既有隧道擴(kuò)建工程優(yōu)化CD法施工監(jiān)控量測分析

■邵順安（1.福建省建筑科學(xué)研究院；2.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州350025）

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既有隧道擴(kuò)建工程優(yōu)化CD法施工監(jiān)控量測分析

■邵順安1，2
（1.福建省建筑科學(xué)研究院；2.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州350025）

針對(duì)福州市金雞山隧道初期支護(hù)背后圍巖出現(xiàn)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(wěn)定等特點(diǎn)，提出了金雞山隧道擴(kuò)建工程采用優(yōu)化CD工法進(jìn)行施工，即優(yōu)化后將臨時(shí)中隔壁支撐置于既有隧道襯砌混凝土上，同時(shí)將原設(shè)計(jì)弧形中隔壁調(diào)整為垂直中隔壁的優(yōu)化CD法。本文針對(duì)該施工方案，進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場監(jiān)控量測，并對(duì)施工過程中圍巖變形演化特點(diǎn)進(jìn)行深入分析研究。結(jié)果驗(yàn)證了該優(yōu)化CD施工方法的可行性，為施工方法進(jìn)一步優(yōu)化提供了參考。

既有隧道擴(kuò)建優(yōu)化CD法監(jiān)控量測

1引言

近年來，由于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和汽車普及，導(dǎo)致市區(qū)內(nèi)車流量日益升高，每逢高峰時(shí)間，上班的、旅游的、購物的車流從四面八方涌入市中心，導(dǎo)致現(xiàn)有道路無法負(fù)荷，從而造成城市道路堵塞的情形。而早期建設(shè)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(fā)展的需要，提高城市交通運(yùn)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(kuò)建，通常采用原位擴(kuò)建方式。隧道原位擴(kuò)建需要將原有結(jié)構(gòu)拆除后再進(jìn)行隧道擴(kuò)挖，形成大斷面甚至特大斷面隧道，其中圍巖將經(jīng)過多次擾動(dòng)，圍巖的變形也將發(fā)生錯(cuò)綜復(fù)雜的變化。因此，既有隧道的擴(kuò)建與新建隧道的施工方法也存在一定的不同。

本文結(jié)合金雞山隧道的現(xiàn)場監(jiān)控量測工作，對(duì)既有隧道原位擴(kuò)建成大斷面隧道在施工過程中圍巖變形演化特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，不僅為隧道施工方案的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)，也可為今后類似工程的實(shí)施和深入的理論研究提供參考和借鑒。

2金雞山隧道擴(kuò)建工程實(shí)例

2.1工程概況

原有金雞山隧道位于福州市二環(huán)路東北段，由兩座機(jī)動(dòng)車隧道和一座行人和非機(jī)動(dòng)車隧道組成。其中機(jī)動(dòng)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(kuò)建時(shí)已有18年之久，存在較多病害，主要體現(xiàn)在：襯砌變形開裂、厚度不足、頂部脫空等情況。

本次隧道擴(kuò)建改造主要是對(duì)機(jī)動(dòng)車隧道進(jìn)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(kuò)寬為雙向8車道，行人及非機(jī)動(dòng)車隧道保持現(xiàn)狀不動(dòng)，拓寬后隧道左右洞長均為576m，金雞山隧道擴(kuò)建改造示意圖見圖1。

圖1　金雞山隧道擴(kuò)建改造示意圖（cm）

2.2施工方法優(yōu)化

金雞山隧道擴(kuò)建施工采用新奧法進(jìn)行施工，原施工方法為中隔壁（CD）法，中隔壁及臨時(shí)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(cè)，上臺(tái)階臨時(shí)中隔壁I14工字鋼拱腳落于既有隧道初期支護(hù)背后（見圖2），由于初期支護(hù)背后圍巖出現(xiàn)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(wěn)定，為此施工單位優(yōu)化后將臨時(shí)中隔壁支撐置于既有隧道襯砌混凝土上；同時(shí)若按照設(shè)計(jì)弧度設(shè)置中隔壁，對(duì)既有襯砌產(chǎn)生水平向圍巖推力，由于背后有松散空洞區(qū)，容易將襯砌混凝土推裂造成中隔壁失穩(wěn)，為此將原設(shè)計(jì)弧形中隔壁調(diào)整為垂直中隔壁（見圖3）。施工方法優(yōu)化前后對(duì)比詳見表1。 2.3優(yōu)化CD法開挖步序

圖2　優(yōu)化前施工方法示意圖

圖3　優(yōu)化后施工方法示意圖

表1　施工方法優(yōu)化前后對(duì)比

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

3監(jiān)測量測驗(yàn)證

3.1監(jiān)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(duì)人產(chǎn)生的作用和影響，嚴(yán)格區(qū)分主客體，習(xí)慣了以物本為主體的客體思維方式，語言表達(dá)上力求客觀、公正、嚴(yán)謹(jǐn)。相反，中國古代哲學(xué)家所倡導(dǎo)的是“天人合一”的思想，強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧統(tǒng)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(xí)慣以人為主語，有時(shí)甚至?xí)[含或省略人稱，產(chǎn)生無主句。以下句為例：

