地鐵雙線連拱隧道施工監(jiān)測(cè)分析及評(píng)估

馮興仁 黃 寧 何華剛

(1.中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)

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地鐵雙線連拱隧道施工監(jiān)測(cè)分析及評(píng)估

馮興仁1黃 寧2*何華剛2

(1.中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)

結(jié)合深圳地鐵7號(hào)線深安區(qū)間雙線連拱隧道工程，詳細(xì)介紹了該工程所采用的施工方法及相應(yīng)的技術(shù)措施，并充分分析了施工過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所反映的內(nèi)涵，找出了對(duì)應(yīng)的規(guī)律，結(jié)果表明：采用對(duì)不同階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析指導(dǎo)施工過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整是可行的。

地鐵工程，礦山法，連拱隧道，大斷面隧道

0 引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市地鐵工程也越來越多，各種富水、淺埋和軟弱圍巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下的地鐵隧道工程更是屢見不鮮，這就需要根據(jù)不同的隧道類型和施工條件來選擇合適的施工方法，以及在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件變化不斷的調(diào)整或改進(jìn)施工內(nèi)容。監(jiān)控量測(cè)是一個(gè)很好的手段，可以不斷監(jiān)測(cè)隧道施工支護(hù)變形數(shù)據(jù)，為施工提供支護(hù)襯砌的反饋信息。

本文依托深圳地鐵7號(hào)線深安區(qū)間隧道工程，對(duì)連拱隧道施工進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，分析連拱隧道變形隨時(shí)間變化規(guī)律及不同開挖順序引起的支護(hù)體系變形特征，為類似條件下連拱隧道施工監(jiān)測(cè)提供借鑒。

1 工程概述

1.1 工程概況

深圳地鐵7號(hào)線某區(qū)間隧道工程右線設(shè)計(jì)里程為DK8+209.424～DK9+836.052，全長1 627.18m，左線設(shè)計(jì)里程為DK8+209.424～DK9+836.052，全長1 709.63m，隧道單線長3 336.81m。隧道礦山法施工斷面變化多，其中單線單洞斷面19種(面積：16.4m2～162.5m2，長度2 125延長米)，雙線單洞斷面12種(面積：91.2m2～171.9m2，長度1 505延長米)，三線單洞斷面5種(面積：173.6m2～324.3m2，長度374延長米)，四線單洞斷面7種(面積：96.3m2～436.6m2，長度184延長米)，組織復(fù)雜，大斷面施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。斷面施工順序?yàn)椋憾错敶蠊芘锸┕ぁ袑?dǎo)洞開挖→中導(dǎo)洞初期支護(hù)→澆筑中墻→右線隧道分步開挖→右線隧道支護(hù)施工→左線隧道分步開挖→左線隧道支護(hù)施工。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

該段位于丘陵山地，按巖體的時(shí)代成因及其工程特征，本段的地層分為2層，即殘積層(Qel)和燕山期花崗巖(γ53)。本場(chǎng)地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水，孔隙水主要賦存在沖洪積砂類土、殘積粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化花崗巖中，基巖裂隙水賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化花崗巖中。圍巖及支護(hù)物理參數(shù)見表1。

2 監(jiān)控量測(cè)

連拱隧道由于跨度大，施工難度大，經(jīng)常需要邊開挖邊支護(hù)，而當(dāng)前可供借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)較少，設(shè)計(jì)和施工方法都還不成熟。因此，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，是保證隧道安全施工必不可少的手段。根據(jù)地下工程測(cè)量等規(guī)范的基本要求，針對(duì)該隧道的實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂。

表1 圍巖及支護(hù)物理參數(shù)

地表沉降監(jiān)測(cè)：其中頂部地表沉降點(diǎn)共設(shè)置5個(gè)斷面，每個(gè)斷面埋設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)35個(gè)沉降點(diǎn)。其斷面布設(shè)圖如圖1所示。根據(jù)實(shí)際情況，按一定間隔布設(shè)測(cè)點(diǎn)，布點(diǎn)范圍為2.5倍～3.0倍的隧道直徑(即一側(cè)點(diǎn)寬度)，測(cè)點(diǎn)間距2.0m～5.0m。

