綜合管廊下穿施工結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控技術(shù)

王甫強 黃旸 周黎明 李玉婕

摘要： 城市地下綜合管廊是近年來在中國快速發(fā)展建設的一種市政基礎設施。針對綜合管廊采用淺埋暗挖法施工下穿城區(qū)鐵路所引發(fā)的工程結(jié)構(gòu)安全問題，提出了基于超前地質(zhì)預報的初步預警與基于施工過程多手段監(jiān)測的及時預警相結(jié)合的研究思路。首先，采用基于地質(zhì)雷達原理的超前地質(zhì)預報技術(shù)，實現(xiàn)前方地層條件的及時更新，為現(xiàn)場施工動態(tài)設計提供重要參考，并針對可能發(fā)生的地質(zhì)災害制定搶險預案;然后根據(jù)下穿施工過程采集的數(shù)據(jù)，構(gòu)建包括管廊水平收斂、拱頂下沉、支護受力和地表沉降等指標在內(nèi)的預警指標體系，并參考地鐵、公路、鐵路等相關規(guī)范內(nèi)容，提出綜合管廊下穿施工的結(jié)構(gòu)安全預警控制標準。將該方法應用于十堰市清潭路段地下綜合管廊下穿鐵路線施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控，實現(xiàn)了施工前的初步預警和施工中的及時預警，有效保證了下穿施工過程的人員設備和地表防護對象安全。研究成果可為類似工程的結(jié)構(gòu)安全防護監(jiān)測設計和評價標準提供參考。

關 鍵 詞： 城市地下綜合管廊; 下穿施工; 多源信息監(jiān)控; 結(jié)構(gòu)安全; 淺埋暗挖法; 超前地質(zhì)預報

中圖法分類號： ?TU990

文獻標志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.026

0 引 言

城市地下綜合管廊，簡稱綜合管廊[1]，旨在將電力、通信、燃氣和熱力管線等各種市政管線集于一體，通過建設專用地下通道，將各種功能的管線統(tǒng)一布置于通道內(nèi)，做到“一線多用”，并設有安裝和檢修通道，以及監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)城市生命線工程的統(tǒng)一規(guī)劃、設計、建設和運維。國外的實踐表明[2]，綜合管廊能夠極大提升城市資源的配置效率，避免不同功能的管線施工反復占用道路資源，同時也可降低單一管線建設和運維成本。

我國地下綜合管廊建設起步較晚，當前處于快速建設發(fā)展階段[3]，在該過程中也出現(xiàn)了一些亟待解決的工程問題。綜合管廊施工以明挖法[4]為主，但對于鐵路和高速公路這類不能長時間停運或封閉的重要工程，則需下穿施工通過，由此引發(fā)綜合管廊下穿施工對上部重要線路工程的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控和影響評價問題。對于新建工程下穿既有建筑物的安全監(jiān)控和評價，已有學者進行了一系列研究。莫峰昌[5]針對地鐵盾構(gòu)隧道下穿施工所引起的地層變形及其對建筑基礎的影響問題進行了研究;劉斌[6]對新建地鐵隧道下穿既有隧道的結(jié)構(gòu)影響開展了分析評價;姚海波等[7]針對北京一熱力隧道下穿磚砌群房開展了安全評價和對策分析;冷彪等[8]采用可拓學分析方法，探討了新建下穿隧道對既有隧道的影響;茍德明[9]采用數(shù)值仿真方法，對公路隧道下穿已建公路所采用的支護措施其加固效果進行了評價。這些研究成果深化了對該問題的認識，也積累了一定的技術(shù)經(jīng)驗，但目前對城市綜合管廊這類地下工程在下穿既有建筑物方面的安全監(jiān)控評價研究還處于起步階段。本文以十堰市清潭路段地下綜合管廊下穿鐵路線施工為研究背景，首先分析城市地下綜合管廊下穿施工的主要特點，然后采用超前地質(zhì)預報技術(shù)評價擬下穿區(qū)域的地質(zhì)條件，借助多種手段開展下穿施工中的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測，并提出安全預警指標建議值及制定允許限值標準，最終實現(xiàn)綜合管廊下穿重要線路工程的結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控，為管廊下穿鐵路的施工安全提供技術(shù)保證。

