城軌交通隧道穿越海底風(fēng)化段施工支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)分析

趙 軍

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210014）

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市軌道交通已成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ撸渲苓叚h(huán)境復(fù)雜，建設(shè)難度大，并且要求不影響地面及周邊建筑物的安全。為此，城市軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中需要做好全方位的安全監(jiān)測(cè)工作。基于此，城市軌道交通監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法也在不斷發(fā)展、創(chuàng)新，旨在通過不同手段及時(shí)獲取有效、可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為城市軌道交通的安全建設(shè)和運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航。李新文等[1]分析驗(yàn)證了三維激光掃描技術(shù)在隧道收斂監(jiān)測(cè)中的精度與可靠性；陳偉等[2]對(duì)隧道自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究；唐民[3]對(duì)大斷面黃土隧道變形規(guī)律及預(yù)留變形量進(jìn)行了研究；田洪雷[4]利用三角高程測(cè)量對(duì)隧道拱頂進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文以某城市軌道交通礦山法過海隧道為背景，對(duì)其下穿不同地層時(shí)圍巖變形規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2 工程概況

某城市軌道交通3號(hào)線某區(qū)間穿越海底隧道，區(qū)間結(jié)構(gòu)最小覆土12.5?m，最大覆土40?m。區(qū)間右線全長(zhǎng) 4??908.717??m，其中土壓平衡盾構(gòu)段長(zhǎng) 869.858??m，礦 山 法 施 工 段 長(zhǎng) 2??596.531??m， 泥 水 平 衡 盾 構(gòu) 段 長(zhǎng)1??421.928??m；左線全長(zhǎng) 4??918.809??m，其中土壓平衡盾構(gòu)段長(zhǎng) 871.019??m，礦山法施工段長(zhǎng) 2??610.172??m，泥水平衡盾構(gòu)段長(zhǎng) 1??417.218??m。礦山法隧道結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，采用拱形斷面，設(shè)置仰拱，隧洞寬度6.0?m（不計(jì)襯砌寬度）。礦山法段區(qū)間線路情況如圖1所示。

圖1 礦山法段線路情況示意圖

勘察資料顯示，海域段發(fā)育有高角度破碎或節(jié)理裂隙密集帶。由于節(jié)理裂隙的導(dǎo)水作用，加劇了節(jié)理裂隙密集帶及其附近巖體的風(fēng)化作用，形成風(fēng)化深槽。物探揭示有F1、F2、F3、F4、f1、f2、f3、f4等8個(gè)風(fēng)化深槽，其中f1、f2、f3、f4風(fēng)化深槽與線位大角度相交，風(fēng)化深槽內(nèi)發(fā)育花崗閃長(zhǎng)巖全強(qiáng)風(fēng)化帶。

場(chǎng)區(qū)地表水主要為海水。根據(jù)地下水含水層所處平面位置及性質(zhì)，場(chǎng)區(qū)地下水可分為陸域地下水和海域地下水2段。分布于陸域范圍內(nèi)地層中的地下水，據(jù)其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風(fēng)化殘積孔隙裂隙水、基巖裂隙水3種。海域地下水據(jù)其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風(fēng)化殘積孔隙裂隙水及基巖裂隙水3種。

風(fēng)化槽段施工方法主要采用上中下三臺(tái)階預(yù)留核心土法，本文以礦山法始發(fā)段區(qū)域的F4風(fēng)化槽段及非風(fēng)化槽段的隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為對(duì)象，進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

3 隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)分析

3.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及測(cè)點(diǎn)布設(shè)

礦山法隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括拱頂沉降和凈空收斂2項(xiàng)，如圖2所示，在格柵鋼架立完和噴射混凝土后隨即進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)。測(cè)點(diǎn)由鋼筋加工而成，埋入鋼筋采用Φ20??mm的螺紋鋼筋，采用沖擊電錘或風(fēng)鉆鉆孔，用水泥或錨固劑與圍巖錨固穩(wěn)定。埋入鋼筋外端頭與Φ6??mm加工成的三角形鉤焊接，三角形框上焊接3??mm厚鋼板，在鋼板上粘貼反光片組成監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)。