為了研究隧道施工期間圍巖的穩(wěn)定性，驗(yàn)證優(yōu)化后的施工方案是否可行，支護(hù)結(jié)構(gòu)是否具有足夠的強(qiáng)度。根據(jù)隧道上方的地形地貌和埋設(shè)條件，在隧道進(jìn)口段布設(shè)監(jiān)控?cái)嗝孢M(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，本文選擇最有代表性的右洞進(jìn)口YK0+376里程斷面進(jìn)行分析研究。

隧道圍巖變形是隧道穩(wěn)定性的直接表現(xiàn)。因此，根據(jù)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(jiān)測項(xiàng)目有：地表沉降、拱頂沉降和周邊位移監(jiān)測。具體測點(diǎn)布設(shè)如圖4所示。3.2監(jiān)測結(jié)果與分析

圖4　監(jiān)控量測測點(diǎn)布置示意圖

（1）地表沉降監(jiān)測結(jié)果與分析

從洞口管棚施工完畢后，開始對(duì)地表沉降進(jìn)行正常監(jiān)測，每天監(jiān)測1～2次，最終得到地表累計(jì)沉降量曲線如圖5所示。

圖5　地表累計(jì)沉降曲線圖（mm）

由圖5可以看出，地表累計(jì)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(guī)律是：①上下導(dǎo)洞及中隔壁的開挖都將導(dǎo)致其上方地表沉降量顯著增大，導(dǎo)洞開挖通過后，地表沉降量仍緩慢發(fā)展，最終隧道正上方的累計(jì)沉降量最大，隨著遠(yuǎn)離隧道及二襯施工時(shí)間臨近，地表沉降量逐漸減小并趨于穩(wěn)定。②隧道軸線位置附近地表沉降明顯，兩側(cè)逐漸減小，大致呈漏斗狀，并且由于隧道右導(dǎo)洞先開挖，開挖面積較左導(dǎo)洞大，所以靠近右導(dǎo)洞范圍洞頂下沉量大于后開挖的左導(dǎo)洞。

右導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖支護(hù)后，進(jìn)行拱頂沉降監(jiān)測點(diǎn)G1的安裝及初值測量，左導(dǎo)坑上臺(tái)價(jià)開挖支護(hù)后，進(jìn)行沉降監(jiān)測點(diǎn)G2的安裝及初值測量，正常監(jiān)測時(shí)每天監(jiān)測1～2次。監(jiān)測結(jié)果的拱頂沉降-監(jiān)測時(shí)間曲線如圖6～圖7所示。

圖6　右導(dǎo)坑拱頂沉降-時(shí)間曲線圖

圖7　左導(dǎo)坑拱頂沉降-時(shí)間曲線圖

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

監(jiān)測結(jié)果表明，①拱頂沉降在G1測點(diǎn)布置后較大，達(dá)到-1.08mm/d，之后沉降速率逐步減??；②當(dāng)左導(dǎo)坑上臺(tái)價(jià)開挖時(shí)，由于爆破振動(dòng)對(duì)豎撐等支護(hù)的影響，導(dǎo)致G1測點(diǎn)沉降速率急劇增大，達(dá)到-1.29mm/d；③由于豎撐的作用，左右導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖時(shí)，對(duì)拱頂沉降影響不大；④豎撐下部開挖時(shí)，由于豎撐存在部分懸空，導(dǎo)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(wěn)定。

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

監(jiān)測結(jié)果表明，①拱頂沉降在G2測點(diǎn)布置后較大，達(dá)到-0.31mm/d，之后沉降速率逐步減??；②左右導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖時(shí)，對(duì)拱頂沉降影響不大；④豎撐下部開挖時(shí)，由于豎撐存在部分懸空，導(dǎo)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(wěn)定。

（3）周邊收斂監(jiān)測結(jié)果與分析

右導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖支護(hù)后，布設(shè)周邊收斂測線D-F，并進(jìn)行初值測量，與拱頂沉降監(jiān)測同時(shí)進(jìn)行。監(jiān)測結(jié)果的周邊收斂速率-時(shí)間曲線如圖8所示。

由圖8可以看出，右導(dǎo)坑上臺(tái)階周邊收斂測線D-F存在1次明顯的收斂速率較大點(diǎn)（b點(diǎn)）。究其原因，是由于此時(shí)左導(dǎo)坑上臺(tái)價(jià)進(jìn)行爆破開挖施工，導(dǎo)致豎向支撐向右側(cè)產(chǎn)生彎曲變形。左導(dǎo)坑通過后，隨著時(shí)間的推移，周邊收斂速率逐步穩(wěn)定。

圖8　右導(dǎo)坑D-F收斂速率-時(shí)間曲線圖

4結(jié)語

本文針對(duì)金雞山隧道優(yōu)化后的施工方法，進(jìn)行了相應(yīng)的現(xiàn)場監(jiān)控量測工作，并分析了圍巖變形演化特點(diǎn)，得出以下結(jié)論：盡管該隧道施工工序復(fù)雜，但從圍巖位移等監(jiān)控量測結(jié)果看，金雞山隧道優(yōu)化后施工方法是可行的，圍巖變形可控，基本穩(wěn)定，豎向支撐置于原有二襯之上，有利于隧道初期支護(hù)的穩(wěn)定。

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