洛陽(yáng)地鐵暗挖隧道變形監(jiān)測(cè)與分析

許 帥

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300308)

1 概述

在城市地鐵隧道的建設(shè)中，目前采用的主要施工方法是盾構(gòu)法。盾構(gòu)法施工具有速度快、安全性高等優(yōu)勢(shì)。但是，由于受到周邊環(huán)境因素的制約，地鐵隧道施工往往也需要采用淺埋暗挖法。這一施工方法最早在北京地鐵施工中使用，因?yàn)槠淞己玫慕?jīng)濟(jì)效益，最終將其命名為“淺埋暗挖法”。并正式提出來(lái)“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”十八字方針[1]。隧道監(jiān)控量測(cè)是判斷隧道自身及周邊圍巖安全性的最重要手段，也是隧道施工的重要組成部分。本文通過(guò)對(duì)洛陽(yáng)地鐵某暗挖隧道的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出暗挖隧道自身結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境隨施工進(jìn)度的變化趨勢(shì)，為今后類似的暗挖隧道施工監(jiān)測(cè)提供一些參考依據(jù)。

2 工程概況

本次監(jiān)測(cè)的隧道為洛陽(yáng)地鐵某出入口過(guò)街暗挖工程的馬蹄形斷面隧道。隧道全長(zhǎng)13.4 m，高5.7 m，跨度為8 m，隧道埋置深度為4.3 m，屬于典型的淺埋隧道。本工程采用CD法施工，先進(jìn)行左側(cè)導(dǎo)洞施工，后進(jìn)行右側(cè)導(dǎo)洞施工。土方開(kāi)挖及初期支護(hù)結(jié)構(gòu)完成之后拆除中隔壁，然后進(jìn)行防水施工及二次襯砌施工。

2.1 工程地質(zhì)條件

隧道所在地層為第四系全新統(tǒng)人工填土為主的填土層和小部分黃土狀粉質(zhì)粘土層，主要為人工雜填土和素填土，自穩(wěn)性相對(duì)較差。地下水類型為潛水。水位埋深為21.10 m～23.40 m，由于暗挖隧道開(kāi)挖深度較淺，因此，本工程在開(kāi)挖過(guò)程中不涉及降水及水位監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)源

地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)包含自身風(fēng)險(xiǎn)和周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，任何一類風(fēng)險(xiǎn)不注意都有可能造成工程事故。

本工程自身風(fēng)險(xiǎn)為：

隧道埋深較淺，且覆土層為人工雜填土、素填土及黃土狀粉質(zhì)粘土，自穩(wěn)性較差，存在塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。

本工程周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為：

1)施工區(qū)域位于城市人口密集區(qū)，隧道上方道路為城市主干道，車流量較大，造成暗挖隧道施工過(guò)程中頂部覆土動(dòng)載大，存在塌陷的風(fēng)險(xiǎn)；

2)暗挖隧道上方土層中有一根污水管橫穿，埋深1.7 m，管徑800 mm，施工過(guò)程中不均勻沉降容易破壞管線，導(dǎo)致管線漏水，影響隧道安全。

3 隧道變形監(jiān)測(cè)

3.1 隧道監(jiān)測(cè)內(nèi)容

隧道自身結(jié)構(gòu)：拱頂沉降監(jiān)測(cè)，凈空收斂監(jiān)測(cè)。

隧道周邊環(huán)境：地表豎向位移監(jiān)測(cè)、地下管線豎向位移監(jiān)測(cè)。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

由于隧道變形監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目較多，每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的點(diǎn)位布設(shè)方法有所不同，現(xiàn)分別介紹如下：

1)拱頂沉降監(jiān)測(cè)。

在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后的暗挖隧道頂部沿中軸線方向布設(shè)拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)與地表豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)在同一橫向監(jiān)測(cè)斷面上，橫斷面間距為5 m。拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用預(yù)制件在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后緊隨開(kāi)挖面(離開(kāi)挖工作面2 m以內(nèi))布設(shè)，并及時(shí)讀取初始值。拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)略低于表面，以防止施工過(guò)程中施工設(shè)備及施工人員對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)造成破壞。

2)凈空收斂監(jiān)測(cè)。

凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)與拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一監(jiān)測(cè)斷面上，布設(shè)于暗挖隧道拱腰部，左右兩側(cè)均布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由于本工程暗挖隧道采用CD法施工，先進(jìn)行左側(cè)導(dǎo)洞施工，后進(jìn)行右側(cè)導(dǎo)洞施工。因此，左右兩側(cè)導(dǎo)洞均布設(shè)凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3)地下管線豎向位移監(jiān)測(cè)。

對(duì)隧道主要影響區(qū)及次要影響區(qū)范圍內(nèi)的地下管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在管線節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)或變形曲率較大的部位，監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面間距宜為10 m～15 m，本工程由于受管線埋設(shè)方法的制約，無(wú)法埋設(shè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)，故采用埋設(shè)間接監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方法進(jìn)行地下管線豎向位移的監(jiān)測(cè)。

