城市山嶺隧道淺埋偏壓段沉降監測與治理

摘 要：本文以深圳市龍瀾大道北延段工程山嶺隧道段為背景，該隧道施工中局部受淺埋、偏壓以及軟弱圍巖等不利影響，如果處理不當，就容易引起隧道塌方冒頂、結構變形等病害，對施工人員及機械的安全造成威脅。本文通過隧道沉降、收斂監測，采用超前支護、地表注漿以及合理優化施工工序等輔助施工措施以增強安全性。研究表明，在大斷面淺埋偏壓隧道中，雙側壁導坑法更優越，同時通過采取地表注漿、合理安排施工步序等輔助措施，可嚴格控制隧道拱頂沉降與凈空收斂，以消除淺埋、偏壓造成的不利影響，為類似工程地質條件下的隧道進洞施工提供借鑒。

關鍵詞：淺埋偏壓；雙側壁導坑；監控量測；偏壓處理

中圖分類號：U 416 " " " " " " " 文獻標志碼：A

在城市山嶺隧道開挖施工中，特別是在深圳沿海復雜地質的條件下，強風化砂巖地區淺埋偏壓會對隧道結構的穩定性造成不利影響。圍巖開鑿時的應力釋放、拱頂垂直位移、隧道凈空收斂等都會表現出顯著的非對稱性變化。如果監控量測工作不細致，偏壓處理方法不當，偏壓隧道的圍巖變形幅度比一般隧道大，就會影響隧道的初期支護及二次襯砌的質量和安全。結合廣東深圳市龍瀾大道北延段一段雙幅四車道分離式隧道，通過對該工程施工監控量測資料分析，研究淺埋、偏壓對隧道的影響及主要處置措施。通過選取其隧道左線出口端洞口處作為典型斷面，進行拱頂沉降及凈空收斂監控，歷時6個月，提出適合該隧道施工的施工方法與安全措施，得出的結論對于類似的項目可以起到參考作用。

1 現場監控量測

1.1 工程背景

章閣隧道為明挖下沉式+暗挖，隧道全長890m（雙線平均），隧道左線含山嶺暗挖段369m，右線含山嶺暗挖段329m。暗挖段最大埋深37m，最小埋深2m，地層為強風化泥質粉砂巖，該隧道工程特點為Ⅴ級圍巖、淺埋、偏壓以及小凈距。拱形暗挖隧道開挖斷面尺寸：四車道開挖斷面面積284.6㎡，寬度23.43m，采用雙側壁導坑法開挖，分9個導洞。隧道暗洞襯砌全部采用新奧法原理施工，支護體系結構全部采用復合式襯砌[1]，即錨桿、鋼拱架、噴射混凝土作為初期支護，采用模筑混凝土或鋼筋混凝土進行二次襯砌，土工布和防水板敷設于二次襯砌之間；此外，采取超前支護等輔助施工措施，對洞口段和淺埋、偏壓、圍巖較破碎的斷層破碎帶等進行加固，保障其安全。

1.2 監控斷面的布設

1.2.1 測點布置原則

沿隧道縱向每5m一個斷面。

1.2.2 測點的制作

測點由基座和反射膜片組成，基座由5cm鋼板及?22mm長30cm的鋼筋焊接而成。

1.2.3 監測儀器

徠卡TZ08全站儀，反射片。

1.2.4 監測實施

1.2.4.1 測點埋設

根據設計圖紙要求，當初支拱頂測點埋設時，應在掌子面開挖出碴完畢后，當拱架架立時，將預埋件焊接至拱頂，待該環砼噴射完畢牢固后，將預埋件上砼清除干凈后，即可進行量測。初期支護結構拱頂沉降點與地表沉降點應互相對應，以便進行對比。埋設示意圖如圖1所示。

1.2.4.2 量測方法

初期支護結構拱頂沉降采用全站儀三角高程法測量其絕對高程，凈空收斂監測通過全站儀測量每對測線2個測點間的距離，均與初始值對比，計算隧道初支結構變形情況。

1.2.4.3 數據處理與分析

量測后應繪制位移—歷時曲線，當變化速率發生突變時，應立即對各種量測信息進行綜合分析，判斷施工中出現的問題，并及時采取保障施工安全的對策。

1.3 量測數據分析

1.3.1 拱頂沉降數據分析

2023年2月25日監測工作開始，此時，洞口只進行1號導洞上臺階開挖。2023年9月3日，實測監測斷面拱頂沉降隨時間變化關系如圖2所示，反映了隧道拱頂圍巖在隧道初期支護施工前后發生變形的特點。圖2顯示，各區段各測點均出現了連續、穩定的沉降發展態勢。觀測期間，測點差異沉降累計量最大值約-19.60mm，各斷面拱頂最大沉降速率及其對應日期見表1。

1.3.2 凈空收斂數據分析

圖3是各斷面的周邊收斂曲線。各斷面內各測點總體呈現收斂持續穩定發展的趨勢。觀測期內，測點的差異收斂最大值為+18.02mm[1]；其中，5號導洞各凈空收斂監測點累計變化量均在控制值范圍內。各斷面最大凈空收斂變化及其對應日期見表2。

