哈爾濱地鐵教化廣場站與教西區間監控量測及分析

段寶福，吳圣智，朱應磊，王兆東，逄金磊

(山東科技大學山東省土木工程防災減災重點實驗室，山東青島 266510)

為了縮短建設周期，哈爾濱政府決定利用已建成30余年的“7381”人防工程的一部分改造成地鐵，這在國內人防工程的改造中具有重大的研究價值。本工程處于建筑物繁多，經濟活動頻繁，交通流量大的地區，更有季節性凍土影響，所以施工過程中存在一定的技術困難以及施工管理困難。為保證施工進度和施工安全，施工方對現場監控量測提出了嚴格的要求。本文以“7381”隧道教化廣場站及部分教西區間段為對象，對處于復雜地質情況和周邊環境下的隧道施工進行監控量測與分析。

1 工程概況

哈爾濱地鐵一期工程教化廣場站及教西區間均利用原“7381”人防工程改建而成，隧道位于西大直街路下方，中途穿過上夾樹街、下夾樹街、曲線街下方，處于經濟繁華和社會活動頻繁的地區，道路及兩側地下管線密布。隧道地層主要為粉質黏土，局部有砂層，圍巖級別均為Ⅵ級。地下水為孔隙微承壓水和承壓水，并且上部管線滲漏使土層存在上層滯水，會對隧道區間造成滲漏。哈爾濱地區處于季節性凍土地區，其土層凍結時間長達5個月(10月末凍結到來年3月中旬開化，六月初化透)，最大凍土深度可達2 m，場區為凍脹土，凍脹等級Ⅲ級。

隧道區間SK8+443—SK8+911段內均為暗挖施工，結合原有建筑物斷面及地鐵隧道設計斷面關系，此區間采取單側擴挖(CD工法)進行施工。施工工序為:①架設鋼支撐;②破除原有建筑物的邊墻;③施作邊墻初期支護;④拆除鋼支撐，破除原有結構仰拱;⑤施作新的仰拱，及時封閉成環。原有結構邊墻和仰拱破除時，是監控量測的重點時期。

2 監測方案研究

原有的“7381”人防工程建成30多年以來，長年未曾使用，年久失修，原有洞體存在施工縫較多，同時在邊墻和仰拱破除時，將破壞原有的受力平衡，使應力再次釋放，結構體系也將發生轉換。由于該工程處于經濟繁榮、交通流量大、社會活動頻繁地區，路面兩側建筑物密集，地下管線繁多，施工安全顯得格外重要。特別是人防工程改造成地鐵技術在我國尚不成熟，在施工監測方面沒有現成經驗，只能參照現有地鐵檢測方案并且結合施工過程中自身的特點進行，并及時總結經驗改善監測方案。

針對上述問題，根據有關標準開展了建筑物沉降、地表沉降、拱頂沉降、圍巖收斂等監測工作(見表1)。同時，在特殊施工時期(如仰拱破除)、特殊區間段內(交通十字路口處)，增加了測點的數量。并根據哈爾濱3月份到6月份出現凍融現象的特點，在此時間段內加大了觀測工作量。同時，根據施工過程中可能出現的施工狀況設立了緊急情況下的監測搶險預案。現場監測采用整體控制和局部監測相結合、定期監測與連續監測相結合的方法。在國家有關規程要求和其他隧道工程研究成果的基礎上，結合施工措施和開挖工序進行全面分析，使分析成果能較好地指導后續施工。同時根據施工狀況以及監測成果來完善施工方法，改良監測方案，使監測成果更能反映實際情況。現場測點布置如圖1。

