富水砂層條件隧道下穿橋梁工程的風險識別及監測分析

張鑫 高崇坤 王迪

摘 要：隧道工程穿越河流橋梁通常是施工過程中的重大風險源，尤其是在地層孔隙率大、滲透系數大、穩定性難控制的富水砂層內施工。青島地鐵某區間隧道穿越富水砂層地段，其中部分區段下穿張村河及上部橋梁，區間隧道采用明挖法與暗挖法相結合的施工工藝，順利通過下穿河流橋梁段，施工過程中變形控制和環境影響控制方面效果良好，未造成路面、橋面塌陷、管線破裂等事故，對周邊環境未帶來不利影響。該地鐵隧道在富水砂層條件下順利下穿橋梁，其成功經驗對于類似工程具有較大的參考意義。

關鍵詞：地鐵隧道；富水砂層；下穿橋梁；風險識別；監測分析

中圖分類號：U445.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0009-04

Abstract： Tunnel crossing river bridge is usually a major source of risk in the construction process， especially inthe construction of water-rich sand layer with large the formation porosity， large permeability coefficient， and difficulty of stability controlling. The tunnel of a certain section of Qingdao Metro passes through the water-rich sand layer， some sections of which underpass the Zhangcun River and the upper bridge. The interval tunnel adopts the construction technology of the combination of the open excavation method and the subsurface excavation method， thus allowing smooth passing through the bridge section of the lower crossing river. The effect of deformation control and environmental impact control in the construction process is good， with no road surface or bridge floor collapse， pipeline rupture and other accidents， and no adverse impact on the surrounding environment. The subway tunnel underpasses the bridge smoothly under the condition of water-rich sand layer， and its successful experience is of great reference significance for similar projects.

Keywords： subway tunnel； water-rich sand layer； underpass bridge； risk identification； monitoring and analysis

1 概述

城市地下工程在特殊地質條件下施工中，巖土體的特殊性質會對施工造成諸多困難，富水砂層是一種常見的地質條件，尤其在城市地下鐵道施工中經常遇到，伴隨著砂層的膠結程度差，強度低，開挖后洞室穩定性差，變形量大、傾斜等情況，變形也難以控制，甚至會發生塌方等事故，施工難度比較大[1-3]。在水的作用下，砂層物理力學性質將會更加復雜，開挖過程中常誘發涌砂、涌水、流砂等地質災害，也會發生地表沉降裂縫、地下水位下降等嚴重環境問題[4-5]。

青島地鐵多處區間穿越地層穩定性難控制的富水砂層地區，尤其是某區間隧道穿越張村河富水砂層段，圍巖松散破碎，砂層埋深不一，地下水位較高，且水源補給豐富，工程地質條件極為復雜。如何保障在富水砂層地段的隧道安全施工成為青島地鐵的建設重難點。

2 工程簡介

本文研究對象為青島地鐵某區間，下穿張村河砂層段，采用明挖法施工，矩形斷面形式，區間隧道與深圳路上現有張村河橋樁水平距離為15.7m。區間內特殊性巖土主要為人工雜填土，其成分以粘性土、砂土為主，局部夾有碎石、碎磚、砼塊等，土質不均，土體較松散。主要分布于表層，厚度變化較大，最厚達9.4米，該層均位于隧道洞身之上，且距洞頂多大于8米。

3 區間工程風險源分析及對策

3.1 風險源分析

本區間內土建工程線路較長，施工設計工法暗挖與明挖工藝均有，施工工藝復雜多樣，部分區段地質條件差，周邊環境復雜，變形及爆破振速控制及其嚴格，監測技術要求高、周期長，是青島地鐵該線路重大風險源數量最多的一個區間隧道，現對區間隧道主要工程風險描述如下：

（1）區間在YCK42+545.179～YCK43+75.00段暗挖隧

道穿越飽水礫砂層，礫砂層孔隙率大、滲透系數大，若處理措施不當，就會發生涌水涌砂，甚至引發水體倒灌事故，施工難度高。

（2）區間在YSK43+573～YSK43+640穿越張村河，此區間段穿越張村河富水砂層段，Ⅵ級圍巖，基坑開挖深度10.5～15.6m，砂層厚度4.5～14.0m不等，地下水位較高，工程地質及水文地質條件復雜。

（3）區間側穿某路上現有張村河橋，區間結構外皮與橋樁水平距離為15.7m，施工過程中易使橋樁發生變形。

3.2 風險處置對策

區間重大風險源較多，對重大風險源范圍內的工程結構和周邊環境進行加強監測是本項目的監測重點。

（1）風險源1：區間礦山法暗挖隧道穿越孔隙率大、滲透系數大的飽水礫砂層易發生涌水涌砂，甚至引發水體倒灌事故。

對策：采用輕型井點降水或管井降水，降水井應穿透含水層，井底標高應至少低于隧道仰拱2m，降水井宜布置在雙線隧道中間，注漿方式采用可注性較強的填充擠壓和剪切劈裂注漿兩種方式，同時開挖采用上下臺階保留核心土和臨時仰拱法，可有效控制地層變形。

（2）風險源2：區間下穿張村河，采用明挖法施工，鉆孔灌注樁外加旋噴止水帷幕，穿越地層富水砂層，下挖過程中容易發生滲漏水、涌水涌砂、基坑變形過大等風險。

對策：在下穿段圍護樁上布設深層水平位移和樁頂沉降監測項目（間距為10m），并布設了支撐軸力以監測其支撐的受力情況，確保基坑支護安全可控。現場加密巡視，發現有滲漏水及支護變形較大的情況立即上報。