2 偏壓處理

2.1 處理原則

本隧道跨度大，左右洞凈距小，且洞口段有較大偏壓，在施工小凈距偏壓段的過程中，為防止坡腳掏空而導致內側結構的失穩變形，應將山體外側（即埋深淺的一側）隧道作為先行洞，山體內側隧道（即埋深大的一側）隧道作為后行洞。受凈距較小限制，左右洞明暗交接面設置在同一位置，因此右洞仰坡較高，為保證邊仰坡及暗洞洞口段的穩定性，應待地表注漿加固完成后，隧道出口段方可進行洞口明洞及暗洞施工，且應先施工明洞，在明洞結構和洞頂回填施工完成后，再進行暗洞施工。

同時采取如下強化支護措施： 1）對圍巖進行注漿加固，尤其是對靠山一側的巖壁進行注漿加固，通過漿液固結，在偏壓作用下形成能夠減少側移的整體受力結構，并通過管棚注漿，當向前掘進時防止地表坍塌。2）嚴格控制裝藥量，減少爆破開挖時對圍巖造成的擾動。3）對拱腳基礎進行加固，防止隧道墻壁因基底下沉而拉裂。4）反壓抗力，包括增加二次襯砌厚度和采取回填隧道棄碴反壓洞外坡面等。

2.2 地表注漿

地表注漿導管尾部至開挖輪廓線距離為50cm，注裝管間距1.5m×1.5m，“梅花”形布置，注漿采用水泥漿體，水灰比1∶1，注漿壓力0.5MPa～1.0MPa。

2.3 進洞順序

2.3.1 四車道初支施工步序

四車道初支施工步序如下：1）施作洞室1（靠山體外側）超前小導管，注漿加固地層。開挖洞室1土體，施作拱部支護及臨時中隔壁、臨時仰拱[2]，采用鎖腳錨桿加固墻腳。2）1號洞室超前4號洞室2～3m，施作4號洞室超前小導管，注漿加固地層，開挖洞室4土體，施作拱部支護及臨時中隔壁、臨時仰拱，采用鎖腳錨桿加固墻腳。3）1號洞室超前2號洞室3～5m，施作邊墻、臨時仰拱及臨時中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。4）4號洞室超前5號洞室3～5m，施作邊墻、臨時仰拱及臨時中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。5）2號洞室超前3號洞室3～5m，施作邊墻、仰拱支護及臨時中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。6）5號洞室超前6號洞室3～5m，施作邊墻、仰拱支護及臨時中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。7）6號洞室前進20～30m后，施作洞室7超前小導管，注漿加固地層。弧形導坑開挖7部土體，施作拱部支護、臨時仰拱。8）7號洞室超前8號洞室3～5m，開挖8部土體，施作臨時仰拱。9）8號洞室超前9號洞室3～5m，開挖9部土體，施做仰拱初支，封閉成環。施工步序如圖4所示。

2.3.2 四車道安全步距要求

四車道隧道開挖初期支護應邊開挖邊支護，二次襯砌應根據監控量測結果綜合分析[3]，掌子面與二襯的距離≤70m，適時施做，采用上下臺階開挖本類型時，外側導洞上臺階長度至掌子面5m內，二襯距離下臺階20m內，后行洞掌子面距離先行洞二襯20m以上。對于存在偏壓的隧道洞口段，應將山體外側的隧道作為先行洞，山體內側隧道作為后行洞。

2.4 加強監控量測

監控量測是保障施工安全、指導各工序施作時間、合理調整結構支護參數的重要依據，在施工中應予以重視。根據新奧法原理對山嶺拱形暗挖隧道組織施工，加強監控量測工作，根據量測信息指導施工，及時反饋信息以修正設計，并采取應急措施。在施工中的必測項目如下：洞內、外觀察，周邊位移，拱頂下沉，地表下沉。量測數據應及時整理分析，并及時預報變位狀況，以便修改設計，或制定加強措施，防止坍塌[4]。另外，應特別加強對中間巖柱狀態的監控，采取工程措施，防止兩隧道中間巖柱失穩是超小凈距平行隧道成功的關鍵。對中間巖柱采用超前預注漿和加長低預應力中空注漿錨桿的兩次加固思路，以控制中壁圍巖塑性區發展，保障施工安全。

3 結語

工程實踐證明，針對山嶺隧道洞身段的淺埋偏壓問題，特別是在深圳沿海復雜地質條件下，通過采用地表注漿加固、圍巖注漿加固和施工開挖步序優化調整等方法，進一步提高隧道抗偏壓能力，減少偏壓影響，防止隧道開挖時冒頂、坍塌，對隧道施工安全有較大作用。同時通過加強監控量測可有效監測偏壓淺埋對隧道拱頂沉降及凈空收斂帶來的不利影響。

參考文獻

[1]葉施虎.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工監測分析與處理[J].上海國土資源，2012，33（1）：83-86.

[2]潘潤瑞.淺談砂礫地層下城市地鐵淺埋暗挖施工方法[J].中國高新技術企業，2017（6）：108-110.

[3]羅毅.復雜條件下軟弱破碎帶圍巖穩定性控制技術研究[D].貴陽：貴州大學，2023.

[4]曾繁雄，宋穎章.高速公路隧道穿越溶洞處理方案及注意事項[J].云南水力發電，2022，38（7）：3.