拱頂沉降監(jiān)測(cè)：斷面開挖后，在結(jié)構(gòu)拱頂上部離開斷面2m以內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)概況大致取5m～100m。

洞內(nèi)水平凈空周邊收斂：由于淺埋暗挖隧道的拱腰、拱腳和墻中部位是受力和應(yīng)變的最敏感部位，在這些敏感部位緊挨著開挖面(離開挖面距離2m以內(nèi))布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析

本文以DK8+480斷面的結(jié)構(gòu)支撐體系作為考察對(duì)象，對(duì)連拱隧道施工過程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和匯總。

3.1 地表沉降監(jiān)測(cè)分析

隧道斷面上覆土沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1-1～D1-7于2012年11月開始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。各測(cè)點(diǎn)的變形如圖2所示。

由圖2可以看出，隧道中心線附近的沉降最大，并且往兩邊逐漸減小，呈現(xiàn)漏斗狀。隨著時(shí)間的推移，各點(diǎn)的沉降量逐漸增大。并且剛開始時(shí)(如從2012年12月28號(hào)～2013年5月28號(hào))，增長的幅度并不是很大，但是從2013年5月28日～2013年12月25日，沉降增長的幅度明顯加快。從2013年12月25日～2014年2月27日起沉降增長幅度明顯的又放緩。

考慮到施工過程，剛開始進(jìn)行的是大管棚施工以及中導(dǎo)洞的施工，所以有沉降并且在隧道中線附近沉降較大，但由于此過程擾動(dòng)較小，所以沉降增長的幅度不大；然后進(jìn)行的是右線和左線，此時(shí)較多的采用爆破施工，開挖量也較大，因此沉降變形的幅度也較大。

由此可以看出，在隧道開挖時(shí)，應(yīng)注意爆破開挖時(shí)對(duì)地面沉降的影響，并且隧道中線的沉降值最大，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 拱頂沉降監(jiān)測(cè)

以隧道某大斷面拱頂沉降監(jiān)測(cè)為例進(jìn)行分析。圖3為開挖過程中左右隧道拱頂和中洞頂?shù)某两底兓€。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，中導(dǎo)洞開挖、支護(hù)及右隧道的開挖施工對(duì)左側(cè)隧道圍巖產(chǎn)生多次擾動(dòng)，使其沉降逐漸增加。而且左右隧道開挖也對(duì)中洞產(chǎn)生了顯著地影響，使得中洞沉降不斷大幅增加，最后達(dá)到了4.7mm。左右隧道拱頂?shù)淖罱K沉降值也分別達(dá)到5.84mm和5.92mm。

在中洞開挖支護(hù)后，應(yīng)力主要集中在中洞拱頂和底部中墻與中洞支護(hù)相接的部位；而左右隧道開挖支護(hù)后，應(yīng)力主要集中在拱頂和仰拱部位；因此在施工中這些地方要予以重視。

3.3 隧道凈空收斂監(jiān)測(cè)

以深安區(qū)間正線右線YS/Xo8+542、停車場(chǎng)出入線右線TS/Xo0+341、正線左線ZS/Xo8+532三處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例進(jìn)行分析，時(shí)間從2013年10月8日～2013年10月31日。

由圖4(圖中正值表示收縮，負(fù)值表示擴(kuò)張)可以看出，曲線大致分為三個(gè)階段，第一階段從10月8日～10月16日，這一階段表現(xiàn)為收斂變化幅度較小，較為平坦，其中三條曲線的收斂值分別為0.3mm，0.36mm和0.13mm，分別占總收斂的10.9%，15.6%和4%；第二階段從10月16日～10月26日，這一階段表現(xiàn)曲線處于振蕩期，三條曲線的收斂值分別為0.37mm，0.44mm和0.29mm，分別占總收斂的35%，19%和8.8%；第三階段為曲線的劇烈增長區(qū)，這一區(qū)間，曲線呈現(xiàn)直線增長的方式，三條曲線的收斂值分別為1.48mm，1.51mm和2.87mm，分別占總收斂的54%，65.4%和87.2%。

結(jié)合施工過程，三條曲線在第三個(gè)階段的收斂值占整個(gè)過程的收斂值都超過了50%，變化幅度較大，這個(gè)過程進(jìn)行了爆破開挖作業(yè)，以及封閉襯砌作業(yè)，因此這個(gè)過程要格外注意劇烈而頻繁的擾動(dòng)對(duì)施工的影響。

