大直徑連續(xù)變斷面渡線隧道開挖變形分析

□文/李亞飛 黃艷萍

大直徑連續(xù)變斷面渡線隧道開挖變形分析

□文/李亞飛 黃艷萍

埋設相對較淺的大直徑渡線隧道施工對工法及工法的連續(xù)性要求較高，為驗證工法的合理性，需要在開挖過程實時監(jiān)測拱頂、拱腰、收斂變形以及地表建（構）筑物和道路的沉降情況，根據監(jiān)測值來調整施工工序。文章以某地鐵渡線隧道為例，在E斷面到C2斷面連續(xù)變化過程，工法從臺階法到CRD法，為保證施工安全進行，以監(jiān)測過程中的最大沉降點位為例，分析了監(jiān)測點在施工過程的動態(tài)沉降情況，結合實時監(jiān)測信息調整施工技術，順利完成渡線隧道的掘進工作。

大直徑；連續(xù)變斷面；渡線隧道；工法；開挖；沉降；變形

隧道的監(jiān)測主要是隧道地表沉降監(jiān)測和隧道拱頂沉降、收斂監(jiān)測，隧道拱頂沉降變形、收斂監(jiān)測的目的主要是監(jiān)測在基坑開挖和隧道施工的過程中隧道內部的變形情況，由此可以及時了解隧道內部的變形情況，防止隧道塌方等事故的發(fā)生，增加施工的安全性。隧道地表沉降監(jiān)測的目的主要是監(jiān)測基坑開挖以及隧道結構施工過程中周邊地表道路的垂直位移（沉降）及水平位移的變化，即隧道外部的變形情況，由此可以掌握在隧道開挖過程中對地表道路或建筑物的影響，以便及時采取有效措施，避免房屋傾斜、道路塌陷等危險的發(fā)生。

城市地鐵網的快速建設，淺埋暗挖、大跨、變斷面渡線隧道的施工案例逐漸增多，施工地質條件的復雜使得工法亦進行相應的調整，如采用CD工法、CRD工法、雙側壁導洞工法、中導洞工法等施工技術，均成功地完成了淺埋、大跨、變斷面渡線隧道的施工[1～2]。但是，從區(qū)間標準斷面快速、順利進入變斷面和大跨渡線地段施工，如何在實現施工工序連續(xù)的同時減少對圍巖的擾動、地表建（構）筑物的影響[3～4]，是決定和評價一個工法是否適用的重要指標，因此需要在施工過程實時監(jiān)測拱頂和地表的動態(tài)沉降情況，以便及時調整工法[5～6]，達到安全施工的目的。

1 工程概況

某渡線隧道位于路面交通繁忙的地帶，場地地勢平坦，為南亞熱帶季風氣候，夏季較長冬季短，降雨較多，氣候濕潤，災害性天氣較多，其中以臺風為主。開挖區(qū)域為河谷沖洪積平原，現經過人工回填，場地地勢平坦，標高為4.3～6.1 m。下伏基巖除場地西側為花崗巖外，其余場地為侏羅系變質砂巖，上部發(fā)育沖洪積層。地面被建筑物、道路覆蓋，原始地貌不復存在或變得極為模糊。隧道的土質為強風化變質砂巖，隧道頂部存在粉細砂層透水層，距隧道頂2～6 m（強風化變質砂巖：顏色為褐黃色，組織構造已部分分離，遇水易崩解），隧道東端頭距某河最近距離只有2 m，據目前開挖水量判斷，極有可能與河水存在水力聯(lián)系。

渡線隧道左線長度為58.2 m（不含豎井內部分），而右線略長為120 m。隧道埋深16.7～19.2 m，均使用礦山法開挖，一共分為A、B、C、D、E五種暗挖斷面。A斷面尺寸6.4 m×6.837 m，E斷面14.85 m×11.75 m。本次渡線隧道開挖施工起點為豎井，從左線的E斷面，右線的A和E斷面三個方向進行開挖。為監(jiān)測隧道的穩(wěn)定性，分別對立交橋、拱頂、拱肩、隧道地表、塔、隧道收斂、應力及水文情況進行監(jiān)測。

本文采用全站儀和精密水準儀對渡線隧道拱頂、拱腰的位移和地表、建（構）筑物監(jiān)測點沉降進行觀測，基準點埋設于距施工影響區(qū)約100 m左右，點位易于保存且觀測方便之處。按規(guī)范布設3個永久性標志點，觀測周期一般情況每3個月觀測1次。工作基點根據工程現場情況在入口周邊埋設3個并進行了編號和注記，作為每次觀測的工作點。觀測周期一般情況每天一次，特殊情況下加密觀測。觀測采用五固定并隨時檢查和計算，發(fā)現異常情況及時匯報，分析和發(fā)現問題，掌握工程的安全性，通過動態(tài)信息管理，對監(jiān)測數據及時處理并反饋以指導施工。

