交叉隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與分析

羅從雙，許　昌，胡延宇，劉永興，楊　磊，肖建遙，欒海敏

(1.河南城建學(xué)院 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，河南 平頂山 467036；2. 機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司勘察一公司，陜西 西安 710043)

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交叉隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與分析

羅從雙1，許昌1，胡延宇2，劉永興1，楊磊1，肖建遙1，欒海敏1

(1.河南城建學(xué)院 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，河南 平頂山 467036；2. 機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司勘察一公司，陜西 西安 710043)

為研究縱橫垂直交叉隧道的穩(wěn)定性問題，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法研究新舊隧道之間的沉降變形情況。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，新建隧道的施工使既有隧道在交叉點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生了沉降，最大沉降量達(dá)6 mm。新建隧道內(nèi)部的圍巖、鋼筋和混凝土也表現(xiàn)出了輕微的變形，應(yīng)力變化主要集中在拱腰，變形主要集中在拱頂。隧道交叉區(qū)域的圍巖條件、爆破施工方法、下穿小間距的施工方案是導(dǎo)致沉降變形的主要因素。通過對(duì)圍巖的超前加固、支護(hù)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)等措施可以有效地控制了隧道和圍巖的變形沉降。

交叉隧道；地下工程；穩(wěn)定性；監(jiān)測(cè)分析

我國的城市化率由1978的17.92%增加到2014年的54.8%，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到70%。城市化過程的推進(jìn)，推動(dòng)著城市地下空間工程的快速發(fā)展，優(yōu)先發(fā)展的地下軌道交通成為地下空間工程的主要形式，并且引領(lǐng)其他形式的地下空間工程同步發(fā)展。

隨著地下工程的快速發(fā)展，地下空間由點(diǎn)到面，由淺層向中深層甚至高深層發(fā)展，慢慢形成了全面的綜合立體發(fā)展模式，特別是多層位的縱向立體發(fā)展模式。建筑物之間的距離越來越近，上下層重疊交叉的工程越來越多，暴露出的工程問題日益嚴(yán)峻。鄰近工程項(xiàng)目之間的相互影響成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一[1-9]。如何確保新建項(xiàng)目的安全施工以及新舊工程的安全穩(wěn)定成為今后深入研究的重要課題。

1　工程概況

某地鐵新建線路位于已建隧道的下方, 2條地鐵線路出現(xiàn)垂直交叉, 交叉角度為90°, 交叉區(qū)域內(nèi)2條隧道的間距為18 m。土層由地表至下依次為雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土和砂卵石。為保證下穿隧道的施工安全以及減少施工對(duì)既有線和地表產(chǎn)生影響，需要對(duì)交叉區(qū)域范圍的巖土體進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。新建地鐵與既有線路的關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1　立體交叉隧道空間位置示意圖

圖2　立體交叉隧道剖面位置示意圖

1.1工程地質(zhì)條件

新舊隧道交叉重疊區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)情況相對(duì)較好，下腹圍巖為Ⅲ～Ⅴ級(jí)圍巖，地下水埋藏較深，無地質(zhì)構(gòu)造體。根據(jù)工程地質(zhì)勘查所給出的土層參數(shù)以及土層的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1　地層及結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)

1.2監(jiān)測(cè)內(nèi)容及裝置

地表沉降監(jiān)測(cè)共布置10個(gè)斷面，沿新建隧道和既有線路的軸線及其附近區(qū)域布置監(jiān)控點(diǎn)，從中心至外延40 m范圍內(nèi)進(jìn)行沉降變形監(jiān)測(cè)。沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為2 m，應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面間距為10 m。新建隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖3所示。

圖3　現(xiàn)場(chǎng)儀器布置圖

交叉線路的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)主要是地層的沉降變形及其新建隧道內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變的變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其儀器參數(shù)如表2所示。

表2　監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及儀器參數(shù)

2　監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

通過在隧道交叉區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得交叉區(qū)域內(nèi)地層的沉降變形情況，具體如圖4和圖5所示。

圖4　既有隧道橫向沉降變形情況

圖5　既有隧道縱向沉降變形情況

通過圖4和圖5可以看出，在兩條交叉隧道的交叉點(diǎn)附近，地層出現(xiàn)了顯著的沉降變形情況，新建隧道對(duì)既有線路產(chǎn)生了一定的影響，從隧道軸線往外變形逐漸減少，從交叉點(diǎn)中心往外延伸，變形逐漸降低。

新建隧道的施工建設(shè)對(duì)既有線產(chǎn)生了擾動(dòng)和影響，在施工的過程中出現(xiàn)了沉降位移，特別是在兩條線路交叉的位置，沉降量最大。為防止新建隧道對(duì)舊隧道的影響，需要加強(qiáng)地層加固，改善施工方法，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，減少兩條線路之間的相互影響。

在新建隧道內(nèi)部進(jìn)行了圍壓壓力、鋼筋應(yīng)力和混凝土位移監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6　圍巖壓力-時(shí)間變化曲線

