地表沉降監(jiān)測指導(dǎo)淺埋大跨度隧道施工案例分析

武 保 華

(宜興市交通運(yùn)輸局，江蘇 宜興 214200 )

地表沉降監(jiān)測指導(dǎo)淺埋大跨度隧道施工案例分析

武 保 華

(宜興市交通運(yùn)輸局，江蘇 宜興 214200 )

針對大跨度淺埋隧道施工面臨的難題，以陽靈隧道出洞口淺埋段信息化施工為例，對施工監(jiān)控量測方案作了介紹，并闡述了地表沉降變形特征，通過必測項(xiàng)目監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控量測能較好的指導(dǎo)大跨度淺埋隧道施工，可為類似工程施工提供參考。

監(jiān)控量測，大跨度，淺埋隧道，隧道施工

隧道洞口受選線等因素制約常位于圍巖條件復(fù)雜、埋深淺及載荷不均勻的地層中，是隧道設(shè)計和施工的控制工程，因而廣受專家學(xué)者關(guān)注。監(jiān)控量測是隧道信息化施工與安全施工的基礎(chǔ)，是新奧法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，監(jiān)控量測技術(shù)廣泛地被應(yīng)用于隧道施工中。路戈等[1]介紹了監(jiān)控量測技術(shù)在地鐵車站淺埋暗挖法施工中的應(yīng)用。黃正家[2]介紹了監(jiān)控量測在地鐵隧道軟弱富水地層淺埋暗挖法施工中的應(yīng)用。王新征等[3]詳細(xì)地介紹了沉降監(jiān)控量測在淺埋隧道施工中的應(yīng)用。雷堅(jiān)強(qiáng)等[4]詳細(xì)介紹了監(jiān)控量測技術(shù)現(xiàn)狀及其施工過程中存在的問題，并提出了改進(jìn)建議與措施。本文以陽靈隧道出洞口淺埋段施工為例，詳細(xì)地介紹監(jiān)控量測對大跨度淺埋公路隧道施工的指導(dǎo)作用。

1 工程概況

1.1 陽靈隧道出洞口地質(zhì)概況

陽靈隧道是宜興市雙湖路新建工程線路上的控制性工程，全長1 080 m，設(shè)計凈寬14.0 m，設(shè)計凈高7.8 m。陽靈隧道出洞口原為山坡，后被開發(fā)為楊嶺山采石場(現(xiàn)已廢棄)，在出洞口附近溝谷處堆積了厚5 m左右的棄土、棄石，地勢平坦，隧道埋深5 m～10 m。由于出洞口為中風(fēng)化泥晶灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，受到構(gòu)造運(yùn)動的影響強(qiáng)烈，頂部為楊嶺山采石場棄碎石土，綜合評定圍巖為Ⅴ級。由于陽靈隧道出洞口埋深較淺，洞頂上覆土層為松散的采石場棄碎石土，極易受施工擾動。因此，對其出洞口地表沉降變形等項(xiàng)目展開適時監(jiān)測對施工具有重要的意義。

1.2 陽靈隧道出洞口支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)公路功能和發(fā)展的要求，以“安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、美觀”為基本設(shè)計原則，結(jié)合隧道所處地區(qū)的地形、地質(zhì)、施工、運(yùn)營、管理等條件進(jìn)行綜合設(shè)計。隧道洞口超前支護(hù)結(jié)構(gòu)采用30 m長φ108 mm管棚，環(huán)向間距為400 mm；初次支護(hù)結(jié)構(gòu)采用間距600 mm的22a工字鋼+雙層Φ8 mm(200 mm×200 mm)鋼筋網(wǎng)+長4 m的φ25 mm(縱×環(huán)：600 mm×1 000 mm)系統(tǒng)錨桿+280 mm的早強(qiáng)C25噴射混凝土；二次襯砌結(jié)構(gòu)及仰拱為600 mm厚的鋼筋混凝土。