2 點位布設

監(jiān)測點埋設按照相應的規(guī)范和要求進行，主要的監(jiān)測內容有拱頂沉降（GD1、GD2、GD3、GD4、GD5、GZD1、GZD2、GZD3、GYZD1、GYZD2、GYZD3、GYZDD1、GDD1、GDD2、GAYD1、GAYD2、GAYD3、GYZDD1、GYZD2、GYZD3、GZED1、GZED1、GZCD1、GZCLD1、GZCLD2、GZCLD3、GZCLD4），隧道地表（QJ1、QJ2、QJ3、QJ4、QJ5、QJ6、QJ7、EL1、SE4、EL3、EL4、SE5、EL6、CZ8、CZ9、CZ10、CZ11、CZ12、Q6、Q7、Q8），立交橋（Q1、Q2、Q3、Q4），塔沉降（G1、G2、G3、G4），部分點位的分布見圖1。

圖1 渡線隧道斷面及監(jiān)測點位布置

3 數據分析

本文選擇了隧道拱頂和隧道地表的沉降累計值作為建模的原始數據，此兩處地點分別代表了地鐵隧道內、外的兩種不同監(jiān)測數據（拱頂沉降點為洞口位置沉降最大的位置，地表沉降點位于地表沉降最大的斷面上），具有一定的代表性并且分別選取了觀測數據較完整的兩組數據（隧道拱頂GZD1、GD2；隧道地表SE4、EL3）。觀測數據總共有67期，見表1和圖2-圖3。

表1 地鐵變形監(jiān)測累計沉降值（部分數據） mm

續(xù)表1 mm

圖2 拱頂最大沉降點動態(tài)變形曲線

圖3 地表最大沉降點動態(tài)變形曲線

由表1和圖2可知，最大沉降拱頂點位于E斷面，對于拱頂點，隨著E斷面的施工，拱頂點GDZ1和GD2 (均位于洞門口位置)呈加速下沉的趨勢，由于E斷面直徑較大，施工時間較長，使得點位沉降時間增長，累計沉降量增大，當E斷面施工完成后（20期），進入D斷面施工，拱頂點沉降速度降低，沉降量繼續(xù)增加，后續(xù)的C1和C2施工（49～67期），點位沉降速度幾乎不再增加，勻速沉降，直至分別穩(wěn)定為67.82、50.43 mm，未超過設計給定限值（設計給出的拱頂極限沉降值為80 mm，由于E斷面施工前期將GZD1遮擋，導致前22期數據無法獲?。?。

由表1和圖3可知，地表沉降最大位置在D與C1兩斷面的交接面附近，在E施工斷面結束前（15期之前），SE4和EL4沉降速度緩慢，之后，隨著其他各斷面的施工，開始加速沉降，第24（27）期沉降數據已超過設計給定的30 mm控制值標準，直到第54期，SE4和EL4沉降分別達到78.46、100.51 mm，此后沉降開始減速，累計沉降值繼續(xù)增大，直到第67期穩(wěn)定在93.02、114.11 mm，遠遠超出了設計給定的限值。當時考慮到路面為臨時輔道，物探結果證明地層內無溶洞等破壞性地層結構，車速、車流量均較小，配合施工過程每2 h監(jiān)測一次地表沉降，保證施工和地表道路安全。

4 結語

整個施工過程設計的工序較多，施工轉換頻繁，從E斷面到C斷面，工法從臺階法到CRD法，施工過程需要密切監(jiān)測拱頂、拱腰、地表建筑物和道路的沉降情況，尤其對于近12 m高的E斷面，施工的風險性更大，更應該根據監(jiān)測數據來掌握圍巖的應力變化以及對周邊環(huán)境的影響，及時調整掘進進尺和初期支護技術參數，做到信息化施工，尤其在隧道內沉降、收斂較小，而地面沉降較大時，應及時分析查找原因，防止地表突然塌陷和隧道內涌水、砂現象，造成災難性后果。

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

[2]施仲衡.地下鐵道設計與施工手冊[M].西安：陜西科學技術出版社，1997.

[3]王海君，朱蘭洋.北京地鐵西四站暗挖段施工工法數值模擬研究[J].建筑科學，2007，23(11)：20-25.

[4]吳介普.北京地區(qū)淺埋暗挖引起的地表沉降及其控制標準的研究[D].北京：北京交通大學，2009.

[5]宋宜容，陳廣峰，夏世龍，等.暗挖法地鐵施工測量與反饋技術[J].鐵道工程學，2010，（3）：105-108.

[6]黃 俊.北京地鐵和平西橋站—北土城東路站區(qū)間渡線區(qū)隧道暗挖施工技術[J].現代隧道技術，2006，43（1）：67-71.

□黃艷萍/天津市地質工程勘察院。

U456

C

1008-3197（2015）06-50-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.017

2015-10-09

李亞飛/男，1981年出生，工程師，天津市地質工程勘察院，從事巖土工程相關領域技術服務及研究工作。