圖2 拱頂沉降及凈空收斂測(cè)點(diǎn)示意圖

隧道監(jiān)測(cè)斷面根據(jù)圍巖級(jí)別確定：Ⅴ級(jí)圍巖（風(fēng)化槽段）5?m設(shè)置1個(gè)斷面，Ⅳ級(jí)圍巖段10?m設(shè)置1個(gè)斷面，Ⅲ級(jí)圍巖15?m設(shè)置1個(gè)斷面。監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置示意圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 監(jiān)測(cè)方法及控制指標(biāo)

監(jiān)測(cè)方法采用全站儀自由設(shè)站非接觸監(jiān)控量測(cè)方法進(jìn)行測(cè)量，在利用相對(duì)坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，為提高

觀測(cè)精度，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)3個(gè)測(cè)回，取3次測(cè)量平均值作為本次測(cè)值，將其與初始值或上次測(cè)值相比較，從而求算出每次凈空收斂和拱頂沉降的累計(jì)或本次變化量。

依據(jù) GB?50911-2013《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、區(qū)間施工設(shè)計(jì)圖紙等相關(guān)文件要求，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)控制值表

3.3 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析

3.3.1 風(fēng)化槽段

以左線隧道為研究對(duì)象，對(duì)隧道開挖過程中F4風(fēng)化槽段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的拱頂沉降及凈空收斂變形情況進(jìn)行分析。左線隧道凈空收斂變化曲線如圖4、圖5所示，左線隧道拱頂沉降變化曲線如圖6所示。

（1）從圖4、圖5可見，隨著隧道的開挖推進(jìn)，初期支護(hù)變形隨之增大，各收斂點(diǎn)的變化趨勢(shì)基本一致，收斂值的大小各有差異。由于隧道處于F4風(fēng)化深槽段地質(zhì)段，圍巖強(qiáng)度和完整性較差，屬于破碎、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，所以各測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化量均超過了設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，其中圖5中測(cè)點(diǎn)LJKJ-6最大凈空收斂值達(dá)到了-139.42??mm，遠(yuǎn)超控制值，但施工預(yù)留了200??mm的預(yù)變形量，因此仍可保證隧道凈空間距滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 左線隧道凈空收斂變化曲線（測(cè)點(diǎn)LJKJ-6~LJKJ-10）

（2）圖4中測(cè)點(diǎn)LJKJ-3曲線中可以明顯看出其突變情況：2017年11月7日累計(jì)凈空收斂變形為-7.85??mm，11月9日時(shí)達(dá)到-19.58??mm，11月10日突變?yōu)?38.3??mm，11月11日繼續(xù)增加至 -52.32??mm，4?天的變化量為 -44.47??mm，變化速率達(dá)到了-11.12 mm?/天，為此，采取相應(yīng)的措施后，隧道凈空收斂變化量后期的發(fā)展趨于穩(wěn)定。

圖4 左線隧道凈空收斂變化曲線（測(cè)點(diǎn)LJKJ-1~LJK-5）

（3）從圖6可見，隨著隧道開挖，初期支護(hù)變形隨之增大。其中，測(cè)點(diǎn)LGDC-6最大拱頂沉降值達(dá)到了-77.22?mm，分析原因主要是：該處地層條件穩(wěn)定性較差，且初期支護(hù)仰拱未能及時(shí)封閉成環(huán)，上覆土層對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力較大，加之右線管棚加固施工，對(duì)左線也有一定的影響。

圖6 左線隧道拱頂沉降變化曲線（測(cè)點(diǎn)LGDC-1~ LGDC-6）

為此，需采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，如及時(shí)停止開挖，按方案要求閉合初期支護(hù)仰拱，保留相應(yīng)的安全步距，同時(shí)停止右線的管棚加固施工，直至各測(cè)點(diǎn)拱頂沉降值逐漸趨于穩(wěn)定。

