大直徑連續變斷面渡線隧道開挖變形分析

□文/李亞飛 黃艷萍

大直徑連續變斷面渡線隧道開挖變形分析

□文/李亞飛 黃艷萍

埋設相對較淺的大直徑渡線隧道施工對工法及工法的連續性要求較高，為驗證工法的合理性，需要在開挖過程實時監測拱頂、拱腰、收斂變形以及地表建（構）筑物和道路的沉降情況，根據監測值來調整施工工序。文章以某地鐵渡線隧道為例，在E斷面到C2斷面連續變化過程，工法從臺階法到CRD法，為保證施工安全進行，以監測過程中的最大沉降點位為例，分析了監測點在施工過程的動態沉降情況，結合實時監測信息調整施工技術，順利完成渡線隧道的掘進工作。

大直徑；連續變斷面；渡線隧道；工法；開挖；沉降；變形

隧道的監測主要是隧道地表沉降監測和隧道拱頂沉降、收斂監測，隧道拱頂沉降變形、收斂監測的目的主要是監測在基坑開挖和隧道施工的過程中隧道內部的變形情況，由此可以及時了解隧道內部的變形情況，防止隧道塌方等事故的發生，增加施工的安全性。隧道地表沉降監測的目的主要是監測基坑開挖以及隧道結構施工過程中周邊地表道路的垂直位移（沉降）及水平位移的變化，即隧道外部的變形情況，由此可以掌握在隧道開挖過程中對地表道路或建筑物的影響，以便及時采取有效措施，避免房屋傾斜、道路塌陷等危險的發生。

城市地鐵網的快速建設，淺埋暗挖、大跨、變斷面渡線隧道的施工案例逐漸增多，施工地質條件的復雜使得工法亦進行相應的調整，如采用CD工法、CRD工法、雙側壁導洞工法、中導洞工法等施工技術，均成功地完成了淺埋、大跨、變斷面渡線隧道的施工[1～2]。但是，從區間標準斷面快速、順利進入變斷面和大跨渡線地段施工，如何在實現施工工序連續的同時減少對圍巖的擾動、地表建（構）筑物的影響[3～4]，是決定和評價一個工法是否適用的重要指標，因此需要在施工過程實時監測拱頂和地表的動態沉降情況，以便及時調整工法[5～6]，達到安全施工的目的。

1 工程概況

某渡線隧道位于路面交通繁忙的地帶，場地地勢平坦，為南亞熱帶季風氣候，夏季較長冬季短，降雨較多，氣候濕潤，災害性天氣較多，其中以臺風為主。開挖區域為河谷沖洪積平原，現經過人工回填，場地地勢平坦，標高為4.3～6.1 m。下伏基巖除場地西側為花崗巖外，其余場地為侏羅系變質砂巖，上部發育沖洪積層。地面被建筑物、道路覆蓋，原始地貌不復存在或變得極為模糊。隧道的土質為強風化變質砂巖，隧道頂部存在粉細砂層透水層，距隧道頂2～6 m（強風化變質砂巖：顏色為褐黃色，組織構造已部分分離，遇水易崩解），隧道東端頭距某河最近距離只有2 m，據目前開挖水量判斷，極有可能與河水存在水力聯系。

渡線隧道左線長度為58.2 m（不含豎井內部分），而右線略長為120 m。隧道埋深16.7～19.2 m，均使用礦山法開挖，一共分為A、B、C、D、E五種暗挖斷面。A斷面尺寸6.4 m×6.837 m，E斷面14.85 m×11.75 m。本次渡線隧道開挖施工起點為豎井，從左線的E斷面，右線的A和E斷面三個方向進行開挖。為監測隧道的穩定性，分別對立交橋、拱頂、拱肩、隧道地表、塔、隧道收斂、應力及水文情況進行監測。

本文采用全站儀和精密水準儀對渡線隧道拱頂、拱腰的位移和地表、建（構）筑物監測點沉降進行觀測，基準點埋設于距施工影響區約100 m左右，點位易于保存且觀測方便之處。按規范布設3個永久性標志點，觀測周期一般情況每3個月觀測1次。工作基點根據工程現場情況在入口周邊埋設3個并進行了編號和注記，作為每次觀測的工作點。觀測周期一般情況每天一次，特殊情況下加密觀測。觀測采用五固定并隨時檢查和計算，發現異常情況及時匯報，分析和發現問題，掌握工程的安全性，通過動態信息管理，對監測數據及時處理并反饋以指導施工。