1 城市綜合管廊下穿施工的主要特點

相比于地鐵和公路等隧道工程，城市綜合管廊下穿既有建筑時，具有以下特點。

（1） 城市綜合管廊擬采用淺埋暗挖法實施下穿施工的區(qū)域一般埋深較淺。因前期城市建設開發(fā)，這些地層在地面既有建筑物建設時可能已經(jīng)歷過施工開挖和回填處理，而綜合管廊這類線路工程的勘察鉆孔數(shù)量相對有限，地質(zhì)資料可能無法全面反映線路沿線的地層變化。因此，現(xiàn)場工程師為準確掌握擬下穿施工開挖區(qū)域的真實條件，應考慮采用一定技術(shù)手段更新地質(zhì)條件，從而合理評價擬采用施工方法和支護措施的適應性。

（2） 城市綜合管廊下穿施工常用淺埋暗挖法，上覆巖土體厚度較小，除超前加固措施外，還需豎向支撐等剛性支護，否則管廊暗挖施工將引起地表顯著沉降，導致塌方或地面建筑破壞等工程風險。因此，采用多手段監(jiān)測地表和管廊內(nèi)巖土體變形以及支護結(jié)構(gòu)受力，可以準確、及時、系統(tǒng)地掌握暗挖下穿施工過程中的地層響應特征和支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，這對于保障現(xiàn)場人員和施工設備安全非常重要。

2 ?淺埋暗挖法下穿施工的結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控技術(shù)

2.1 基本思路

基于對城市綜合管廊下穿施工主要特點的認識，為保證管廊下穿鐵路的施工安全，首先，采用超前地質(zhì)預報技術(shù)對擬下穿施工的地層進行探測，結(jié)合前期地質(zhì)資料，更新工程地質(zhì)評價結(jié)論，進而復核擬采用的施工方法和支護措施，做到工程措施和地質(zhì)條件相適應。然后，在下穿施工過程中，采用多手段對地上建筑和地下結(jié)構(gòu)開展全面監(jiān)測，并依據(jù)相關規(guī)范規(guī)程，用采集的多源信息擬定安全預警指標并制定判據(jù)，以確保重點監(jiān)控參數(shù)始終得到有效控制，形成城市綜合管廊淺埋暗挖法下穿 施工的結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控技術(shù)，從而? 確保整個下穿施工過程的現(xiàn)場人員和施工設備安全。

2.2 基于地質(zhì)雷達的超前地質(zhì)預報技術(shù)

地質(zhì)雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）是利用高頻電磁波技術(shù)來探測地下隱藏不同目標體的方法。地質(zhì)雷達發(fā)射天線發(fā)射脈沖電磁波，當這一訊號在巖層中遇到探測目標時，會產(chǎn)生部分反射訊號，直達訊號和發(fā)射訊號通過接收天線輸入到接收機。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的波速和傳播時間可以計算界面深度。當發(fā)射天線沿某一平面移動時，根據(jù)接收的電磁波的運動特征，如反射時間、幅值、頻率與波形等信息，結(jié)合地質(zhì)資料對探測目標的結(jié)構(gòu)、形狀和深度等進行推斷，就能得到探測目標的剖面圖（見圖1）。

應用地質(zhì)雷達這一原理，可進行隧道超前地質(zhì)預報。利用地質(zhì)雷達發(fā)射天線將高頻電磁波經(jīng)掌子面發(fā)射至隧道前方地層中，遇到不良地質(zhì)體反射回隧道掌子面，由接收天線接收電磁波信號進行分析解釋，獲取隧道掌子面前方地層和不良地質(zhì)體分布信息。使用地質(zhì)雷達作超前預報時，以前方擬下穿施工區(qū)域為探測目標，測線布置如圖2所示。

2.3 淺埋暗挖法下穿施工的多源信息監(jiān)控

根據(jù)綜合管廊下穿鐵路施工的主要特點和工程實際，應做好施工地質(zhì)、管廊內(nèi)部收斂變形、支護結(jié)構(gòu)受力和地表沉降及防護對象查勘等4個方面的信息監(jiān)控，詳細介紹如下。

