敖包溝隧道下穿建筑物地表沉降控制研究

曹海濱

(神華集團有限責任公司工程管理部，北京 100011)

隧道下穿建筑物已有許多工程實例，但在黃土地層淺埋條件下穿越建筑物的工程還較少。巴準鐵路敖包溝隧道出口段在黃土地層中下穿敖家溝西梁煤礦職工宿舍、職工食堂及變電站三棟建筑物，洞頂覆土厚度約10～20 m，隧道洞身巖性為砂質(zhì)黃土與軟弱砂巖夾泥巖。

敖包溝隧道淺埋下穿西梁煤礦三棟建筑物，建筑物結(jié)構(gòu)強度較差，地表各建筑物與隧道空間位置關(guān)系不一，隧道施工對建筑物的影響亦不同。為確保施工過程中建筑物的安全，在施工過程中必須對隧道變形及地表沉降嚴密監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，不斷優(yōu)化隧道施工方案，以確保施工安全進行［1］。

1 敖包溝隧道概況

敖包溝隧道是巴準鐵路重點工程，全長3 180 m，為雙線鐵路隧道。隧道位于內(nèi)蒙古高原區(qū)，主要地貌單元為低中山區(qū)，地形起伏大，溝梁相間，間歇性溝谷發(fā)育，山陡峰峻，切割強烈，最大高差85 m。隧道洞身圍巖主要為Ⅳ，Ⅴ級，其中Ⅳ級圍巖1 020 m，Ⅴ級圍巖2 136 m。隧道在D1K34+592—D1K34+658段連續(xù)穿越三棟建筑物［1］。

敖包溝隧道下穿建筑物施工區(qū)段巖性自上而下主要為人工填土、上更新統(tǒng)風積砂質(zhì)黃土、侏羅系下統(tǒng)砂巖夾泥巖。洞身段拱部為厚度不等的砂質(zhì)黃土，見圖1。敖包溝隧道圍巖自穩(wěn)能力較差，隧道開挖過程中容易產(chǎn)生較大變形。

圖1 淺埋下穿建筑物段隧道洞頂砂質(zhì)黃土

2 黃土隧道下穿建筑物地表沉降監(jiān)測

2.1 測點布設

測點的布設綜合考慮距隧道中線不同距離的沉降差，同時兼顧地表沉降對建筑物基礎的影響。地表沉降測點布設見圖 2［2-4］。

2.2 監(jiān)測結(jié)果與分析

1)地表沉降隨時間變化規(guī)律［1］

本段隧道施工地表沉降測量周期為2011年11月17日至2012年5月3日，對應的施工節(jié)點為隧道掌子面開挖前一個月至隧道二襯施工完成后一個月。地表各測點累計沉降變化曲線見圖3。

由圖3可見，地表各測點累計沉降值隨著時間推移不斷增大，受到測量誤差的影響，累計地表沉降曲線呈現(xiàn)鋸齒形變化，但累計沉降總體上隨時間不斷增大，并在3 月 12 日達到最大值。測點 3，4，5，6-1，6-2，6-3，6-4，6-5 的最大沉降值分別為 －18，－19，－23，－24，－32，－19，－21，－19 mm。在3月12日后隨著時間推移地表沉降有逐漸減小的趨勢，整個沉降曲線呈槽形。

圖2 敖包溝隧道下穿建筑物地表沉降測點布置

圖3 不同地表測點累計沉降值隨時間變化曲線

2)地表沉降隨施工步驟變化規(guī)律

地表測點6-1，6-2，6-3，6-4，6-5 隨隧道開挖步驟的變化曲線見圖4。

圖4 不同地表測點累計沉降值隨開挖步驟變化曲線

分析圖4發(fā)現(xiàn)，該段隧道上下臺階施工間隔較長，地表沉降在上臺階開挖后約一個月時間達到最大值，至下臺階開挖時，地表沉降基本收斂。下臺階開挖后，地表沉降趨勢減緩;隨著仰拱的開挖，累計沉降值還有一定增大，說明仰拱施工對地表沉降還有一定影響。