2 監(jiān)控量測方案

陽靈隧道出洞口埋深較淺，上覆土層為松散的碎石土，隧道進(jìn)洞施工擾動延伸至地表，地表沉降變形是隧道施工力學(xué)的宏觀表現(xiàn)。施工方法、進(jìn)尺等參數(shù)的選取關(guān)系到隧道上覆巖土體穩(wěn)定，是施工的控制重點(diǎn)。監(jiān)測隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨施工的發(fā)展，以便檢驗(yàn)施工工藝與設(shè)計的實(shí)際效果。根據(jù)陽靈隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝及工程地質(zhì)情況，選取具有代表性的K4+050斷面進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)施工規(guī)范和陽靈隧道進(jìn)洞施工要求進(jìn)行監(jiān)測，展開了掌子面地質(zhì)編錄、地表沉降、拱頂下沉、周邊收斂、圍巖內(nèi)部位移、圍巖壓力、錨桿軸力、鋼架受力等10項(xiàng)。鑒于篇幅與推廣應(yīng)用，本文僅討論地表沉降成果在大跨度淺埋隧道施工中的應(yīng)用。

3 地表沉降變形特征

3.1 測點(diǎn)布設(shè)

地表沉降變形量測在隧道中軸線3倍～5倍洞徑外埋設(shè)2個基點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場條件測點(diǎn)均勻分布于隧道中軸線兩側(cè)，兩兩間距為3 m～5 m，5號測點(diǎn)位于隧道中心線上，左、右兩側(cè)分別有4個側(cè)點(diǎn)，共9個測點(diǎn)。地表沉降變形量測采用精密水準(zhǔn)儀和塔尺進(jìn)行量測，因現(xiàn)場觀測條件較佳，量測精度可控制在±0.1 mm級別。

3.2 地表沉降變形特征

陽靈隧道出洞口K4+045斷面地表沉降變形監(jiān)測自測點(diǎn)埋設(shè)來，按規(guī)范要求的量測頻率及施工要求實(shí)時連續(xù)測量近3個月，其結(jié)果詳見圖1，圖2。其沉降變形有如下特征。

1)隧道進(jìn)洞施工擾動區(qū)域基本上關(guān)于其中軸線分布，其擾動范圍約為距中軸線1.5倍跨徑，且明顯存在分區(qū)。由圖1可知，距隧道中軸線0.5倍跨徑范圍內(nèi)發(fā)生顯著沉降變形，其值在45.0 mm～90.0 mm區(qū)間變化，其最值為88.5 mm位于④測點(diǎn)附近，屬于顯著變形區(qū)；距隧道中軸線距離大于1.5倍跨徑變形微小，其值小于4.5 mm，與最大值相比在工程上可以忽略，屬于非沉降變形區(qū)；以及兩者之間的過渡區(qū)，其值在4.5 mm～30.0 mm之間。顯著變形區(qū)沉降變形相對其他兩個區(qū)較為不均為，呈“V”字形。

2)地表沉降變形所有監(jiān)測點(diǎn)總體上隨時間先快速增長后緩慢增長最后趨于穩(wěn)定，其變形速率隨時間由大到小最后為零，見圖2。

3)根據(jù)上述劃分的三個區(qū)，分別選取具有代表性的測點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，即④，⑨和②。由位于顯著沉降變形區(qū)的④測點(diǎn)全過程S—T曲線可知，顯著沉降變形區(qū)變形發(fā)展隨左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑、中間部分及臨時鋼架拆除施工，先后經(jīng)歷了迅速增長、緩慢增長、再迅速增長、再較緩慢增長、最后穩(wěn)定5個階段，其變形與施工工藝、工序密切相關(guān)。其中左右導(dǎo)坑施工經(jīng)歷了緩慢增長、迅速增長兩階段，其施工耗時約為20 d，其變形量約占最終變形量的20%～40%。中間部分及臨時鋼架拆除施工經(jīng)歷了再迅速增長階段，其施工耗時約為10 d，其變形量約占最終變形量的40%～50%。其沉降變形尤為迅速，最大為24.2 mm/d，該時段施工誘發(fā)