（3）風險源3：區間側穿深圳路上現有張村河橋。

對策：對張村河橋布設橋墩沉降及傾斜變形監測點，

并加強對其進行現場巡視，發現橋面結構發生變形后及時上報。

4 現場監測效果分析

依據具體的風險源處不同的施工特點，結合工程地質特點，對該區間地表沉降、圍護樁頂位移、地下水位等情況進行了現場監測，做到了科學、合理、信息化監測，促使本區間段地鐵施工安全平穩的完成。該區間監測特征點數據匯總如表1。區間各監測項目數據變化曲線如圖2-8。

（1）本次地表沉降的監測點位DC02-06所處里程為YSK43+096，根據圖1所示，暗挖下穿段隧道地表沉降累計變化最大值出現在監測點DC02-04處，數值為-32.30mm，控制值為-40mm，累計變量小于控制值，其他部位地表沉降點數值均小于DC02-04。

（2）如圖2，圍護樁頂沉降監測所處里程為ZSK43+157，當從開挖至第一道撐時，QC01-01和QC02-01兩個監測點的沉降趨勢呈整體急劇下降趨勢，當開挖至基坑底部時，上述兩個測點出現拱形隆起趨勢，此后布設的測點QC04-01、QC04-02與之前兩個測點的沉降出現緩慢變形。累計變化最大值出現在基坑東側處（QC04-01），數值為

-16.85mm，控制值為20mm，累計變量小于控制值，其他部位圍護樁頂沉降監測數值均小于QC04-01。

（3）如圖3，樁頂水平位移監測所處里程為YSK43+096，QW01-01、QW02-01、QW02-02三個測點從開挖初時至第一道支撐時，整體變化趨勢呈急劇上升，當開挖至基坑底時，上述測點變形變緩直至進入此后的穩定變形階段。累計變化最大值出現在基坑東側處（QW02-02），數值為27.28mm，控制值為40mm，累計變量小于控制值，其他部位樁頂水平位移點數值均小于QW02-02。

（4）如圖4，地下水位沉降監測所處里程為YSK43+116，從2013年8月23日開始進行地下水位監測直至2014年4月底進入雨季之前，施工段的地下水位一直處于0mm以下的穩定狀態。進入雨季之后，施工段的地下水位出現急劇上漲，在2014年8月20日之前，這期間的地下水位呈拱形變化趨勢，但水位基本處在0mm以上。累計變化最大值出現在基坑東側處（SW02），數值為2758mm，控制值為1000mm，累計變量大于控制值，其他部位地下水位沉降數值均小于SW02。

（5）如圖5，錨索軸力監測里程為YSK43+076，施工時，錨索施做期時其6個監測點的軸力變化會出現急劇上升的波動期，之后將進入錨索穩定期，軸力基本穩定在某個值。最大值出現在明暗挖結合處（ML01），數值為237.28kN，控制值為100%f2，軸力變量小于控制值，其他部位錨桿內力數值均小于ML01。

（6）如圖6，支撐軸力監測里程位于ZSK43+197，從監測開始至開挖至吊腳樁深度時，支撐軸力變化趨勢為上升階段，到鎖腳錨桿施工階段時，軸力變化趨于高值穩定階段，當開挖深度繼續增加，支撐軸力會出現下降趨勢直至后期的二次穩定。軸力變化最大值出現在基坑西側處（ZL05-01），數值為754.27kN，控制值為1867kN，軸力變量小于控制值，其他部位支撐軸力數值均小于ZL05-01。

（7）如圖7，孔隙水壓力監測里程位于ZSK43+197，整體來看，監測點KY01-01與KY01-02一直處于平穩狀態。變化最大值出現在基坑西側處（KY01-01），數值為11.51kPa，控制值為100%f2，壓力變量小于控制值，其他部位空隙水壓力數值均小于KY01-01。

（8）如圖8，土壓力監測點的里程位于ZSK43+197，監測點TY01-01的變化趨勢整體呈先穩定后下降，開挖至吊腳樁深度之前土壓力呈穩定波動趨勢，到鎖腳錨桿施工階段，土壓力的變化基本穩定，此后將進入急劇下降至平穩階段。變化最大值出現在基坑西側處（TY01-01），數值為6.64kPa，控制值為100%f2，壓力變量小于控制值，其他部位土壓力數值均小于TY01-01。

5 結論

青島地鐵某區間隧道采用暗挖法與明挖法相結合的施工工法，區間暗挖段穿越飽水礫砂層，明挖段穿越張村河砂層段，工程難度高，文章總結了遼東區間隧道穿越過程遇到工程重難點，分析了風險處理對策，結合現場監測情況，主要得到以下結論：

（1）青島地區地質條件復雜，地層整體條件較好，但在線路選型中不可避免地穿越富水砂層的情況。由于富水砂層段具有不連續，層厚極不均勻，變化頻繁等特點，所以盾構法不適用，因此在復雜條件下，該區間選擇了更具有普適性的礦山法暗挖和明挖法進行開挖。

（2）針對暗挖隧道穿越飽水礫砂地層，文中提出采用輕型井點或管井進行降水，注漿方式采用可注性較強的填充擠壓和剪切劈裂注漿兩種方式，開挖方法采用上下臺階預留核心土和臨時仰拱法方法，可有效控制地層變形。

（3）針對明挖隧道穿越張村河和張村河橋等風險工程特點，提出在下穿段圍護樁上布設深層水平位移和樁頂沉降監測項目，在張村河橋布設橋墩沉降及傾斜變形監測點，并布設了支撐軸力以監測其支撐的受力情況，確保基坑支護和橋體結構安全可控。

（4）該區間施工過程中整體變形較小，各部位變形隨開挖有所發展，但最終趨于平穩，變形可控未發現大變形、開裂等情況。施工過程中變形控制和環境影響控制方面控制效果良好，未造成路面塌陷、管線破裂等事故，對周邊環境未帶來不利影響。

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