3 黃土隧道下穿建筑物地表沉降控制措施

在敖包溝隧道施工中，為減少和控制施工中的地表沉降，主要采取了3項措施，即超前支護、優(yōu)化開挖方法和綜合控制爆破技術(shù)［5-8］。

3.1 超前支護

敖包溝隧道出口段洞身巖層性質(zhì)軟弱，層理平緩，層間粘結(jié)較差，隧道開挖后易造成層間剝離，支護不及時易掉塊和局部塌方，為減少隧道開挖引起的地表不均勻沉降對建筑物造成的損壞，施工中采用超前管棚進行支護。

隧道拱部采用超前管棚注漿加固。管棚采用熱軋無縫鋼管，壁厚5 mm，環(huán)向間距40 cm，每環(huán)20根，節(jié)長3，6，9 m。兩組管棚間搭接長度3.0 m，管棚外傾角為1°～3°，方向與線路方向平行。同時，密切注意拱部巖體變化及地表沉降，開挖后及時噴射混凝土支護，以防止地表產(chǎn)生過大變形，造成建筑物基礎不均勻沉降。

3.2 優(yōu)化隧道開挖方法

暗挖隧道的開挖方法主要有全斷面法、臺階法、三臺階臨時仰拱法、環(huán)形開挖預留核心土法、中隔墻法等，不同的開挖方法在變形控制、施工效率等方面差別顯著。隧道下穿建筑物施工時，經(jīng)綜合比選確定，優(yōu)先采用微臺階法。微臺階法采用小循環(huán)進尺施工，開挖時采用人工與小型機械相結(jié)合，有利于控制隧道下穿建筑物引起的變形。

3.3 綜合控制爆破技術(shù)

為減少爆破振動對地表建筑物的影響，采用爆破振動測試儀實時監(jiān)控爆破對地表建筑物的影響。采取的綜合控制爆破技術(shù)措施包括合理選擇炸藥品種、限制同時起爆的最大藥量、優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)、合理起爆順序等，以減小爆炸能量，降低爆破震動波主振幅，控制爆破源與傳播途徑［5-8］。

在控制裝藥量方面。上臺階開挖時，采用兩次爆破分部開挖，第一步對掏槽眼及輔助眼進行爆破;第二步對周邊眼、內(nèi)圈眼及底板眼進行爆破。避免一次性爆破產(chǎn)生的振動波對建筑物的影響。下臺階開挖時，分為兩部開挖，嚴格控制裝藥量，即采用一次性鉆孔，分兩次裝藥，分批爆破。

4 結(jié)論

1)敖包溝隧道施工過程中地表沉降曲線呈槽形，地表沉降最大值為32 mm，開挖通過后地表沉降隨時間不斷減小。

2)敖包溝隧道上下臺階施工間隔較長，地表沉降在上臺階開挖后約一個月時間達到最大值，至下臺階開挖時，地表沉降基本收斂。下臺階開挖后，地表沉降趨勢減緩;隨著仰拱的開挖，累計沉降值還有一定的增大，說明仰拱施工對地表沉降還有一定影響。

3)采用超前管棚加固、微臺階法和控制爆破源與傳播途徑三種措施可有效減少隧道下穿施工對建筑物的影響。

［1］新準鐵路有限責任公司.巴準鐵路敖包溝隧道采空區(qū)處理與下穿工程技術(shù)研究［R］.鄂爾多斯:新準鐵路有限責任公司，2013.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB 10121—2007 鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10204—2002 鐵路隧道施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［4］中華人民共和國鐵道部.TZ 204—2008 鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［5］中華人民共和國國家標準.GB 6722—2003 爆破安全規(guī)程［S］.北京:中國標準出版社，2003.

［6］宋福.敖包溝隧道下穿工程爆破振動監(jiān)測及減振措施研究［J］.鐵道建筑，2013(2):43-45.

［7］楊海波.淺埋鐵路隧道弱爆破的施工及控制措施［J］.中華建設，2012(8):260-261.

［8］彭道富，李獻忠，楊年華.近距離爆破對既有隧道的震動影響［J］.中國鐵道科學，2005，26(4):73-76.