哈爾濱地鐵教化廣場站與教西區(qū)間監(jiān)控量測及分析

段寶福，吳圣智，朱應(yīng)磊，王兆東，逄金磊

(山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，山東青島 266510)

為了縮短建設(shè)周期，哈爾濱政府決定利用已建成30余年的“7381”人防工程的一部分改造成地鐵，這在國內(nèi)人防工程的改造中具有重大的研究價值。本工程處于建筑物繁多，經(jīng)濟活動頻繁，交通流量大的地區(qū)，更有季節(jié)性凍土影響，所以施工過程中存在一定的技術(shù)困難以及施工管理困難。為保證施工進度和施工安全，施工方對現(xiàn)場監(jiān)控量測提出了嚴格的要求。本文以“7381”隧道教化廣場站及部分教西區(qū)間段為對象，對處于復(fù)雜地質(zhì)情況和周邊環(huán)境下的隧道施工進行監(jiān)控量測與分析。

1 工程概況

哈爾濱地鐵一期工程教化廣場站及教西區(qū)間均利用原“7381”人防工程改建而成，隧道位于西大直街路下方，中途穿過上夾樹街、下夾樹街、曲線街下方，處于經(jīng)濟繁華和社會活動頻繁的地區(qū)，道路及兩側(cè)地下管線密布。隧道地層主要為粉質(zhì)黏土，局部有砂層，圍巖級別均為Ⅵ級。地下水為孔隙微承壓水和承壓水，并且上部管線滲漏使土層存在上層滯水，會對隧道區(qū)間造成滲漏。哈爾濱地區(qū)處于季節(jié)性凍土地區(qū)，其土層凍結(jié)時間長達5個月(10月末凍結(jié)到來年3月中旬開化，六月初化透)，最大凍土深度可達2 m，場區(qū)為凍脹土，凍脹等級Ⅲ級。

隧道區(qū)間SK8+443—SK8+911段內(nèi)均為暗挖施工，結(jié)合原有建筑物斷面及地鐵隧道設(shè)計斷面關(guān)系，此區(qū)間采取單側(cè)擴挖(CD工法)進行施工。施工工序為:①架設(shè)鋼支撐;②破除原有建筑物的邊墻;③施作邊墻初期支護;④拆除鋼支撐，破除原有結(jié)構(gòu)仰拱;⑤施作新的仰拱，及時封閉成環(huán)。原有結(jié)構(gòu)邊墻和仰拱破除時，是監(jiān)控量測的重點時期。

2 監(jiān)測方案研究

原有的“7381”人防工程建成30多年以來，長年未曾使用，年久失修，原有洞體存在施工縫較多，同時在邊墻和仰拱破除時，將破壞原有的受力平衡，使應(yīng)力再次釋放，結(jié)構(gòu)體系也將發(fā)生轉(zhuǎn)換。由于該工程處于經(jīng)濟繁榮、交通流量大、社會活動頻繁地區(qū)，路面兩側(cè)建筑物密集，地下管線繁多，施工安全顯得格外重要。特別是人防工程改造成地鐵技術(shù)在我國尚不成熟，在施工監(jiān)測方面沒有現(xiàn)成經(jīng)驗，只能參照現(xiàn)有地鐵檢測方案并且結(jié)合施工過程中自身的特點進行，并及時總結(jié)經(jīng)驗改善監(jiān)測方案。

針對上述問題，根據(jù)有關(guān)標準開展了建筑物沉降、地表沉降、拱頂沉降、圍巖收斂等監(jiān)測工作(見表1)。同時，在特殊施工時期(如仰拱破除)、特殊區(qū)間段內(nèi)(交通十字路口處)，增加了測點的數(shù)量。并根據(jù)哈爾濱3月份到6月份出現(xiàn)凍融現(xiàn)象的特點，在此時間段內(nèi)加大了觀測工作量。同時，根據(jù)施工過程中可能出現(xiàn)的施工狀況設(shè)立了緊急情況下的監(jiān)測搶險預(yù)案?，F(xiàn)場監(jiān)測采用整體控制和局部監(jiān)測相結(jié)合、定期監(jiān)測與連續(xù)監(jiān)測相結(jié)合的方法。在國家有關(guān)規(guī)程要求和其他隧道工程研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工措施和開挖工序進行全面分析，使分析成果能較好地指導(dǎo)后續(xù)施工。同時根據(jù)施工狀況以及監(jiān)測成果來完善施工方法，改良監(jiān)測方案，使監(jiān)測成果更能反映實際情況?，F(xiàn)場測點布置如圖1。

