復雜地層特大斷面車站拱蓋法施工監測數據分析與應用

楊秀才

（貴陽市公共交通投資運營集團有限公司，貴陽 550081）

1 工程概況

貴陽某地鐵暗挖車站位于黃河路與錦江路交叉口以北，沿黃河路呈南北向布置。為地下2層島式站臺車站，標準段寬19.90 m，軌面埋深22.8～24.2 m，車站起始里程ZDK37+101～ZDK37+317，總長216 m，共設4個出入口和2組風亭組。車站最大開挖斷面寬20.81 m，高17.88 m，開挖面積達334 m2，屬于特大斷面暗挖隧道。

車站采用雙層初支拱蓋法非爆破開挖方式施工，兩端接礦山法區間，利用風亭組通道作為施工通道。車站拱頂覆土約9.5 m，主要為人工填土、軟土、膨脹性土，泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖等膨脹巖，巖層走向與線路中線近于平行，巖層傾向線路右側，施工開挖后線路左側邊墻、基坑西側邊坡存在順層，施工時，易產生順層滑動、坍塌、掉塊等現象。基巖裂隙水發育不均，賦存規律性差，埋深不一，富水性及透水性弱，勘探揭示地下水位較高。

2 工程環境條件

車站兩側多為多層或高層房屋，房屋主體結構主要為磚混和混凝土結構高層。車站東側有低層商鋪及生活小區，到主體結構最小凈距為3 m；東北側有醫院，到主體結構的最小凈距3 m，西側有貴陽國家經濟開發區大廈，與主體結構的最小凈距3 m，南側是黃河路與錦江路交叉口上的天橋，貴陽國家經濟開發區廣場下有地下停車場。兩側的人行道下方，埋深0.2～2.8 m雜填土層中有大量管線，周圍環境條件敏感復雜。

3 監測項目

拱蓋法施工分步較多，工序轉換頻繁，受力體系轉換多，安全隱患極大，為確保施工及周邊建構筑物安全，做好監測工作非常重要[1-2]，故結合車站監測設計圖的要求和車站工程施工現狀，周邊建（構）筑物現狀、相關文件以及有關規范、規程，確定本車站工程現場監測項目及布點原則，見表1、表2。根據施工進展情況布設監測點，如圖1所示。

表1 監測項目統計表

表2 監測點布設原則

圖1 監測點布設剖面圖

4 預警情況統計

截至車站拱部右側導坑貫通，左側導坑正在施工，拱部⑤、⑥步還未開口的工況，監測共發布紅色預警11次，其中，紅色預警89點次，橙色預警32點次，黃色預警3點次；按監測項目統計，凈空收斂44點次，拱頂沉降18點次，地表沉降37點次，管線沉降23點次，建筑物沉降3點次。預警主要表現在以下方面。

4.1 凈空收斂

凈空收斂預警的44點有38點次發生在車站左線隧道，預警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+135、ZDK37+155～ZDK37+195、ZDK37+225～ZDK37+235三個區段；剩余的6點次預警發生在車站右線YDK37+108～YDK37+133區段。

對車站施測凈空收斂共計96點，預警點位占所有監測的46%；車站①步、②步開挖過程中發生預警38點次，占總預警點位的86%；③步、④步開挖過程發生預警6點次，占總預警點位的14%。凈空收斂累計變化量最大點SDJ37+128-3-1（累計變化量-90.5 mm），累計超控制值450%。

4.2 拱頂沉降

拱頂沉降預警的18點次全部發生在車站左線隧道，預警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+140、ZDK37+180～ZDK37+185、ZDK37+225～ZDK37+235三個區段。

對車站施測拱頂沉降共76點，預警點位占所有監測點的15%，累計變化最大點GDC37+125-1，累計變化量-22.6 mm。

4.3 地表沉降

地表沉降預警的36點有11點次發生在車站左線隧道上方，其余監測點發生在隧道右線上方，預警位置主要分布在YDK37+126～YDK37+161、ZDK37+191～ZDK37+266兩 個區段。

對車站施測地表沉降共計216點，預警點位占所有監測的16%。地表沉降累計變化最大點DBC37+141-8，累計變化量-79.51 mm。

4.4 管線沉降

管線沉降預警18個點位計23點次，有10點次發生在車站右線隧道上方，其余監測點發生在隧道左線上方，預警位置主要分布在YDK37+071～ZDK37+136、ZDK37+121～ZDK37+141兩個區段。