2 點位布設

監測點埋設按照相應的規范和要求進行，主要的監測內容有拱頂沉降（GD1、GD2、GD3、GD4、GD5、GZD1、GZD2、GZD3、GYZD1、GYZD2、GYZD3、GYZDD1、GDD1、GDD2、GAYD1、GAYD2、GAYD3、GYZDD1、GYZD2、GYZD3、GZED1、GZED1、GZCD1、GZCLD1、GZCLD2、GZCLD3、GZCLD4），隧道地表（QJ1、QJ2、QJ3、QJ4、QJ5、QJ6、QJ7、EL1、SE4、EL3、EL4、SE5、EL6、CZ8、CZ9、CZ10、CZ11、CZ12、Q6、Q7、Q8），立交橋（Q1、Q2、Q3、Q4），塔沉降（G1、G2、G3、G4），部分點位的分布見圖1。

圖1 渡線隧道斷面及監測點位布置

3 數據分析

本文選擇了隧道拱頂和隧道地表的沉降累計值作為建模的原始數據，此兩處地點分別代表了地鐵隧道內、外的兩種不同監測數據（拱頂沉降點為洞口位置沉降最大的位置，地表沉降點位于地表沉降最大的斷面上），具有一定的代表性并且分別選取了觀測數據較完整的兩組數據（隧道拱頂GZD1、GD2；隧道地表SE4、EL3）。觀測數據總共有67期，見表1和圖2-圖3。

表1 地鐵變形監測累計沉降值（部分數據） mm

續表1 mm

圖2 拱頂最大沉降點動態變形曲線

圖3 地表最大沉降點動態變形曲線

由表1和圖2可知，最大沉降拱頂點位于E斷面，對于拱頂點，隨著E斷面的施工，拱頂點GDZ1和GD2 (均位于洞門口位置)呈加速下沉的趨勢，由于E斷面直徑較大，施工時間較長，使得點位沉降時間增長，累計沉降量增大，當E斷面施工完成后（20期），進入D斷面施工，拱頂點沉降速度降低，沉降量繼續增加，后續的C1和C2施工（49～67期），點位沉降速度幾乎不再增加，勻速沉降，直至分別穩定為67.82、50.43 mm，未超過設計給定限值（設計給出的拱頂極限沉降值為80 mm，由于E斷面施工前期將GZD1遮擋，導致前22期數據無法獲取）。

由表1和圖3可知，地表沉降最大位置在D與C1兩斷面的交接面附近，在E施工斷面結束前（15期之前），SE4和EL4沉降速度緩慢，之后，隨著其他各斷面的施工，開始加速沉降，第24（27）期沉降數據已超過設計給定的30 mm控制值標準，直到第54期，SE4和EL4沉降分別達到78.46、100.51 mm，此后沉降開始減速，累計沉降值繼續增大，直到第67期穩定在93.02、114.11 mm，遠遠超出了設計給定的限值。當時考慮到路面為臨時輔道，物探結果證明地層內無溶洞等破壞性地層結構，車速、車流量均較小，配合施工過程每2 h監測一次地表沉降，保證施工和地表道路安全。

4 結語

整個施工過程設計的工序較多，施工轉換頻繁，從E斷面到C斷面，工法從臺階法到CRD法，施工過程需要密切監測拱頂、拱腰、地表建筑物和道路的沉降情況，尤其對于近12 m高的E斷面，施工的風險性更大，更應該根據監測數據來掌握圍巖的應力變化以及對周邊環境的影響，及時調整掘進進尺和初期支護技術參數，做到信息化施工，尤其在隧道內沉降、收斂較小，而地面沉降較大時，應及時分析查找原因，防止地表突然塌陷和隧道內涌水、砂現象，造成災難性后果。

[1]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]施仲衡.地下鐵道設計與施工手冊[M].西安：陜西科學技術出版社，1997.

[3]王海君，朱蘭洋.北京地鐵西四站暗挖段施工工法數值模擬研究[J].建筑科學，2007，23(11)：20-25.

[4]吳介普.北京地區淺埋暗挖引起的地表沉降及其控制標準的研究[D].北京：北京交通大學，2009.

[5]宋宜容，陳廣峰，夏世龍，等.暗挖法地鐵施工測量與反饋技術[J].鐵道工程學，2010，（3）：105-108.

[6]黃 俊.北京地鐵和平西橋站—北土城東路站區間渡線區隧道暗挖施工技術[J].現代隧道技術，2006，43（1）：67-71.

□黃艷萍/天津市地質工程勘察院。

U456

C

1008-3197（2015）06-50-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.017

2015-10-09

李亞飛/男，1981年出生，工程師，天津市地質工程勘察院，從事巖土工程相關領域技術服務及研究工作。