（1） 施工地質(zhì)。

采用淺埋暗挖法施工的地層，一般為松散不穩(wěn)定的土層或軟弱破碎的巖層。開挖過程中，現(xiàn)場地質(zhì)人員應及時根據(jù)新揭示的地層信息對前方巖土體的基本性質(zhì)進行判斷，并與前期地質(zhì)資料和基于超前地質(zhì)預報的更新地質(zhì)條件進行比對，復核地質(zhì)判斷的準確性。若確認存在明顯差異，尤其是實際揭示的地質(zhì)條件比預判更差時，應立即上報，提交有關施工地質(zhì)信息供參建各方進一步復核評估施工和支護設計方案，在排除安全風險后，再繼續(xù)施工。

（2） 管廊內(nèi)部收斂變形。管廊內(nèi)部收斂變形

包括管廊兩側(cè)洞壁的水平向收斂變形以及拱頂下沉變形。監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取應做到“早起測、勤采集”，即：應在開挖出渣和初噴混凝土工序完成后，立刻進場布點起測，且應在定期采集數(shù)據(jù)的基礎上，根據(jù)施工進度、現(xiàn)場條件和參建各方需求，適時加密采集頻率。

（3） 支護結(jié)構(gòu)受力。

淺埋暗挖法施工的支護體系包括超前支護、初期支護和二次襯砌支護。巖土體開挖引起的地層荷載一般由初期支護全部承擔。二次襯砌多作為安全儲備而不承擔施工期荷載，只滿足地下結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)其功能所需的承載。因此，綜合管廊下穿施工過程的支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測重點是初期支護，如錨桿應力和鋼支撐軸力等。

（4） 地表沉降及防護對象查勘。

地表沉降是淺埋暗挖法施工過程的重點監(jiān)控內(nèi)容，一旦下穿施工開挖出現(xiàn)變形陡增，十分容易引起頂拱塌方，造成地表明顯下沉，觸發(fā)建筑物破壞等嚴重問題。為實現(xiàn)全面監(jiān)控，應沿綜合管廊下穿路徑布置多個測點進行持續(xù)性監(jiān)測。另外，地表下沉也會觸發(fā)路面開裂、路基塌陷、建筑物裂縫等連鎖問題。作為一項必要的補充，還應對下穿施工的防護對象做定期查勘，通過表觀形象的變化間接反饋潛在不利影響。

2.4 基于多源信息的安全預警指標分析

2.4.1 安全預警指標的選取

根據(jù)多源信息監(jiān)控內(nèi)容，選取其中的量化信息作為安全預警指標，即：管廊收斂變形、管廊拱頂下沉、支護結(jié)構(gòu)受力和地表沉降量。

目前，城市地下綜合管廊方面的技術(shù)規(guī)范以國家標準GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》[10]為代表，一些行業(yè)和地方也制定了相關技術(shù)導則[11～13]。這些規(guī)范和導則以管廊的規(guī)劃、選線、設計為主要內(nèi)容，施工方面也以管廊本身結(jié)構(gòu)安全要求為主，對施工過程中受影響的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測內(nèi)容涉及有限。因此，廣泛參考市政、公路、鐵路等多行業(yè)規(guī)范的相關規(guī)定內(nèi)容，對選取的安全預警指標進行梳理分析，為制定綜合管廊的控制標準提供參考。

2.4.2 管廊收斂變形和拱頂下沉

城市軌道交通工程施工分為明挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法和礦山法，其中盾構(gòu)法的適用地層和開挖方法與淺埋暗挖法相對接近。根據(jù)GB50911-2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[14]，采用盾構(gòu)法施工時隧道管片結(jié)構(gòu)豎向位移、凈空收斂控制值見表1。

此外，GB50086-2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》[15]中規(guī)定：對于埋深小于50 m的V類圍巖隧洞，建議的允許相對收斂值為0.2%～0.8%（相對收斂值為兩測點間實測位移與兩測點間距離的比值），對于脆性圍巖取小值，塑性圍巖取大值。TB10121-2007《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》[16]中規(guī)定：對于跨度為7～12 m、埋深小于50 m的V類圍巖隧洞，隧道的拱腳水平相對凈空變化為0.20%～0.50%，拱頂相對下沉為0.08%～0.16%，對于硬質(zhì)圍巖取小值，對于軟質(zhì)圍巖取大值。JTG-TD70-2010《公路隧道設計細則》[17]中規(guī)定：對于V類圍巖的雙車道隧道，建議預留變形量為80～120 mm。