對車站施測管線沉降監測點共計97點，預警點位占所有監測點的18%。管線沉降累計變化最大點WGXC-1-4-2，里程YDK37+136；累計變化量-80.71 mm。

4.5 建筑物沉降

建筑物沉降預警的3點次均發生在車站右線隧道上方，預警位置主要分布在YDK37+100～ZDK37+110區段。

對車站施測建筑物降監測點共計156點，預警點位占所有監測點的2%。預警建筑物沉降累計變化最大點JGC14-3，里程YDK37+105，累計變化量-39.02 mm。

4.6 邊墻、中隔墻位移

對現場凈空收斂左右監測點，測量其相對坐標并比對，測量結果顯示，隧道開挖施工過程中側墻及中隔壁均存在向隧道內（臨空面）偏的情況。

左線側墻最大內偏9.9 mm，左線中隔墻最大外偏46.3 mm；右線側墻最大內偏39.8 mm，右線中隔墻最大外偏26.4 mm。

5 監測變形段落及部位分析

凈空收斂預警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+135、ZDK37+155～ZDK37+195、ZDK37+225～ZDK37+235三個區段；預警發生主要存在于車站左右線③步、④步開挖施工過程中，③步、④步開挖完成到臨時仰拱實施完成期間洞內凈空收斂整體變形情況在-40～-70 mm，個別監測點能到-90 mm，其中，在③步、④步土方開挖、初支鋼拱架架設期間變形速度最為明顯，變形速率約為-8 mm/d。通過坐標計算，變形位置均為側墻向隧道內偏移；凈空收斂出現預警后周邊地表、管線及鄰近建筑物均出現不同程度的變形。

拱頂沉降預警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+140、ZDK37+180～ZDK37+185、ZDK37+225～ZDK37+235三個區段；地表沉降預警位置主要分布在YDK37+126～YDK37+161、DK37+231～DK37+266兩個區段；管線沉降預警位置主要分布在YDK37+071～ZDK37+136、ZDK37+121～ZDK37+141兩個區段；建筑物沉降預警位置主要分布在YDK37+100～ZDK37+110區段。

監測數據整體情況分析，左線隧道小里程ZDK37+101～ZDK37+140區段，臨時仰拱施作完成后23 d內變形最大點SDJ37+110-1-1，變形量-12.1 mm（平均變形速率-0.5 mm/d），監測數據整體趨于穩定。右線隧道小里程YDK37+101～YDK37+140區段，臨時仰拱施作完成后8 d內變形最大點SDL37+138-3-2，變形量4 mm（平均變形速率-0.5 mm/d），監測數據整體趨于穩定。

6 監測變形主要原因分析

經分析，變形原因主要有以下方面：

1）拱部左右導坑開挖下臺階支護不及時，拱架長時間懸空，未及時封閉成環，且未及時進行初支背后注漿時變形較明顯。

2）車站左線隧道處于巖土順層位置，土方卸載后巖層下滑力加劇。

3）地質位于強風化泥巖與中風化泥巖交接處，受施工擾動引起周圍土體發生位移。

4）節理裂隙較發育地段洞內土石方挖除后地下水易沿節理裂隙滲透，軟化初支背后巖體，使其物理力學指標降低從而引發形變。

5）車站拱頂埋深較淺（9～10 m），拱頂上部巖土體主要為軟質巖（強風化砂質泥巖）及雜填土，圍巖等級差，上部路面為交通主干道，車流量大，路面荷載大，洞內土方卸載后應力釋放，初期支護結構受壓引發形變。

7 結語

通過以上分析，在復雜工況條件下為了確保施工安全、結構安全和周邊環境安全，采用現代化的監測手段獲取監測數據，及時調整設計支護參數、施工組織措施，制訂有針對性的應急處理方案等是十分必要的。同時，要求參建單位嚴格按設計要求有序開展現場開挖工作，控制車站隧道開挖進尺，嚴控導坑上下臺階間距并及時進行初期支護；車站導洞下臺階開挖支護完成后，及時跟進臨時仰拱，根據區域地質情況調整導洞中空錨桿和系統錨桿打設角度，適當增長錨桿長度等支護措施；還要對拱部埋深較淺的車站上方具備條件的盡量增設地表預注漿加固，切實保證安全。