4)地表豎向位移監(jiān)測(cè)。

垂直于暗挖隧道中軸線方向布設(shè)監(jiān)測(cè)橫斷面，每排橫斷面間距為5 m；隧道中軸線上的測(cè)點(diǎn)為每個(gè)橫斷面中間的測(cè)點(diǎn)，沿中軸線向兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)間距分別為2.5 m,3.5 m,5 m,5 m,5 m,5 m，每排斷面共計(jì)13個(gè)地表豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖1所示。

3.3 監(jiān)測(cè)控制值

監(jiān)測(cè)控制值的確定應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[2]等相關(guān)規(guī)范的要求。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)控制值及警戒值見(jiàn)表1。

表1 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值及警戒值

3.4 監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)頻率滿足GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范等相關(guān)規(guī)范的要求，具體監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表2。

表2 暗挖隧道監(jiān)測(cè)頻率

3.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)項(xiàng)進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)，并將部分現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理繪制成各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化量隨時(shí)間變化的圖形，可以更加直觀的看出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況。

1)拱頂沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量最大點(diǎn)為GDC-02-01，變化量為-14.05 mm，已超過(guò)警戒值，達(dá)到預(yù)警狀態(tài)。變化趨勢(shì)如圖2所示。

2)凈空收斂監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量最大點(diǎn)為JKJ1-01-02，變化量為-9.54 mm，已超過(guò)警戒值，達(dá)到預(yù)警狀態(tài)。變化趨勢(shì)如圖3所示。

3)地表豎向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量最大點(diǎn)為DBC-12-07，變化量為-29.92 mm，已超過(guò)警戒值，達(dá)到預(yù)警狀態(tài)。變化趨勢(shì)如圖4所示。

4)地下管線豎向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量最大點(diǎn)為GXC-WS-05，變化量為-3.83 mm，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均處于正常狀態(tài)。變化趨勢(shì)如圖5所示。

3.6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)上面各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目累計(jì)變化量的變化趨勢(shì)圖可以看出，12月26日地表豎向位移、拱頂沉降、凈空收斂等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較大。其中地表豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)DBC-12-07，DBC-12-08，拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位GDC-02-01，凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)位JKJ1-01-02的累計(jì)變化量均已超出相應(yīng)的警戒值，達(dá)到預(yù)警狀態(tài)。

該工程于12月1日開(kāi)始施工，先進(jìn)行左側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖。12月17日左側(cè)導(dǎo)洞土方開(kāi)挖完成，初支完成。緊接著開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)洞，12月28日右側(cè)導(dǎo)洞土方開(kāi)挖完成，噴錨完成，初支閉合。

由監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖可知地表豎向位移預(yù)警點(diǎn)位位于暗挖隧道左側(cè)導(dǎo)洞正上方，且所有測(cè)項(xiàng)的預(yù)警點(diǎn)位都在同一監(jiān)測(cè)斷面上。左側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖至初支完成，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率及累計(jì)變化量較小，監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)明顯下沉趨勢(shì)，可以判斷結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。從右側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖開(kāi)始，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化速率有增大趨勢(shì)，并于12月26日累計(jì)變化量超出各測(cè)項(xiàng)相應(yīng)的警戒值，達(dá)到預(yù)警狀態(tài)，且拱頂出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)生之后，施工單位立即采取措施進(jìn)行處理。在地面采取限制重型車輛的方式進(jìn)行處理，在洞內(nèi)采取WSS雙液法全斷面注漿的方法進(jìn)行處理，并且及時(shí)進(jìn)行初支封閉。注漿之后，地表豎向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)短暫性隆起后趨于穩(wěn)定，滲漏水現(xiàn)象逐漸消失。凈空收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，變化速率也相對(duì)較小。

4 結(jié)語(yǔ)

1)本工程為淺埋暗挖隧道，由于隧道埋深較淺，拱頂覆土為自穩(wěn)性較差的雜填土和素填土，且處于城市人口密集區(qū)的城市主干道下方，車流量相對(duì)較大，因此，地表動(dòng)載對(duì)地表豎向位移及拱頂沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響較為明顯，即對(duì)暗挖隧道結(jié)構(gòu)豎直方向上的凈空影響較大；

2)開(kāi)挖左側(cè)導(dǎo)洞期間隧道整體開(kāi)挖面較小，對(duì)周邊巖土體擾動(dòng)較小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較小，隧道結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。后開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)洞期間，隧道整體開(kāi)挖面突然增大，對(duì)周邊巖土體擾動(dòng)較大，拱頂覆土存在整體性下沉趨勢(shì)，導(dǎo)致地表豎向位移和拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均出現(xiàn)預(yù)警情況；

3)左側(cè)導(dǎo)洞初支施工完成之后，隨著右側(cè)導(dǎo)洞的開(kāi)挖，相應(yīng)位置的凈空收斂數(shù)據(jù)變化較大，主要原因是右側(cè)導(dǎo)洞施工導(dǎo)致中隔壁發(fā)生了水平位移；

4)WSS雙液法全斷面注漿止水效果明顯，對(duì)于水平方向上凈空收斂的控制效果較為明顯[3]。且能有效加固周邊土體，控制地表豎向位移處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證暗挖隧道的施工安全。