表1 隧道監(jiān)測項目

3 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析

依照監(jiān)測方案要求，測量組對哈爾濱地鐵的地表、建筑物、拱頂沉降、凈空收斂等做了細致觀測，并對其中幾個代表性的點做了如下分析。

3.1 地表沉降

代表性的地表沉降曲線見圖2，觀測時間為2010年(余同)。

C12號點靠近1號豎井和1號風(fēng)道，豎井和風(fēng)道的開挖造成了圍巖擾動，使地表下沉，同時4月份有氣溫升高引起的凍融對地表下沉有一定的影響。在雨水充沛的6—7月份，地表下沉速度最快，可見雨水對豎井周邊地表下沉影響較大，日變化量最大達到-4.2 mm。G7點位于交通十字路口，此處地表下沉主要是受交通流量大的影響，由此可見，交通流量是影響地表下沉的重要因素，對此施工單位及時做了臨時鋼支撐進行支護，地表下沉趨于平緩。B8點下方的“7381”隧道出現(xiàn)裂縫，同時地表也出現(xiàn)輕微裂縫，裂縫造成了地表下沉，但影響不十分明顯，以此判斷暗挖區(qū)間單純的圍巖擾動對地表影響不是很大。同時，由C12、G7、B8三點下沉最快的時間段可以看出，下沉最快的時間均是豎井開挖或隧道擴挖經(jīng)過該點的時間，由此可見豎井開挖、隧道擴挖對地表下沉的影響有時效性的特點。

圖1 哈爾濱地鐵地表、建筑物測點布置

圖2 地表下沉曲線

3.2 拱頂沉降和隧道收斂(見圖3、圖4)

圖3 拱頂下沉曲線

圖4 隧道收斂曲線

SL3點靠近2號豎井處，該點旁邊為一通道通向2號豎井，通道與隧道成“T”型交叉，該處受隧道擴挖及通道開挖的影響圍巖擾動較大，同時有滲水現(xiàn)象出現(xiàn)，因此隧道穩(wěn)定性降低，從而出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)進一步加劇了隧道滲水，造成該隧道穩(wěn)定性的進一步惡化，加劇了施工困難。施工單位及時排出滲水、鋪設(shè)防水材料，并架設(shè)鋼支撐，最后圍巖趨向穩(wěn)定。SL12點距離SL3點約100m，受SL3裂縫影響初期收斂朝正向發(fā)展，但裂縫影響不大，隨著隧道的擴挖，隧道收斂又朝著負方向變化，最后趨于穩(wěn)定。SL27點距離SL3點約250m，基本不受SL3處裂縫影響，但出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，因此變化較大。與SL3相比，該處除不受通道開挖的影響，其余條件相同，經(jīng)多組數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)SL3處點變化值約為SL27處點變化值的兩倍，可見多一個方向的開挖造成圍巖的擾動近乎成倍數(shù)增長。

3.3 建筑物沉降(見圖5)

圖5 建筑物沉降曲線

J27點靠近1號通風(fēng)口和4號豎井，周邊開挖對圍巖擾動大，因此建筑物下沉較大，雨水充沛的6—7月份建筑物下沉明顯，可見雨水對圍巖的滲透對建筑物有著一定的影響。J10點位于暗挖區(qū)間上方且交通流量大的十字路口，J19點位于單行線暗挖區(qū)間的上方，兩者對比可見交通流量對建筑物下沉有一定影響，但影響不是很大。同時兩點曲線變化和緩，在雨水較大的時節(jié)沒有呈現(xiàn)較為強烈的變化，可見雨水滲透對暗挖區(qū)間的建筑物下沉無明顯影響。

4 結(jié)論

本文在哈爾濱地鐵施工中現(xiàn)場檢測的基礎(chǔ)上，著重分析了地表變化、隧道收斂、拱頂下沉以及建筑物下降4個直接反應(yīng)隧道穩(wěn)定性的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場施工狀況得出了以下結(jié)論:

1)暗挖區(qū)間單純的圍巖擾動對地表下沉影響不是很大，影響地表下沉較明顯的因素主要是交通流量的影響;豎井、風(fēng)道周邊地表下沉比隧道區(qū)間上方地表下沉大，可能是受到凍融、雨水等影響。

2)對于隧道收斂和拱頂下沉來說，三向(T型)擴(開)挖比單邊擴挖造成的變化增長明顯，近乎成倍數(shù)增長。同時滲水影響圍巖的穩(wěn)定性，裂縫的出現(xiàn)也會加速滲水，造成圍巖穩(wěn)定性的進一步惡化。

3)雨水滲透對明挖的風(fēng)道周邊建筑物、地表下沉有影響，對暗挖區(qū)間建筑物、地表下沉無影響。

4)隧道一旦出現(xiàn)明顯的滲水現(xiàn)象應(yīng)及時排水，并鋪設(shè)防水材料，以防止其影響圍巖的穩(wěn)定性;對于收斂和拱頂變化較大的部位要及時架設(shè)臨時鋼支撐，鋼支撐可以有效地保持隧道的穩(wěn)定性。

［1］潘海澤，蔣冰王，石嶸，等.盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測技術(shù)在天津地區(qū)的應(yīng)用研究［J］.鐵道建筑，2010(3):49-51.

［2］胡學(xué)兵，馬建清，李勇，等.密集建筑群下城市淺埋大跨隧道設(shè)計研究［J］.公路交通技術(shù)，2007(增1):91-95.

［3］張頂立，黃俊.地鐵隧道施工拱頂下沉值的分析與預(yù)測［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(10):1703-1707.

［4］王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.

［5］譚萬忠.地鐵區(qū)間隧道穿越建(構(gòu))筑物的工程管理控制［J］.鐵道建筑，2011(9):84-86.