考慮到城市軌道交通工程與城市地下綜合管廊的施工環(huán)境最接近，且專門針對各種施工方法提出的控制指標，控制標準的區(qū)分度最高，因此綜合管廊的收斂變形和拱頂下沉可以表1為重要參考，同時也兼顧其他規(guī)范進行適當修正。

2.4.3 支護結(jié)構(gòu)受力

對于超前小導管、系統(tǒng)錨桿、鋼支撐、拱架、噴混凝土等措施在內(nèi)的支護結(jié)構(gòu)，其自身的受力值即為判斷其是否處于正常工作狀態(tài)的依據(jù)。一般而言，對于受壓力荷載的支護，如鋼支撐和拱架，其最大承載可根據(jù)材料強度設計值換算，并考慮一定安全系數(shù)以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，材料強度使用率取為60%～80%。對于受拉力荷載的支護，如錨桿，可取80%～100%的材料強度使用率。支護對象的重要性越高，材料強度使用率取值就越小。綜合管廊支護結(jié)構(gòu)受力的控制指標可參考這一規(guī)律。

2.4.4 地表沉降量

造成城區(qū)地表沉降的外部原因包括兩方面：一個是基坑施工過度排水導致地下水位降低而引起地表下沉;另一個是隧洞開挖施工移除了巖土體使得上覆地層懸空，而施加的支撐力不及時或不夠，而引起頂拱地層向洞內(nèi)變形，以致引發(fā)地表沉降。可見，淺埋暗挖法下穿施工引起的地表沉降在發(fā)生機制上基本與后一個原因一致。因此，借鑒GB 50911-2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》專門針對盾構(gòu)法隧道下穿施工所建立的地表沉降和沉降速率控制值，作為控制標準的制定參考（見表2）。根據(jù)該規(guī)范對工程監(jiān)測等級的規(guī)定，綜合管廊淺埋暗挖法下穿施工可參考一級或二級的對應指標，且當下穿主要影響區(qū)內(nèi)存在重要軌道交通措施和建筑物時，應明確為一級。

進一步從表3整理匯總的一些下穿鐵路或地鐵隧道案例實測沉降數(shù)據(jù)可知，基于表2建議值制定下穿工程的沉降控制標準是基本合適的。

2.5 ?城市地下管廊淺埋暗挖法施工結(jié)構(gòu)安全的建議控制標準

基于前述的安全預警指標分析，結(jié)合綜合管廊的結(jié)構(gòu)特征以及淺埋暗挖法下穿施工的主要特點，提出綜合管廊淺埋暗挖法施工的結(jié)構(gòu)安全控制標準建議方案（見表4）。

（1） 管廊水平收斂控制標準：因表1給出的“0.2%D”是針對“管片結(jié)構(gòu)”而提出的，且不區(qū)分周圍土體類型，因此可考慮在該標準基礎上適當放寬，并區(qū)分土體類型。相關規(guī)范針對埋深小于50 m的V類隧洞，建議的水平相對收斂值分別為0.2%～0.8%[15]和0.2%～0.5%[16]，且?guī)r土體條件越差，控制標準越寬松。因此，根據(jù)上述二者的較嚴標準，并注意取值范圍不出現(xiàn)量值交叉，建議“堅硬-中硬土”和“中軟-軟弱土”的水平收斂控制指標分別為“（0.2%～0.3%）B”和“（0.4 %～0.5%）B”。

（2） 管廊拱頂下沉控制標準可直接采用表1的控制標準。

（3） 決定支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的直接因素是其自身的受力大小，因此管廊支護受力不區(qū)分周圍土體類型，可根據(jù)前述分析制定控制標準。

（4） 下穿影響區(qū)地表沉降控制標準主要參考表2方案制定。

基于淺埋暗挖法施工的綜合管廊結(jié)構(gòu)安全控制標準方案，若管廊施工過程中監(jiān)測到任何一項超過表4中的控制標準，需及時提出預警，并加密監(jiān)測頻率。

