淺埋暗挖法人行過街通道信息化施工技術(shù)研究

吳延平，王 軍

(1.溫州市城建設(shè)計院，浙江 溫州 325035;2.溫州大學 建筑與土木工程學院，浙江 溫州 325035)

目前城市地下工程的淺埋暗挖施工基本都根據(jù)新奧法原理進行，而信息化施工技術(shù)是新奧法施工的一項重要內(nèi)容，它既是隧道施工安全的保證，又是對隧道支護結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化的重要手段。作為首次在長江三角洲地區(qū)濱海相沉積的“四高兩低”的淤泥地層運用淺埋暗挖工法，存在著較大的不確定性和風險性。運用信息化施工技術(shù)具有重大意義，可使現(xiàn)場監(jiān)控量測與理論計算分析相結(jié)合，建立監(jiān)控報警系統(tǒng)，便于解決不確定性問題，降低施工風險，從而實現(xiàn)施工安全和經(jīng)濟的目標。

溫州廣泛分布著深厚軟土地基。大南門與附二醫(yī)人行過街通道工程，均修建于淤泥質(zhì)黏土層中(含水量高達70%，工程性質(zhì)極其不良)。附二醫(yī)街區(qū)暗挖通道穿越市主干道，地面街道縱橫，高樓林立，商業(yè)發(fā)達，交通繁忙，地下有煤氣、雨水、污水、電力等重要市政主干管路，環(huán)境條件十分復雜。

1 信息化施工

所謂信息化施工，實質(zhì)是根據(jù)經(jīng)驗初步選定設(shè)計參數(shù)，在施工過程中通過監(jiān)測地下工程結(jié)構(gòu)受力與變形等數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析、信息反饋，以判斷地下工程穩(wěn)定性及支護結(jié)構(gòu)對圍巖的加固效果，并據(jù)以修正結(jié)構(gòu)支護參數(shù)，安全可靠地完成施工。信息化施工是一個全程、動態(tài)、不斷完善的過程，起著“安全監(jiān)控、設(shè)計反饋、指導施工”等一系列重要作用，是當前地下工程設(shè)計與施工的發(fā)展方向。信息化施工管理分為現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、信息反饋三大環(huán)節(jié)，現(xiàn)場監(jiān)測是信息的來源;數(shù)據(jù)分析、信息反饋是其核心。

1.1 現(xiàn)場監(jiān)測

從考慮工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工對周邊環(huán)境影響出發(fā)，本工程監(jiān)測項目可以分為三類:第一類是支護結(jié)構(gòu)的變形和應力、應變監(jiān)測;第二類是支護結(jié)構(gòu)與周圍地層相互作用監(jiān)測;第三類是與結(jié)構(gòu)相鄰的周邊環(huán)境的安全監(jiān)測，詳見表1。

根據(jù)四個場地而劃分，分為四個區(qū)塊進行監(jiān)測。地表主要監(jiān)測項目為地面沉降和管線沉降。暗挖通道初期支護變形主要包括拱頂下沉和凈空收斂。其布置原則為:上導坑每分部拱頂處布設(shè)拱頂下沉的測點一個;在起拱處、邊墻底部位分別布測監(jiān)測收斂的測點各一組;量測斷面間距為5 m，特殊地段加密布置。圍巖壓力、格柵拱架鋼筋軸力是反映通道受力狀況的重要指標之一，選擇典型斷面處埋設(shè)了儀器。

1.2 數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場監(jiān)測取得地面沉降、圍巖與支護結(jié)構(gòu)位移、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力、周邊建(構(gòu))筑物及管線變形等信息，并對這些信息進行處理和分析。將監(jiān)測結(jié)果以及通過計算求得的監(jiān)測間隔時間、累計監(jiān)測時間、監(jiān)測位移值、累計位移值、當時位移速率、平均位移速率等列成表格，并繪制相應參數(shù)與時間對應關(guān)系的曲線圖，如位移—時間曲線。必要時對監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)進行回歸分析，找出位移隨時間變化的規(guī)律。

1.3 信息反饋

如圖1監(jiān)測結(jié)果可知:通道沉降槽基本上符合Peck描述的正態(tài)分布曲線，靠近中線處沉降較大，遠離通道中線沉降較小，沉降槽寬度為40～50 m左右，是通道寬度D的5～7倍，是通道高度H的6～8倍。地面的最大沉降位于通道中線附近，為4～5 cm，嚴格控制在最大允許沉降50 mm以內(nèi)。產(chǎn)生這樣結(jié)果的原因有:通道開挖之前進行的掌子面注漿加固，提高了地層承載能力，置換出地層中水分，防止了通道開挖時地層的大量失水和整體下沉;通道開挖過程中嚴格遵守了“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早成環(huán)、勤量測”的施工原則，嚴格地控制了地層和支護結(jié)構(gòu)的變形。

表1 監(jiān)控量測項目表

圖1 通道開挖對地表橫向沉降的影響

從圖2可以看出:路面下沉較大，圍擋內(nèi)地表下沉較小;路兩側(cè)的測點要稍小于路中測點。這主要是因為:路面較圍擋內(nèi)地表不同之處在前者車流量很大，產(chǎn)生較大附加動荷載。由于通道外2 m以后土體未能進行地表垂直注漿，受下部開挖卸載和附加動荷載影響，體現(xiàn)了淤泥地層高靈敏性和高蠕變性，產(chǎn)生比圍擋內(nèi)地表大的沉降。路兩側(cè)為自行車道或輔道，車流量遠小于主車道，產(chǎn)生附加動荷載較小。