3.3.2 非風(fēng)化槽段

為進(jìn)行對(duì)比分析，以圍巖等級(jí)較好的非風(fēng)化槽段（Ⅲ級(jí)圍巖區(qū)段）為研究區(qū)域，其對(duì)應(yīng)的左線隧道凈空收斂累計(jì)值隨時(shí)間變化的曲線圖如圖7所示，左線隧道拱頂沉降累計(jì)量變化曲線如圖8所示。

圖8 左線隧道拱頂沉降累計(jì)量變化曲線（LJKJ-41~ LJKJ-48）

（1）從圖7可見，相對(duì)于圍巖較差的風(fēng)化槽段，隨著圍巖等級(jí)增加，隧道開挖初期支護(hù)變形隨之減小，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)凈空收斂累計(jì)量有顯著的降低，最大值點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)LJKJ-42，對(duì)應(yīng)的變化量為-12.36?mm，略超控制值，其余各測(cè)點(diǎn)基本穩(wěn)定在控制值范圍之內(nèi)，且無較大突變現(xiàn)象，說明隨著圍巖等級(jí)提高，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量顯著減小，穩(wěn)定性提高。

圖7 左線隧道凈空收斂變化曲線（測(cè)點(diǎn)LJKJ-41~ LJKJ-48）

（2）從圖8拱頂沉降累計(jì)變化曲線可見，同凈空收斂變化相似，各測(cè)點(diǎn)拱頂沉降累計(jì)值均在控制值范圍內(nèi)，且變化曲線較為平緩，未出現(xiàn)突變等情況。

3.3.3 風(fēng)化槽段與非風(fēng)化槽段對(duì)比

以上試驗(yàn)分析表明，風(fēng)化槽段的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，隧道變形容易突增，累計(jì)變化量和變化速率均較大，不同斷面的最大值也存在一定的差異性，施工過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；非風(fēng)化槽段的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量有顯著減小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本位于控制值范圍內(nèi)，并且不同斷面的曲線發(fā)展變化情況相似，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高。

4 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制措施

風(fēng)化深槽段施工風(fēng)險(xiǎn)較大，為確保施工安全，需采取必要的措施減小初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，在施工過程中，主要采取的控制措施如下：

（1）初期支護(hù)及時(shí)閉合或及時(shí)施作臨時(shí)初期支護(hù)仰拱；

（2）隧道內(nèi)凈空收斂較大，需采取加橫向支撐的方式進(jìn)行穩(wěn)固；

（3）左、右線同時(shí)施工，右線注漿須嚴(yán)格按方案進(jìn)行施工，采取左、右線錯(cuò)開注漿，同時(shí)，必須注意對(duì)左線初期支護(hù)的影響；

（4）注漿過程中須適當(dāng)減小注漿壓力，若各數(shù)據(jù)仍持續(xù)異常增長(zhǎng)，須采取間歇方式進(jìn)行注漿。

5 結(jié)論與建議

（1）隧道穿越風(fēng)化深槽段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，該區(qū)段范圍內(nèi)拱頂沉降和凈空收斂累計(jì)變化量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)給定的控制值，施工過程中需做好變形預(yù)防及控制措施，減小施工風(fēng)險(xiǎn)和隧道侵限量，密切關(guān)注監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況。

（2）相比于風(fēng)化槽段的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，非風(fēng)化槽段的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量有了顯著減小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本位于控制值范圍內(nèi)，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所提高。

（3）穿越風(fēng)化槽段的施工過程中，初期支護(hù)仰拱應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)，減少圍巖變形。

（4）不同圍巖等級(jí)，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形差異明顯，穿越風(fēng)化深槽段施工過程中應(yīng)注意嚴(yán)格控制循環(huán)開挖進(jìn)尺，保留安全步距，確保隧道在安全狀態(tài)下穩(wěn)步推進(jìn)。