3 多源信息監(jiān)控技術(shù)的工程應用

3.1 工程概況

湖北省十堰市是全國首批地下綜合管廊的試點城市，擬在城區(qū)多個地段建設綜合管廊，線路全長51.63 km，基本利用現(xiàn)有城區(qū)路網(wǎng)，主要采用路面明挖基坑方法施工。但是，對于鐵路等不可長時間停運的重要線路工程，則采用淺埋暗挖法下穿施工通過。

清潭路段綜合管廊工程見圖3，鐵路線沿神定河走向延伸，在神定河北岸與清潭路交匯。實際施工中，綜合管廊分別從鐵路道口的南北兩側(cè)通過明挖法施工，逐漸靠近鐵路道口。其中，北側(cè)明挖段直接利用清潭路路面開挖基坑;南側(cè)明挖段則在神定河河床開挖基坑。南北兩側(cè)的明挖基坑均在接近鐵路道口處換用下穿方法施工，掘進方向從神定河向清潭路開挖，即樁號FYK2+570～FYK2+530，需要下穿施工約40 m，開挖尺寸為8 m×4 m（寬×高）。

3.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察階段的鉆孔信息可知，勘察深度范圍內(nèi)的場地地層分別為：① 素填土（Q4ml）;② 粉質(zhì)黏土（Q4ml）;③ 粉質(zhì)黏土（Qel+dl）;④ 強風化絹云母石英片巖（Pt）;⑤ 中風化絹云母石英片巖（Pt）。其中，在下穿施工高程區(qū)間范圍內(nèi)主要是①～③地層。具體描述如下：

① 素填土（Q4ml），雜～灰黃色，松散，不均勻，高壓縮性，上部稍有壓實，主要成分為開山的碎巖塊、巖屑、巖粉及黏性土等，含塊石、碎石、少量建筑垃圾等，沿線均有分布;

② 粉質(zhì)黏土（Q4ml），黃褐色，可塑，含氧化鐵斑點，稍有光澤，無搖震反應，中等干強度，中等韌性，沿線局部分布;

③ 粉質(zhì)黏土（Qel+dl），黃褐色，硬塑，主要為砂質(zhì)黏性土組成，夾強風化絹云母石英片巖風化碎屑，沿線局部分布。

3.3 ?基于地質(zhì)雷達的下穿區(qū)域超前地質(zhì)預報分析

為查明下穿施工區(qū)域的地層條件，在施工開始前，對工作面（樁號2+570）開展地質(zhì)雷達探測，探地雷達使用的是EKKOpluse型，工作頻率為100MHz，探測結(jié)果見圖4。根據(jù)測線1～3的地質(zhì)雷達成果可以看出，分別在掌子面前方8～16 m、6～16 m、6～18 m以及從左至右0～5 m、0～5 m、0～5 m的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)明顯振幅變化，且頻率降低。根據(jù)這一信息，判斷掌子面前方6～16m（樁號2+554～2+564）區(qū)間的地質(zhì)條件相比于前期勘察地層發(fā)生變化，推測為回填土和薄夾層發(fā)育，且存在裂隙水。這是由于下穿區(qū)域附近的建筑物較多，加之前期鐵路建設均會進行地基處理，因此會出現(xiàn)回填土。

相比于地質(zhì)勘察階段的地層資料，地質(zhì)雷達超前地質(zhì)預報結(jié)果不僅揭示了回填土的存在，并揭示了薄夾層和地下水信息。這些新發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)條件及時向參建各方進行了通報，并就可能誘發(fā)的地質(zhì)災害發(fā)出預警。后經(jīng)研判，認為在新揭示的地質(zhì)條件下，現(xiàn)有的施工方案和支護參數(shù)仍基本適宜，但應在施工中預留足夠的緩沖時間和防護距離，加強監(jiān)測和現(xiàn)場勘察，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取防護措施，避免回填土或松散巖土發(fā)生垮塌導致不利后果，并制定搶險預案，及時處置潛在的地質(zhì)災害。

