深圳豐盛町地下街隧道暗挖信息化施工分析

王建新

(深圳市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，深圳 518003)

近年來，隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，城市地下空間利用需求增大，使城市地下隧道工程越來越復(fù)雜，技術(shù)難度也越來越大。在隧道暗挖施工過程中由于土體的應(yīng)力條件發(fā)生變化，導(dǎo)致隧道周圍土體發(fā)生位移及相應(yīng)的地面變形。為保證隧道暗挖施工的安全以及對(duì)鄰近建筑物、道路和地下管線等的保護(hù)，必須在施工過程中對(duì)支護(hù)體系的內(nèi)力和變形、隧道周圍土體變形、周邊環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息化施工，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)制定相應(yīng)對(duì)策，確保施工安全。此外，通過對(duì)土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)等的監(jiān)測(cè)，及時(shí)判斷和掌握上述工程施工后結(jié)構(gòu)與土體的穩(wěn)定狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝方法［1-7］。

本文以深圳豐盛町地下陽光街暗挖工程D區(qū)施工監(jiān)測(cè)實(shí)踐為例，介紹了隧道暗挖工程信息化施工監(jiān)測(cè)技術(shù)方案，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，并實(shí)時(shí)指導(dǎo)了施工。同時(shí)，為今后其它類似工程設(shè)計(jì)、施工提供了有益的借鑒，也為我國相關(guān)規(guī)程規(guī)范的制(修)定提供了參考和有價(jià)值的成功實(shí)例。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

豐盛町地下陽光街工程D區(qū)暗挖段由北向南橫穿深南大道，暗挖隧道跨度大(寬13.7 m，高7.1 m)，且同一斷面垂直下穿埋有大量地下管線的深南大道的同時(shí)，上跨兩孔地鐵區(qū)間隧道，隧道底離地鐵區(qū)間隧道頂部的凈距僅為33 cm，隧道頂離地面不足4 m。施工中必須嚴(yán)格控制好地層變形以保證地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的安全和深南大道的正常交通，以及上方地下管線的安全。工程采用18個(gè)施工步序，包括施作大管棚與小導(dǎo)管、分部開挖、施設(shè)初期支護(hù)、拆除臨時(shí)支護(hù)以及澆筑二次襯砌與構(gòu)造立柱等。

1.2 工程地質(zhì)情況

暗挖隧道施工地層自上而下為:人工填土層(Qml)，主要為黏性土，層厚1.2～8.5 m;第四系沼澤相沉積層(Qh)，有機(jī)質(zhì)含量5% ～15%，場(chǎng)地內(nèi)層厚0.9～7.0 m;第四系沖洪積層(Qal+pl)，礫砂及含黏性土礫砂，場(chǎng)地內(nèi)該層厚0.6～7.2 m;第四系殘積層(Qel)，褐黃色礫質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚2.60～22.90 m，下伏基巖為燕山期粗?；◢弾r(γ35)，粗粒似斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要由長石、石英、云母等礦物組成。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布置

2.1 地表沉降

旨在掌握地表在隧道施工過程中的變化情況，保證路面行車和各種管線的安全。

測(cè)點(diǎn)布置:在隧道上方路面沿縱向在其影響范圍內(nèi)每5m布置一組測(cè)點(diǎn)，相應(yīng)布設(shè)主斷面，橫向布置如圖1所示。

2.2 拱頂下沉、底板隆起及水平收斂量測(cè)

旨在了解凈空位移隨施工過程的變化規(guī)律，并預(yù)測(cè)圍巖的最終變形，以掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

測(cè)點(diǎn)布置:監(jiān)測(cè)布點(diǎn)沿隧道縱向每5m監(jiān)測(cè)一組，拱頂下沉與地板隆起均布置于初支跨中，橫向布置如圖2所示。

2.3 圍巖土層壓力量測(cè)

旨在掌握圍巖壓力大小及其變化規(guī)律。

測(cè)點(diǎn)布置:測(cè)點(diǎn)布置在主測(cè)斷面，測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖1 D區(qū)地表沉降測(cè)點(diǎn)布置示意(單位:m)

圖2 D區(qū)拱頂下沉、底板隆起測(cè)點(diǎn)布置示意

圖3 D區(qū)圍巖土層壓力測(cè)點(diǎn)布置示意

3 監(jiān)測(cè)頻率

開挖面距量測(cè)目標(biāo)前后<2B(B為隧道開挖跨度)時(shí)，1～2次/d;開挖面距量測(cè)目標(biāo)前后 <5B時(shí)，1次/2d;開挖面距量測(cè)目標(biāo)前后 >5B時(shí)，1次/周。監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)初讀數(shù)在開挖循環(huán)施工后24 h內(nèi)，并在下一循環(huán)施工前取得，其測(cè)點(diǎn)距開挖工作面不得大于2 m。具體監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化略有變化。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的質(zhì)量，加快信息反饋速度，全部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)管理，每次監(jiān)測(cè)必須有監(jiān)測(cè)結(jié)果，并附上相對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位移時(shí)態(tài)曲線圖。