表1 隧道監測項目

3 現場監測數據與分析

依照監測方案要求，測量組對哈爾濱地鐵的地表、建筑物、拱頂沉降、凈空收斂等做了細致觀測，并對其中幾個代表性的點做了如下分析。

3.1 地表沉降

代表性的地表沉降曲線見圖2，觀測時間為2010年(余同)。

C12號點靠近1號豎井和1號風道，豎井和風道的開挖造成了圍巖擾動，使地表下沉，同時4月份有氣溫升高引起的凍融對地表下沉有一定的影響。在雨水充沛的6—7月份，地表下沉速度最快，可見雨水對豎井周邊地表下沉影響較大，日變化量最大達到-4.2 mm。G7點位于交通十字路口，此處地表下沉主要是受交通流量大的影響，由此可見，交通流量是影響地表下沉的重要因素，對此施工單位及時做了臨時鋼支撐進行支護，地表下沉趨于平緩。B8點下方的“7381”隧道出現裂縫，同時地表也出現輕微裂縫，裂縫造成了地表下沉，但影響不十分明顯，以此判斷暗挖區間單純的圍巖擾動對地表影響不是很大。同時，由C12、G7、B8三點下沉最快的時間段可以看出，下沉最快的時間均是豎井開挖或隧道擴挖經過該點的時間，由此可見豎井開挖、隧道擴挖對地表下沉的影響有時效性的特點。

圖1 哈爾濱地鐵地表、建筑物測點布置

圖2 地表下沉曲線

3.2 拱頂沉降和隧道收斂(見圖3、圖4)

圖3 拱頂下沉曲線

圖4 隧道收斂曲線

SL3點靠近2號豎井處，該點旁邊為一通道通向2號豎井，通道與隧道成“T”型交叉，該處受隧道擴挖及通道開挖的影響圍巖擾動較大，同時有滲水現象出現，因此隧道穩定性降低，從而出現裂縫現象。裂縫現象的出現進一步加劇了隧道滲水，造成該隧道穩定性的進一步惡化，加劇了施工困難。施工單位及時排出滲水、鋪設防水材料，并架設鋼支撐，最后圍巖趨向穩定。SL12點距離SL3點約100m，受SL3裂縫影響初期收斂朝正向發展，但裂縫影響不大，隨著隧道的擴挖，隧道收斂又朝著負方向變化，最后趨于穩定。SL27點距離SL3點約250m，基本不受SL3處裂縫影響，但出現滲水現象，因此變化較大。與SL3相比，該處除不受通道開挖的影響，其余條件相同，經多組數據對比發現SL3處點變化值約為SL27處點變化值的兩倍，可見多一個方向的開挖造成圍巖的擾動近乎成倍數增長。

3.3 建筑物沉降(見圖5)

圖5 建筑物沉降曲線

J27點靠近1號通風口和4號豎井，周邊開挖對圍巖擾動大，因此建筑物下沉較大，雨水充沛的6—7月份建筑物下沉明顯，可見雨水對圍巖的滲透對建筑物有著一定的影響。J10點位于暗挖區間上方且交通流量大的十字路口，J19點位于單行線暗挖區間的上方，兩者對比可見交通流量對建筑物下沉有一定影響，但影響不是很大。同時兩點曲線變化和緩，在雨水較大的時節沒有呈現較為強烈的變化，可見雨水滲透對暗挖區間的建筑物下沉無明顯影響。

4 結論

本文在哈爾濱地鐵施工中現場檢測的基礎上，著重分析了地表變化、隧道收斂、拱頂下沉以及建筑物下降4個直接反應隧道穩定性的參數，結合現場施工狀況得出了以下結論:

1)暗挖區間單純的圍巖擾動對地表下沉影響不是很大，影響地表下沉較明顯的因素主要是交通流量的影響;豎井、風道周邊地表下沉比隧道區間上方地表下沉大，可能是受到凍融、雨水等影響。

2)對于隧道收斂和拱頂下沉來說，三向(T型)擴(開)挖比單邊擴挖造成的變化增長明顯，近乎成倍數增長。同時滲水影響圍巖的穩定性，裂縫的出現也會加速滲水，造成圍巖穩定性的進一步惡化。

3)雨水滲透對明挖的風道周邊建筑物、地表下沉有影響，對暗挖區間建筑物、地表下沉無影響。

4)隧道一旦出現明顯的滲水現象應及時排水，并鋪設防水材料，以防止其影響圍巖的穩定性;對于收斂和拱頂變化較大的部位要及時架設臨時鋼支撐，鋼支撐可以有效地保持隧道的穩定性。

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