下穿施工的現(xiàn)場地質(zhì)勘察結(jié)果表明，開挖揭示的地層多為中風化夾強風化，青灰色，薄-中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面多呈閉合狀態(tài)，局部張開約3～5mm。局部可見回填土，這印證了地質(zhì)雷達推斷結(jié)論。在回填土區(qū)域，下穿施工過程中發(fā)生了局部垮塌，因事先及時預警，此次局部垮塌未造成嚴重后果。

可見，采用地質(zhì)雷達進行超前地質(zhì)預報具有較高的準確性，不僅提高了地質(zhì)資料的可靠性，方便現(xiàn)場工程師利用更新地質(zhì)條件復核施工開挖和支護參數(shù)，更重要的是能夠在下穿施工前對影響結(jié)構(gòu)安全的不利地質(zhì)體進行預警，避免區(qū)域內(nèi)巖土體失穩(wěn)而引發(fā)更嚴重的安全事故。

3.4 基于多源信息的下穿施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控

3.4.1 安全預警控制標準的確定

結(jié)合該工程的下穿施工地層巖土體特征、管廊開挖斷面尺寸、安全監(jiān)測防護對象的重要性程度，在表4建議的控制標準取值范圍內(nèi)選擇適用的安全預警控制標準。

3.4.2 管廊水平收斂監(jiān)測分析

采用全站儀自由設站的方法來測量隧道圍巖水平方向收斂，在監(jiān)測斷面布置2條水平測線，測點由反射膜片及小型支架組成。支架嵌入圍巖中固定，反射膜片貼在支架上作為對中點。全站儀放置于距離監(jiān)測斷面20～60 m的隧道中部，測量出兩測點距離及夾角。根據(jù)測量結(jié)果計算出測點間的距離并算出兩點間的收斂值。圖5為水平收斂監(jiān)測位移曲線。在開挖后短時間內(nèi)的收斂位移變形速率較快，其后收斂位移增長速率逐漸減小，在1～2月內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定，累計最大變化量為12.2 mm，水平相對收斂為0.15%，未超過表5的預警控制標準，水平收斂的變形速率也滿足要求。

3.4.3 管廊拱頂下沉監(jiān)測分析

采用全站儀三角高程法測量拱頂下沉，在拱頂布置3個測點，測點布設方式同水平收斂測點。圖6為拱頂下沉監(jiān)測位移曲線，在開挖后短時間內(nèi)的收斂位移變形速率較快，隨后收斂位移增長速率逐漸減小，在1個月內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定，累計最大變化量為13.4 mm，未超過表5的預警控制標準。拱頂下沉的變形速率也滿足要求。

3.4.4 管廊支護受力

在鋼支撐中部焊接應變計，利用讀數(shù)儀讀取應變計頻率來換算鋼支撐軸力。圖7為鋼支撐軸力監(jiān)測曲線，可見鋼支撐在實施后軸向壓力不斷增大，在15～30 d內(nèi)達到最大值，然后基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。最大鋼支撐軸力為30.29 kN，與表5的預警控制標準相比，還有較大安全裕度。

3.4.5 下穿影響區(qū)地表沉降

采用電子水準儀配合銦瓦條碼式水準標尺來監(jiān)測下穿影響區(qū)地表沉降。圖8為下穿施工的地表沉降累計值監(jiān)測曲線，在起測地表沉降后，所有測點的沉降數(shù)據(jù)均基本不變，但是隨著下穿施工區(qū)域的不斷接近，地表逐漸受到影響，開始出現(xiàn)沉降，但量值和變幅均較小。

在2018年5月1日，部分測點的沉降值突然增加，雖然沉降累計值較小，但沉降速率已達6.4 mm/d，超出表4的控制標準，觸發(fā)安全預警標準。現(xiàn)場安全人員及時通報建設單位，要求立即停工，并在路面實施交通管制，限制大型運輸車輛通行。隨即，下穿施工現(xiàn)場（樁號2+556）在5月3日出現(xiàn)坍塌，此區(qū)域即為超前地質(zhì)預報揭示的回填土層。根據(jù)搶險預案，現(xiàn)場及時采用以下措施處置：① 在塌方區(qū)域地表開洞，從上往下灌注混凝土，直接填補管廊上覆巖土體因坍塌出現(xiàn)的空洞;② 在保證安全的前提下，清理垮塌土石;③ 對垮塌區(qū)域地層實施超前導管注漿，待地層加固后再繼續(xù)開挖;④ 加密后續(xù)下穿施工的監(jiān)測頻率，根據(jù)管廊收斂和地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及時研判處置措施的有效性，反饋指導現(xiàn)場施工和動態(tài)設計。