4.1 地表下沉

D區(qū)暗挖隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工期間對(duì)應(yīng)地面的沉降觀測(cè)結(jié)果如圖4所示。共布設(shè)25個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，最終沉降量為－0.3～40.2 mm，其中D11沉降觀測(cè)點(diǎn)最終沉降量最大為40.2 mm。由于本工程處于深南大道，過往車輛較多，觀測(cè)點(diǎn) D3、D6、D7、D10、D11、D12、D16、D17段在最早一個(gè)多月監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)隆起量較大，其最終沉降量均超過20 mm>預(yù)警值;其中觀測(cè)點(diǎn)D6、D11、D12、D16 最終沉降量均超過 30 mm> 控制值。

4.2 拱頂下沉

D區(qū)暗挖隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工期間隧道拱頂下沉實(shí)測(cè)結(jié)果如圖5所示。共布設(shè)4個(gè)拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)，最終沉降量為7.9～15.7 mm，其中3號(hào)沉降觀測(cè)點(diǎn)最終沉降量最大為15.7 mm。由于本工程處于深南大道，過往車輛較多，所有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)均在最早的一個(gè)多月監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)沉降量較大，最終沉降量均未超過預(yù)警值20 mm。

4.3 底板隆起

圖6為D區(qū)暗挖隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工期間隧道底板隆起實(shí)測(cè)結(jié)果。共布設(shè)4個(gè)底板隆起觀測(cè)點(diǎn)，最終沉降量為5.5～14.4 mm，其中2號(hào)觀測(cè)點(diǎn)最終隆起量最大為14.4 mm。所有隆起監(jiān)測(cè)點(diǎn)均在最早的一個(gè)多月監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)隆起量較大，其中2、3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終隆起量均超過預(yù)警值10 mm。

4.4 土層壓力

表1為D區(qū)地下街監(jiān)測(cè)斷面最終土壓力。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，地下街修建后最終土壓力主要集中在地下街地板與頂板上，邊墻土壓力較小，相應(yīng)的邊墻變形主要不是因?yàn)檫厜κ艿酵翂毫Ξa(chǎn)生的，而是由地板和頂板傳遞的彎矩所引起。

圖4 D區(qū)地表沉降—時(shí)間曲線

圖5 D區(qū)拱頂沉降—時(shí)間曲線

圖6 D區(qū)底板隆起—時(shí)間曲線

表1 D區(qū)地下街監(jiān)測(cè)斷面最終土壓力

4.5 地鐵結(jié)構(gòu)變形

D區(qū)暗挖隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工期間地鐵隧道拱頂變形實(shí)測(cè)結(jié)果如圖7所示。在地下街橫斷面范圍內(nèi)拱頂豎直向上位移迅速增加，直到最大值。地鐵隧道拱頂最大隆起量為1.48 mm，發(fā)生在左線附近。在過街隧道墻腳處變形曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，向隧道兩端逐漸減小。

可見，地下街頂板下沉和頂板隆起的大小和分布均受到開挖進(jìn)尺、支護(hù)時(shí)間、結(jié)構(gòu)立柱位置及地鐵隧道結(jié)構(gòu)等的綜合影響。其中，地鐵隧道對(duì)底板隆起影響尤為顯著，隧道上方地下街底板隆起量小，局部甚至出現(xiàn)底板下沉。

圖7 地鐵隧道隆起分布

5 結(jié)論

本文結(jié)合豐盛町地下陽光街工程D區(qū)暗挖隧道，開展了淺埋暗挖大跨隧道施工中的信息化施工研究，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得到如下結(jié)論:

1)在暗挖隧道施工過程中，開挖引起的地層差異沉降是地下管線結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。采用地表沉降控制基準(zhǔn)為30 mm，保證了施工安全，可為以后類似工程參考。

2)在開挖過程中對(duì)地表的影響較為明顯。為有效控制地表沉降和防止開挖中土體坍塌，必須在暗挖進(jìn)洞前進(jìn)行超前支護(hù)。

3)在上穿原有地鐵工程時(shí)，原有隧道以發(fā)生上浮隆起變形為主，通過對(duì)新建隧道施作底板，有效地控制了上穿工程中既有隧道的隆起變形。

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