圖7　鋼筋應(yīng)力-時(shí)間變化曲線

圖8　混凝土應(yīng)變量-時(shí)間變化曲線

通過圖6～圖8可以看出，新建隧道內(nèi)部的圍巖壓力、鋼筋應(yīng)力都集中在拱腰部位，混凝土的變形在拱頂處變化較大。拱腰是圓弧頂與側(cè)墻鏈接的部位，也是最容易出現(xiàn)問題的位置，新建隧道下穿既有線的時(shí)候，也受到了舊隧道的影響，出現(xiàn)了應(yīng)力和位移的微小變化。在重疊下穿隧道的情況下，應(yīng)該注重兩條線路的交叉影響，處理好交叉區(qū)域內(nèi)的巖層穩(wěn)定性問題。

3　地層沉降的影響因素

(1)地質(zhì)條件。

兩條隧道交叉區(qū)域的巖層不均一、圍巖級(jí)別不高、巖土體的自穩(wěn)能力較差，這些因素都會(huì)導(dǎo)致交叉隧道的相互影響。

(2)施工順序。

在交叉重疊區(qū)域進(jìn)行多層構(gòu)筑物的施工建設(shè)，都會(huì)產(chǎn)生相互影響，本文工程是在既有線路下方進(jìn)行下穿施工，由于兩條線路距離相對(duì)較近，新建工程對(duì)既有線路會(huì)產(chǎn)生沉降影響。

(3)施工方法。

新建隧道的施工是采用光面預(yù)裂全斷面控制爆破，爆破施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大，導(dǎo)致上層隧道的沉降變形。

(4)施工間距。

地下工程的多層發(fā)展，導(dǎo)致鄰近工程項(xiàng)目之間的距離偏小，造成相互影響，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和該工程項(xiàng)目的條件，這兩條線路的距離不在安全距離之內(nèi)，所以造成新建隧道對(duì)既有線路造成沉降影響。

4　處理措施與建議

4.1處理措施

針對(duì)施工過程中出現(xiàn)的變形應(yīng)采取積極有效的處理辦法。可以采用的措施有減慢施工進(jìn)度、增加支護(hù)體系的強(qiáng)度和范圍。通過預(yù)注漿和超前加固的形式對(duì)交叉區(qū)域圍巖進(jìn)行加固處理，增加圍巖的強(qiáng)度，減少圍巖的擾動(dòng)與變形。增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和監(jiān)測(cè)頻率，針對(duì)變形嚴(yán)重的位置進(jìn)行重點(diǎn)加固。

4.2建議

對(duì)地下交叉隧道應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工，特別是交叉區(qū)域應(yīng)進(jìn)行整體施工。對(duì)先建隧道做好交叉區(qū)域的處理和巖土體的加固，并做好后建隧道的并入工作。確保后建隧道對(duì)已建隧道不產(chǎn)生影響，或把影響降低到最小。在后建隧道施工的過程中，應(yīng)根據(jù)圍巖條件選擇合理的施工方法，做好前期的準(zhǔn)備工作和必要的超前支護(hù)措施。

5　結(jié)論

通過對(duì)圍巖壓力、鋼筋應(yīng)力和混凝土壓力的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)隧道交叉區(qū)域出現(xiàn)了變形沉降。巖層不均一和全斷面爆破施工方法是造成圍巖變形的主要因素。結(jié)合具體的變形進(jìn)行了分析，通過對(duì)圍巖的超前支護(hù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，可以有效地控制交叉區(qū)域圍巖和隧道的變形沉降。

[1]陳衛(wèi)軍，朱忠隆.近距離交疊隧道研究現(xiàn)狀及評(píng)析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002，39(1)：42-47.

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Monitoring and analysis of stability on intersection tunnel

LUO Cong-shuang1,XU Chang1,HU Yan-yu2,LIU Yong-xing1,YANG Lei1,XIAO Jian-yao1,

(1.HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China;2.ChinaJikanResearchInstituteofEngineeringInvestigationsandDesignCo.,Ltd.,Xi′an710043,China)

In order to study on the stability problem of the intersection tunnel,this project adopts the experiment method to monitor the settlement deformation situation between the old and new tunnel.Through the field monitoring,the settlement is generated in the tunnel intersection by the new tunnel construction process,the maximum settlement amount is 6mm.In the new tunnel,the surrounding rock,steel and concrete also shows a slight deformation,stress changes are mainly concentrated in the arch,deformation mainly concentrated in the vault.Surrounding rock condition,blasting construction method,and the construction with small spacing under old the crossing tunnel in the crossing area are the main factors leading to the settlement.The construction of the tunnel crossing area should be combined with the surrounding rock and tunnel requirements,the reasonable construction scheme is chosen,the mutual influence between the old and new line construction and the occurrence of the accident disaster are avoided.

intersection tunnel;underground engineering;stability;monitoring and analysis

2016-01-10

河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目 (15A410003);河南城建學(xué)院2014青年骨干教師培育項(xiàng)目;河南城建學(xué)院2015大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目

羅從雙(1980—)，男，吉林臨江人，博士，副教授。

1674-7046(2016)02-0053-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.02.010

U456.3

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