采用以上搶險措施后，地表沉降陡增區(qū)域的后期沉降增量明顯減小，沉降速率與周邊未垮塌區(qū)域的測點沉降速率趨于一致，這表明因垮塌引起的局部區(qū)域地表過度沉降問題已得到有效控制。在管廊后續(xù)下穿施工中，地表沉降量仍有一定增幅，但總體趨勢已較平穩(wěn)。最終，地表沉降的累計最大值為42.6 mm，且有2個測點的地表沉降累計值超過35.0 mm，即表4的安全預警控制標準。這2個測點位于垮塌區(qū)附近，受前期影響較大。為確保地表防護對象的結(jié)構(gòu)安全，下穿施工中對這些沉降量較大的測點加密了查勘頻率。經(jīng)觀察，該部位未見明顯異常，地表超出預警值部位路面未發(fā)現(xiàn)開裂。

4 結(jié) 論

本文以十堰市地清潭路段地下綜合管廊下穿鐵路線施工為研究背景，系統(tǒng)論述了采用淺埋暗挖法施工綜合管廊下穿城區(qū)鐵路的結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控技術(shù)及其在工程中的應用，得到以下結(jié)論。

（1） 地下綜合管廊下穿的地層可能經(jīng)歷前期市政建設改造，面臨地質(zhì)資料不能反映實際地層條件的問題，采用基于地質(zhì)雷達原理的超前地質(zhì)預報技術(shù)能夠及時更新前方地質(zhì)條件，為現(xiàn)場施工動態(tài)設計提供重要參考。

（2） 綜合管廊下穿施工過程中采集的管廊水平收斂、拱頂下沉、支護受力和地表沉降數(shù)據(jù)，構(gòu)成了監(jiān)控結(jié)構(gòu)安全的預警指標體系。進一步參考地鐵、公路、鐵路等規(guī)范，并考慮下穿施工地層巖土體特征、管廊開挖斷面尺寸以及安全監(jiān)測防護對象的重要性程度，制定了綜合管廊下穿施工采用的安全預警控制標準。

（3） 工程應用效果表明，采用結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控技術(shù)可使下穿施工前的地質(zhì)預報技術(shù)和下穿施工過程中的監(jiān)測手段有機結(jié)合，實現(xiàn)了施工前的初步預警和施工中的及時預警，可有效保證綜合管廊淺埋暗挖法下穿鐵路線施工中現(xiàn)場人員和施工設備安全，也確保了地表防護對象的結(jié)構(gòu)安全。

（4） 有關城市地下綜合管廊施工期間對周邊建筑結(jié)構(gòu)安全造成影響的安全評價，目前鮮有規(guī)范規(guī)程涉及，故工程實踐中還缺少相關指引作為開展結(jié)構(gòu)安全評價的依據(jù)。本文給出的多源信息監(jiān)控技術(shù)，可為類似工程的結(jié)構(gòu)安全防護監(jiān)測設計和評價標準擬定提供參考，并希望對綜合管廊安全監(jiān)測規(guī)程規(guī)范的編制起到推動作用。

參考文獻：

[1] ?田強，薛國州，田建波，等.城市地下綜合管廊經(jīng)濟效益研究[J].地下空間與工程學報，2015，11（增2）：5-9.

[2] 于晨龍，張作慧.國內(nèi)外城市地下綜合管廊的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀[J].建設科技，2015（17）：51-53.

[3] 李文娟.國務院全面部署推進城市地下綜合管廊建設[J].工程建設標準化，2015（8）：27-27.

[4] 吳利民.城市地下綜合管廊明挖法施工關鍵技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2018（8）：80-84.

[5] 莫峰昌.地鐵盾構(gòu)隧道下穿建筑基礎誘發(fā)地層變形[J].城市建設理論研究，2014（35）：17-19.

