表沉降已成為城市地下工程建設中必須解決的問題。

1 工程概況

深圳某地下工程為兩條超淺埋暗挖大跨度平頂直墻隧道，橫穿城市主干道，采用四步雙側壁導坑法開挖，開挖斷面寬10.3 m，高7.65 m，埋深 2.0 m ～2.8 m，全長 92 m。隧道采用復合式襯砌，主體結構為700 mm厚箱形鋼筋混凝土結構。初期支護為加勁噴射鋼纖維混凝土，混凝土強度等級C25，厚400 mm。

該隧道主要穿越地層為:雜填土層、飽和中砂層和淤泥質砂層，粘土層，地下水豐富。其中0.6 m～6.5 m范圍為飽和中砂層，不均勻混少量粘性土，局部夾粘性土團，飽和，稍中密。該工程所處的地理位置特殊，地面車流量大、交通繁忙，施工干擾大，地質條件較差，必須對施工全過程進行全方位監測，以便對工程結構的穩定性及其周圍環境的影響適時評判，及時預測和預防施工中可能出現的不利局面，動態組織和指導施工。

2 監測方案及測點的布置

監測內容包括覆土層土體沉降、頂板沉降、周邊收斂，襯砌應力及圍巖與襯砌之間的接觸應力，量測測點布置如圖1所示。

3 監測數據的整理與分析

3.1 覆土層土體沉降

覆土層土體沉降如圖2所示。

根據現場監測結果顯示，在開挖過程中掌子面地表附近受影響的20 m范圍內均產生沉降，其中掌子面正上方地表沉降速率最大，接近4 mm/d，隨掌子面向前掘進而逐漸穩定;在相鄰洞室開挖及下臺階開挖時，上臺階支護施作后的洞室地表仍然受到擾動而產生沉降，沉降速率接近3 mm/d。在整個結構支護結束后，拆除臨時支撐進行二次襯砌之前的過程中，地表產生一個沉降突變，然后逐漸趨于穩定，沉降從結構中心向兩邊迅速衰減，結構中線外20 m處沉降為11 mm。

3.2 頂板沉降

隧道開挖至主量測斷面布置拱頂沉降觀測點，開挖結束時拱頂沉降90.5 mm，拆撐后拱頂沉降突然增加并穩定在114.4 mm，如圖3所示。

3.3 周邊收斂

水平收斂曲線見圖4。開挖后水平收斂速率最大2.5 mm/d，隨著初襯強度增加且圍巖穩定后收斂速率減小，待支護結構充分發揮本身強度后，20 d后逐步穩定在0.1 mm/d～0.2 mm/d。由圖4可知6號洞室水平收斂最大為19 mm，這是由于右側壁土壓力比較大的緣故。

3.4 初襯應力

地下結構主要采用工字鋼加主筋加工的加勁混凝土結構，針對主筋的工作狀態及受力情況，對不同部位的主筋受力量測，圖5為結構鋼筋應力分布圖。

從圖5中可以看出，應力較大值分布于結構的側邊墻、與邊墻的拐角、頂板的底部，在結構的底部最大應力為115 MPa，開挖跨度大的部位與頂板和邊墻的拐角處應力150 MPa，但均未超過180 MPa。

3.5 圍巖與襯砌之間的接觸應力

圖6為本工程的典型量測斷面的圍巖接觸應力大致分布圖，該圖是應力盒埋設結束后的18 d圍巖與初次支護之間的接觸應力的結果。

從圖6中可以看出，圍巖與初次支護接觸應力最大的位置分布在結構底部、邊墻與頂板的拐角、底板與邊墻的拐角位置，其應力在19.8 kPa～147.7 kPa，因此在結構施工中應加強這3個位置的監測力度，確保施工安全。

4 結語

本工程為城市地下超淺埋工程，通過對主量測斷面地表沉降、頂板沉降、圍巖壓力、水平收斂、隧底反拱等各項指標的監測分析，避免了工程事故，對保證施工和其影響范圍內各種構筑物的安全和正常使用具有重要意義。

[1]SELBY A R.Tunneling in soils ground movements，and damage to buildings in Workington，U K[J］.Geotechnical and Geological Engineering，1999，17(3):351-371.

[2]岳廣學，何 平，蔡 煒.隧道開挖過程中地層變形的統計分析[J］.巖石力學與工程學報，2007，26(S2):3793-3803.

[3]溫利強.軟弱圍巖大跨度隧道施工技術[J］.山西建筑，2009，35(13):298-299.