如圖3典型監(jiān)測點 G1，G2，G3為例，在前 5 d，拱頂沉降呈現(xiàn)急劇增長態(tài)勢，沉降速度非?？欤蹙€性，在第5～20 d，拱頂沉降呈現(xiàn)波動增長趨勢，并在20 d之后保持穩(wěn)定。對于較為軟弱的淤泥質(zhì)地層來說，加快開挖速度，適當縮短臺階長度，盡快封閉成環(huán)是控制拱頂下沉的有效手段，每一時段沉降值均在警戒值合理的范圍之內(nèi)。

圖2 隧道地表中線點縱向沉降曲線

圖3 主通道拱頂下沉檢測

在施工區(qū)域內(nèi)有大量的管線，其中給水管極為重要，如地層沉降過大引起管線開裂漏水，甚至爆裂，將產(chǎn)生嚴重后果。故選取場地內(nèi)的給水氣管道進行分析，其沉降時程曲線如圖4所示。給水管沉降在前5 d內(nèi)呈現(xiàn)急劇降低趨勢，在5～25 d內(nèi)呈現(xiàn)急劇升高趨勢，在這個過程中完成總沉降量的80%，而在25～55 d的時間內(nèi)，主通道給水管沉降量出現(xiàn)微小波動，保持緩慢的速度不斷沉降，并于55 d之后趨于穩(wěn)定。

典型監(jiān)測邊的最大長度變化如圖5所示。監(jiān)測邊的累計長度的變化呈現(xiàn)波浪形增長特征，在25 d以內(nèi)表現(xiàn)較為明顯，在25～33 d之后變化幅度較小，在33 d之后監(jiān)測邊長保持穩(wěn)定。在 A1-A2，B1-B2側(cè)邊邊長監(jiān)測期間，每一時段長度變化值均在警戒值合理的范圍之內(nèi)。

圖4 沉降時程曲線

圖5 側(cè)邊長度監(jiān)測

2 施工要點

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，及時調(diào)整施工方案，以確保施工的安全性和經(jīng)濟性。當變形數(shù)值和速率較小時，減少施工程序，加快施工進度，降低工程造價;變形數(shù)值較大時，則增加必要的輔助措施，以保持變形值及速率基本正常。基于以上原則，施工過程中作了以下優(yōu)化，以控制施工中過大變位。

1)淤泥地層分塊分部開挖過程中，結(jié)合實際情況，臺階長度盡量縮短，快速通過，盡快使整個斷面封閉成環(huán)，可以大大減小引起的地表沉降。

2)在提前安設(shè)的大管棚保護下，通過控制注漿壓力和注漿量，進行二重管全斷面水平注漿可大大減弱注漿產(chǎn)生的隆起。

3)地面車輛動載對淤泥質(zhì)地層淺埋工程施工影響較大，施工過程中在盡量減小對地面交通的影響下，可采取適當限制車行速度或地面鋪大塊厚鋼板等措施減弱動載對地表變形的影響。

4)采取動態(tài)跟蹤注漿，加強注漿過程中的監(jiān)測，對周邊建筑物及地下管線等環(huán)境保護效果明顯。

5)淤泥地層采用噴錨構(gòu)筑豎井并設(shè)置超厚鎖口圈，提前垂直注漿改良地層并進行多次補注，對控制豎井開挖過程中下沉效果明顯。加強井底以下區(qū)域注漿，可以確保豎井成型后不下沉。

6)開挖過程中超前注漿與初支背后回填注漿結(jié)合進行，嚴格控制超前注漿壓力，對減小拱頂下沉很有效。

3 結(jié)論

通過本項目的信息化施工研究，提出相關(guān)結(jié)論，以期完善城市淺埋暗挖信息化施工技術(shù)，并為今后工程提供參考。

1)復雜環(huán)境淺埋暗挖人行過街通道施工時的環(huán)境控制和保護是其重點。對于地表沉降、地面建筑物和地下管線變形等控制指標應結(jié)合實際工程情況研究確定，不能統(tǒng)一標準，以便在合理投入的情況下，保證施工和環(huán)境安全。

2)淤泥質(zhì)地層進行暗挖施工，首要需解決地層改良，采取TSS輔助二重管無收縮注漿技術(shù)對土體進行加固，并施行動態(tài)跟蹤量測是一條經(jīng)濟高效的途徑。

3)地下工程施工前，往往難以準確判定地質(zhì)情況并制定比較完善的設(shè)計參數(shù)和施工方案。施工過程中根據(jù)揭露的地質(zhì)準確情況，通過全程監(jiān)測及信息反饋，及時調(diào)整施工方法與施工工藝，不斷優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，可確保施工安全。

4)信息化施工技術(shù)對制訂環(huán)境控制和保護措施提供支持。在信息化施工過程中，對于出現(xiàn)的異常現(xiàn)象均采取了相應的控制措施，取得了滿意的效果，確保了工程的順利進行。

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