地表開裂。最后10%變形量為上覆地層在自重荷載作用下發(fā)生沉降，時間相對較長，約為40 d～60 d。由位于非沉降變形區(qū)的⑨測點(diǎn)全過程S—T曲線可知，非沉降變形區(qū)隨施工工藝的各個工序的不斷推進(jìn)，沉降變形幾乎不增長，該區(qū)最大沉降量為4.3 mm，工程上可以忽略。由位于過渡區(qū)的②測點(diǎn)全過程S—T曲線可知，過渡區(qū)隧道進(jìn)洞施工后經(jīng)歷了較快增長、緩慢增長及穩(wěn)定三個階段，分別占最終沉降量的70%，20%和10%。其中過渡區(qū)和顯著沉降變形區(qū)的各測點(diǎn)第一階段持續(xù)時間相近、變形速率及累計變形量基本一致。

綜上，地表沉降量主要取決于地表與隧道的相對位置及施工工藝、工序、施工速度、隧道埋深。

4 指導(dǎo)施工

根據(jù)地表沉降監(jiān)控量測反饋的信息可以實(shí)現(xiàn)在如下方面指導(dǎo)施工：

1)施工場區(qū)內(nèi)臨時便道、材料堆放、土石方等在條件容許的情況下遠(yuǎn)離地表沉降影響范圍，本工程為距中軸線1.5倍跨徑范圍內(nèi)，嚴(yán)禁上述施工活動；在條件限制情況下，必須對圍巖及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行論證，在論證可行的情況下進(jìn)行科學(xué)布置，同時進(jìn)行監(jiān)測。2)由于本工程隧道為埋深5 m～10 m，且隧道上覆土層為采石場棄碎石土，其滲透性極強(qiáng)；加上施工擾動較強(qiáng)，尤其是中間部分及臨時鋼架拆除施工，地表沉降變形尤為迅速，最大為24.2 mm/d，該時段施工誘發(fā)地表開裂。因此，施工過程密切注意地表開裂情況，尤其是截水溝的開裂狀況，并采取必要的排水措施，同時在條件允許情況下進(jìn)行地表加固。3)本工程隧道進(jìn)洞施工中間部分及臨時鋼架拆除對地表沉降變形影響極為強(qiáng)烈，因此在該施工階段必須嚴(yán)格控制施工擾動強(qiáng)度、范圍、次數(shù)及頻率；同時支護(hù)結(jié)構(gòu)盡早封閉成環(huán)。4)鑒于隧道埋深及圍巖條件，應(yīng)合理選取科學(xué)施工方法、工藝及工序，嚴(yán)格控制超挖；對超挖區(qū)域必須及時回填，必要時進(jìn)行注漿加固。

5 結(jié)語

通過對陽靈隧道在進(jìn)洞施工中地表沉降變形、拱頂下沉及周邊收斂變形監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控量測能較好的指導(dǎo)大跨度淺埋隧道施工，尤其是必測項(xiàng)目發(fā)揮了重要作用。而必測項(xiàng)目是每個隧道工程都必須實(shí)施的，有益其推廣。

[1] 路 戈,惠明軍.監(jiān)控量測技術(shù)在北京地鐵車站淺埋暗挖法施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2008(12):133-137.

[2] 黃正家.地鐵隧道軟弱富水地層淺埋暗挖法施工監(jiān)控量測與分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2010,47(3):81-86.

[3] 王新征,張 健.淺埋暗挖隧道施工沉降監(jiān)控量測[J].人民長江,2012,43(15):20-23.

[4] 雷堅(jiān)強(qiáng),丁彰芳.公路隧道施工監(jiān)控量測與超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)現(xiàn)狀及思考[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2013,50(6):32-38.

Case analysis of shallow buried large span tunnel construction guided by ground surface settlement monitoring

WU Bao-hua

(YixingCityTransportationBureau，Yixing214200，China)

According to the construction problem of shallow buried and large span tunnel, with the shallow buried unkennel section construction of Yangling tunnel as an example, introduces the monitoring measurement schemes of construction, and illustrates the features of surface subsidence deformation, through the necessary items monitoring and analysis, it’s founded that monitoring and measurement can guide the construction of shallow buried large span tunnel better and can provide reference for similar engineering construction.

monitoring and measurement, large span, shallow buried tunnel, tunnel construction

1009-6825(2014)28-0199-02

2014-07-22

武保華(1972- )，男，碩士，工程師

U455

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