4 施工控制措施及效果

在右線施工過程中，臺(tái)階初支處出現(xiàn)了較明顯的環(huán)向裂隙，有些部分出現(xiàn)明顯的變形，隧洞上地面也出現(xiàn)了輕微的裂縫，周邊的圍墻出現(xiàn)裂縫和變形的情況。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料的反饋，施工中采取了以下工程措施，達(dá)到了控制過大變形的效果：

1)針對(duì)不同部位分別采取相應(yīng)的開挖方法。隧道應(yīng)盡可能采用機(jī)械開挖或人工開挖，確實(shí)不能采用機(jī)械開挖的部位，采用控制爆破技術(shù)、光面和預(yù)裂爆破技術(shù)，短進(jìn)尺開挖，減少單響用藥量，盡可能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。采取措施后效果較為明顯，地表及周邊收斂變化趨緩，處于可控的水平。

2)采用傳統(tǒng)手段探測(cè)與先進(jìn)儀器探測(cè)相結(jié)合的方法，通過對(duì)不同探測(cè)手段取得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，提高地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為開挖方法、支護(hù)形式的選擇提供可靠的依據(jù)。通過綜合使用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，開挖前可以對(duì)掌子面前面的情況充分的了解，提前采取預(yù)防措施，由于地質(zhì)情況而停止開挖的情況大大減少，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3)根據(jù)隧道開挖斷面尺寸及圍巖情況，分別采取不同的支護(hù)形式。初期支護(hù)緊跟開挖進(jìn)行，圍巖破碎洞段開挖完成后，立即噴混凝土封閉掌子面，并按順序施作錨桿、型鋼鋼架或格柵鋼架及掛網(wǎng)噴混凝土，盡早封閉成環(huán)，發(fā)揮支護(hù)體系的整體作用。加強(qiáng)支護(hù)過程控制，保證各工序施工質(zhì)量。通過采取靈活的支護(hù)措施，拱頂沉降以及凈空收斂都提早趨向緩和，處于可控的狀態(tài)，增大了安全的預(yù)留量，保障了施工的安全。

5 結(jié)語

深圳地鐵7號(hào)線深安隧道具有開挖斷面大、隧道埋深淺、地質(zhì)條件復(fù)雜等難點(diǎn)。實(shí)踐證明，在施工過程中不斷進(jìn)行隧道監(jiān)控量測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，實(shí)時(shí)的調(diào)整開挖方法和支護(hù)形式，控制關(guān)鍵部位變形，這種方法是可行的，為今后類似工程施工提供了一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1]傅金陽.富水復(fù)合地層淺埋暗挖地鐵施工對(duì)鄰近建筑物影響分析.長沙：中南大學(xué),2010.

[2]馬永峰,張志豪,曹力橋.淺埋大斷面大跨度連拱隧道施工變形現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究.隧道建設(shè),2010(4):423-429.

[3]周丁恒,曹力橋,馬永峰.四車道特大斷面大跨度隧道施工中支護(hù)體系力學(xué)性態(tài)研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010(1):140-148.

Theassessmentandmonitoringoftheconstructionfordouble-linecontinuous-archsubwaytunnel

FengXingren1HuangNing2*HeHuagang2

(1.China Hydropower 7th Engineering Bureau Co., Ltd, Chengdu 610081, China;2.College of Engineering, China University of Geology(Wuhan), Wuhan 430074, China)Abstract:Combiningwithdouble-linecontinuous-archtunnelengineeringofShen’ansectionofShenzhensubwayNo.7line,theconstructmethodandtechnicalmeasureareintroduceddetailedly.Weattemptedtofindtherulesofsubwaytunnelconstructbymonitoringtheconstructionprocess.Theresultshowsthatitisfeasibletoguidethedynamicadjustmentoftheconstructionprocessbyanalyzingmonitoringdataatdifferentstages.

subwayproject,miningmethod,continuous-archtunnel,largesectiontunnel

1009-6825(2015)01-0169-03

2014-10-21

馮興仁(1976- )，男，工程師; 何華剛(1976- )，男，副教授

黃 寧(1988- )，男，在讀碩士

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