既有隧道擴建工程優化CD法施工監控量測分析

■邵順安（1.福建省建筑科學研究院；2.福建省綠色建筑技術重點實驗室，福州350025）

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既有隧道擴建工程優化CD法施工監控量測分析

■邵順安1，2
（1.福建省建筑科學研究院；2.福建省綠色建筑技術重點實驗室，福州350025）

針對福州市金雞山隧道初期支護背后圍巖出現不同程度松散，在豎向荷載作用下沉變形大，不利于中隔壁穩定等特點，提出了金雞山隧道擴建工程采用優化CD工法進行施工，即優化后將臨時中隔壁支撐置于既有隧道襯砌混凝土上，同時將原設計弧形中隔壁調整為垂直中隔壁的優化CD法。本文針對該施工方案，進行相應的現場監控量測，并對施工過程中圍巖變形演化特點進行深入分析研究。結果驗證了該優化CD施工方法的可行性，為施工方法進一步優化提供了參考。

既有隧道擴建優化CD法監控量測

1引言

近年來，由于城市經濟發展和汽車普及，導致市區內車流量日益升高，每逢高峰時間，上班的、旅游的、購物的車流從四面八方涌入市中心，導致現有道路無法負荷，從而造成城市道路堵塞的情形。而早期建設的城市隧道已無法滿足城市交通的需求，極易形成交通瓶頸。為了滿足城市發展的需要，提高城市交通運力，城市隧道急需通過拓寬，與洞外道路交通相匹配。

城市隧道的改建、擴建，通常采用原位擴建方式。隧道原位擴建需要將原有結構拆除后再進行隧道擴挖，形成大斷面甚至特大斷面隧道，其中圍巖將經過多次擾動，圍巖的變形也將發生錯綜復雜的變化。因此，既有隧道的擴建與新建隧道的施工方法也存在一定的不同。

本文結合金雞山隧道的現場監控量測工作，對既有隧道原位擴建成大斷面隧道在施工過程中圍巖變形演化特點進行分析研究，不僅為隧道施工方案的優化調整提供依據，也可為今后類似工程的實施和深入的理論研究提供參考和借鑒。

2金雞山隧道擴建工程實例

2.1工程概況

原有金雞山隧道位于福州市二環路東北段，由兩座機動車隧道和一座行人和非機動車隧道組成。其中機動車隧道建成于1995年，為雙洞分離式隧道，單洞2車道、雙向4車道，長約577m。該隧道自建成至擴建時已有18年之久，存在較多病害，主要體現在：襯砌變形開裂、厚度不足、頂部脫空等情況。

本次隧道擴建改造主要是對機動車隧道進行原位拓寬，把原單洞2車道分別拓寬為單洞4車道，斷面由雙向4車道擴寬為雙向8車道，行人及非機動車隧道保持現狀不動，拓寬后隧道左右洞長均為576m，金雞山隧道擴建改造示意圖見圖1。

圖1　金雞山隧道擴建改造示意圖（cm）

2.2施工方法優化

金雞山隧道擴建施工采用新奧法進行施工，原施工方法為中隔壁（CD）法，中隔壁及臨時仰拱均采用I14工字鋼+18cm厚C25噴射混凝土。原施工方法是先開挖既有隧道側，上臺階臨時中隔壁I14工字鋼拱腳落于既有隧道初期支護背后（見圖2），由于初期支護背后圍巖出現不同程度松散，在豎向荷載作用下下沉變形大，不利于中隔壁穩定，為此施工單位優化后將臨時中隔壁支撐置于既有隧道襯砌混凝土上；同時若按照設計弧度設置中隔壁，對既有襯砌產生水平向圍巖推力，由于背后有松散空洞區，容易將襯砌混凝土推裂造成中隔壁失穩，為此將原設計弧形中隔壁調整為垂直中隔壁（見圖3）。施工方法優化前后對比詳見表1。 2.3優化CD法開挖步序

圖2　優化前施工方法示意圖

圖3　優化后施工方法示意圖

表1　施工方法優化前后對比

針對以上所涉及的改進，最終的優化后開挖步序是：①開挖右導坑上臺階（A區域），包括拆除原洞二襯，并回填原隧道至拱腰，并施工右導坑上臺階初期支護及臨時豎撐；②滯后右導上臺階10m左右開挖左導坑上臺階（B區域），并完成初期支護；③滯后右導坑上臺階30m開挖右導坑下臺階（C區域），并完成初期支護；④滯后右導下臺階5m開挖左導坑下臺階（D區域），并完成支護；⑤滯后左側臺階5m后開挖豎撐下部（E區域），施工隧底支護并將豎撐接長至隧底，使初期支護封閉成環；⑥施工仰拱；⑦拆除已完成仰拱臨時支撐，且至已完成的二襯混凝土距離不超過20m；⑧鋪設環向盲溝及防水板，整體澆注二次襯砌。