[6] 劉斌.新建地鐵隧道下穿既有隧道的結(jié)構(gòu)影響分析[J].四川建筑，2010（3）：96-97.

[7] 姚海波，王夢恕，張頂立，等.熱力隧道下穿地面建筑物的安全評價與對策[J].巖土力學，2006，27（1）：114-118.

[8] 冷彪，仇文革，龔倫.新建下穿隧道對既有隧道影響的可拓學分析[J].西南交通大學學報，2014，49（4）：637-641.

[9] 茍德明，陽軍生，高世軍.下穿公路連拱隧道雙層管棚預加固作用數(shù)值分析[J].長沙交通學院學報，2008，24（2）：16-22.

[10] ?中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范：GB50835-2015[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[11] 北京城市管理科技協(xié)會.城市綜合管廊運行維護技術(shù)規(guī)程：T/BSTAUM 002-2018[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[12] 上海市住房和城鄉(xiāng)建設管理委員會.城市綜合管廊維護技術(shù)規(guī)程：DG/TJ 08-2168-2015[S].上海：同濟大學出版社，2015.

[13] 四川省住房和城鄉(xiāng)建設廳.四川省城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范：DBJ51/T077-2017[S].成都：西南交通地下出版社，2017.

[14] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：GB50911-2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[15] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范：GB50086-2015[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[16] 中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程：TB10121-2007[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[17] 中華人民共和國交通運輸部.公路隧道設計細則：JTG-TD70-2010[S].北京：人民交通出版社，2010.

[18] 呂培林，周順華.軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道下穿鐵路干線引起的線路沉降規(guī)律分析[J].中國鐵道科學，2007，28（2）：12-16.

[19] 季大雪.武漢長江隧道盾構(gòu)下穿武九鐵路沉降影響分析[J].鐵道工程學報，2009（10）：59-63.

[20] 洪開榮.盾構(gòu)隧道穿越廣州火車站站場的設計與施工[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002，39（6）：34-37.

[21] 李東海，劉軍，蕭巖，等.盾構(gòu)隧道斜交下穿地鐵車站的影響與監(jiān)測研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28（增）：3186-3192.

[22] 李家平.上海西藏南路越江隧道下穿運營地鐵隧道變形分析[J].施工技術(shù)，2009，38（9）：5-7，26.

（編輯：胡旭東）

引用本文：

王甫強，黃旸，周黎明，等.綜合管廊下穿施工結(jié)構(gòu)安全多源信息監(jiān)控技術(shù)

[J].人民長江，2021，52（8）：171-178.

Multi-source information monitoring technology for structural safety of comprehensive

utility tunnel passing beneath railways

WANG Fuqiang1，HUANG Yang1，ZHOU Liming2，LI Yujie2

（ 1.Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Co.，Ltd.，Wuhan 430022，China; 2.Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources，Changjiang Rriver Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China ）

Abstract：

The comprehensive utility tunnel is a kind of municipal infrastructures rapidly constructed in China.We focus on the structural safety of shallowly-buried comprehensive utility tunnel passing beneath railways and put forward the idea of combining preliminary warning based on advanced geological forecast and timely warning based on multi-method monitoring during construction.Firstly，the geological radar based advanced geological forecasting technology was used to timely realize the update of front geological conditions，providing an important reference for the real-time design，thus formulating emergency plans for potential geological disasters.Then，based on the collected data during construction，a safety warning system considering the horizontal convergence of tunnel，roof deformation，support stress，and surface subsidence was established.According to the references of relevant contents from subway，highway，railway，and other codes and regulations，a safety criterion was suggested for the comprehensive utility tunnel.The proposed method was applied to the safety monitoring of the construction of the comprehensive utility tunnel passing beneath a railway line in Qingtan Road of Shiyan City.The preliminary warning before construction and the timely warning during construction were both achieved and effectively guaranteed the safety of personnel，equipment and surface protection objects.The results can provide references for the monitoring design and evaluation criterion of the similar project.

Key words：

urban comprehensive utility tunnel;underpass construction;multi-source information monitoring;structural safety;shallow-buried excavation method;advanced geological forecast