3監測量測驗證

3.1監控方案

西方人民在長期改造自然的過程中衍生出了“物我分離”的思想，注重客觀事物對人產生的作用和影響，嚴格區分主客體，習慣了以物本為主體的客體思維方式，語言表達上力求客觀、公正、嚴謹。相反，中國古代哲學家所倡導的是“天人合一”的思想，強調人與自然的和諧統一，因此形成了漢民族以人為中心的主體性思維方式。換句話來說就是，英語傾向于客體性描述，漢語注重本體性敘述。這兩種不同的思維方式在語言上的反映就是，英語大多以物或抽象概念為主語，且不存在無主句；而漢語則習慣以人為主語，有時甚至會隱含或省略人稱，產生無主句。以下句為例：

為了研究隧道施工期間圍巖的穩定性，驗證優化后的施工方案是否可行，支護結構是否具有足夠的強度。根據隧道上方的地形地貌和埋設條件，在隧道進口段布設監控斷面進行現場監測，本文選擇最有代表性的右洞進口YK0+376里程斷面進行分析研究。

隧道圍巖變形是隧道穩定性的直接表現。因此，根據金雞山隧道的空間布局和隧道施工方法，在圍巖變形方面開展的監測項目有：地表沉降、拱頂沉降和周邊位移監測。具體測點布設如圖4所示。3.2監測結果與分析

圖4　監控量測測點布置示意圖

（1）地表沉降監測結果與分析

從洞口管棚施工完畢后，開始對地表沉降進行正常監測，每天監測1～2次，最終得到地表累計沉降量曲線如圖5所示。

圖5　地表累計沉降曲線圖（mm）

由圖5可以看出，地表累計沉降量并不大，最大的沉降量也沒有超過8mm。其沉降的基本規律是：①上下導洞及中隔壁的開挖都將導致其上方地表沉降量顯著增大，導洞開挖通過后，地表沉降量仍緩慢發展，最終隧道正上方的累計沉降量最大，隨著遠離隧道及二襯施工時間臨近，地表沉降量逐漸減小并趨于穩定。②隧道軸線位置附近地表沉降明顯，兩側逐漸減小，大致呈漏斗狀，并且由于隧道右導洞先開挖，開挖面積較左導洞大，所以靠近右導洞范圍洞頂下沉量大于后開挖的左導洞。

右導坑上臺階開挖支護后，進行拱頂沉降監測點G1的安裝及初值測量，左導坑上臺價開挖支護后，進行沉降監測點G2的安裝及初值測量，正常監測時每天監測1～2次。監測結果的拱頂沉降-監測時間曲線如圖6～圖7所示。

圖6　右導坑拱頂沉降-時間曲線圖

圖7　左導坑拱頂沉降-時間曲線圖

由圖6可以看出，右導坑上臺階拱頂沉降監測點G1存在3次明顯的沉降速率較大點，即受3次明顯的施工影響，分別是右導坑上臺階開挖后（a點）、左導坑上臺階開挖（b點）、豎撐下部開挖（c點）。

監測結果表明，①拱頂沉降在G1測點布置后較大，達到-1.08mm/d，之后沉降速率逐步減小；②當左導坑上臺價開挖時，由于爆破振動對豎撐等支護的影響，導致G1測點沉降速率急劇增大，達到-1.29mm/d；③由于豎撐的作用，左右導坑下臺階開挖時，對拱頂沉降影響不大；④豎撐下部開挖時，由于豎撐存在部分懸空，導致拱頂沉降速率存在一定的增大，約為-0.48mm/d，而在豎撐接至仰拱底部且仰拱施工完畢后，拱頂下沉趨于穩定。

由圖7可以看出，左導坑上臺階拱頂沉降監測點G2存在2次明顯的沉降速率較大點，即受2次明顯的施工影響，分別是左導坑上臺階開挖（b點）、豎撐下部開挖（c點）。

監測結果表明，①拱頂沉降在G2測點布置后較大，達到-0.31mm/d，之后沉降速率逐步減小；②左右導坑下臺階開挖時，對拱頂沉降影響不大；④豎撐下部開挖時，由于豎撐存在部分懸空，導致拱頂沉降速率存在一定的增大，約為-0.17mm/d，而在豎撐接至仰拱底部且仰拱施工完畢后，拱頂下沉趨于穩定。

（3）周邊收斂監測結果與分析

右導坑上臺階開挖支護后，布設周邊收斂測線D-F，并進行初值測量，與拱頂沉降監測同時進行。監測結果的周邊收斂速率-時間曲線如圖8所示。

由圖8可以看出，右導坑上臺階周邊收斂測線D-F存在1次明顯的收斂速率較大點（b點）。究其原因，是由于此時左導坑上臺價進行爆破開挖施工，導致豎向支撐向右側產生彎曲變形。左導坑通過后，隨著時間的推移，周邊收斂速率逐步穩定。

圖8　右導坑D-F收斂速率-時間曲線圖

4結語

本文針對金雞山隧道優化后的施工方法，進行了相應的現場監控量測工作，并分析了圍巖變形演化特點，得出以下結論：盡管該隧道施工工序復雜，但從圍巖位移等監控量測結果看，金雞山隧道優化后施工方法是可行的，圍巖變形可控，基本穩定，豎向支撐置于原有二襯之上，有利于隧道初期支護的穩定。

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