城市軌道淺埋暗挖隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的優(yōu)化建議

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710000

正文：

1、城市軌道淺埋暗挖隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)的重要性

通過(guò)隧道監(jiān)測(cè)可以做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工。拱頂沉降增大，需要分析檢查施工質(zhì)量，水文地質(zhì)條件變化等。當(dāng)拱頂沉降不收斂時(shí)，需要進(jìn)一步評(píng)估隧道開(kāi)挖工法及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，評(píng)估隧道下一步施工可行性，必要時(shí)需要對(duì)隧道采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施?？傊?，拱頂沉降值直接影響隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及隧道施工安全，影響類似地層工法選擇及工程造價(jià)。

2、淺埋暗挖隧道拱頂沉降與地表沉降關(guān)系

地面沉降可以通過(guò)地面觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行直接測(cè)量，簡(jiǎn)單且操作性強(qiáng)。而傳統(tǒng)的隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，無(wú)法對(duì)隧道開(kāi)挖至初期支護(hù)完成這段時(shí)間內(nèi)的沉降值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致施工監(jiān)測(cè)隧道洞內(nèi)沉降普遍比地表沉降小。

經(jīng)研究，城市淺埋隧道地表沉降與洞內(nèi)拱頂收斂存在以下關(guān)系：位于地下水位以上粉質(zhì)粘土層的隧道，拱頂沉降大于地表沉降；黏土與砂土互層的土層中，當(dāng)開(kāi)挖過(guò)程有少量滲水時(shí)，地表沉降與拱頂沉降相差較小；透水性較好的砂層，輔以降水措施開(kāi)挖的隧道拱頂沉降比地表沉降要小。

從以上研究可以看出，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量揭示的地表沉降與洞內(nèi)拱頂沉降大小關(guān)系，與傳統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測(cè)結(jié)果是不相符的。所以淺埋暗挖隧道洞內(nèi)拱頂沉降測(cè)點(diǎn)埋深需要改進(jìn)提高。

3、隧道拱頂沉降傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法及特點(diǎn)

隧道開(kāi)挖完成后，在隧道中心線拱頂格柵處焊接鋼筋吊鉤，初期支護(hù)噴射混凝凝土完成后，開(kāi)始對(duì)拱頂沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

隧道開(kāi)挖至初期支護(hù)完成這段時(shí)間內(nèi)的沉降值，采用傳統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法無(wú)法測(cè)量。從而出現(xiàn)粉質(zhì)粘土層中淺埋暗挖隧道拱頂沉降較小甚至沒(méi)有沉降的現(xiàn)象。對(duì)于隧道拱頂上方有重要管線的地段，這種誤差會(huì)大大增加工程風(fēng)險(xiǎn)。施工現(xiàn)場(chǎng)，往往會(huì)出現(xiàn)隧道拱頂上方管線在初支形成后（開(kāi)挖時(shí)沒(méi)有滲漏）出現(xiàn)滲漏水，但此時(shí)拱頂沉降幾乎為零的情況。實(shí)際上就是由于上述未能考慮到的隧道拱頂沉降對(duì)管線造成的可能傷害。

4、隧道拱頂沉降優(yōu)化后監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法

4.1、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案

結(jié)合城市淺埋暗挖隧道的埋深小的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法進(jìn)行調(diào)整：通過(guò)地面引孔方式，在隧道前方未開(kāi)挖土層中埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)地面高程（G1）及測(cè)點(diǎn)埋置深度（H1），計(jì)算出測(cè)點(diǎn)處高程（G2）,待隧道開(kāi)挖至測(cè)點(diǎn)位置處通過(guò)洞內(nèi)測(cè)量得出測(cè)點(diǎn)高程（G3），則△G= G2- G3即為隧道開(kāi)挖至隧道初期支護(hù)架設(shè)前拱頂沉降值。具體方案如下：

1）、地面引孔前需要地下管線進(jìn)行排查，確保引孔安全后，采用鉆機(jī)在地面垂直向隧道拱頂位置進(jìn)行鉆孔。

2）、鋼筋計(jì)制作：將2m長(zhǎng)Φ18mm鋼筋一端制作成圓環(huán)，另外一端與2mm鐵絲相連，再通過(guò)鐵絲將鋼筋懸吊至引孔預(yù)定深度，為了確保鋼筋垂直度，圓環(huán)端距離孔底宜預(yù)留50cm空間。

3）、通過(guò)地面對(duì)鋼筋計(jì)四周注水泥漿，并對(duì)鋼筋計(jì)高程進(jìn)行修正，通過(guò)地面高程（G1）及測(cè)點(diǎn)埋置深度（H1），計(jì)算出測(cè)點(diǎn)處高程（G2）。

4）、然后向孔內(nèi)灌砂，灌砂高度控制在2m左右，砂層頂面至地面采用與黏土進(jìn)行回填，回填須密實(shí)，防水雨下滲。

5）、隧道開(kāi)挖至此處，對(duì)本測(cè)點(diǎn)進(jìn)行第一次高程測(cè)量（G3），通過(guò)△G=G2-G3算出初期支護(hù)前隧道拱頂沉降值。△G就是傳統(tǒng)在鋼筋格柵上預(yù)埋測(cè)點(diǎn)，無(wú)法測(cè)出的沉降值。

4.2、測(cè)點(diǎn)布置要求及注意事項(xiàng)

通過(guò)對(duì)調(diào)整后測(cè)點(diǎn)布設(shè)步驟介紹，測(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)，需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）、地面引孔時(shí)，需要嚴(yán)格控制孔的垂直度。垂直度控制主要通過(guò)埋設(shè)在地面的導(dǎo)向管調(diào)整，并且導(dǎo)向管兼做孔口高程（地面高程G1）測(cè)量基點(diǎn)，所以導(dǎo)向管埋設(shè)精度需要滿足測(cè)量精度要求。在引孔未回填前，需對(duì)孔做好保護(hù)（防止灌水及重型車輛碾壓）。

2）、鋼筋計(jì)端頭高程計(jì)算需要進(jìn)行修正。鋼筋計(jì)制作完成后通過(guò)懸吊，測(cè)出在自重下的伸長(zhǎng)值L1與鋼筋計(jì)理論長(zhǎng)度L0之差，即為鋼筋計(jì)長(zhǎng)度誤差（記為△1）。同時(shí)，為了減少溫度變化對(duì)鋼筋計(jì)長(zhǎng)度影響，盡量控制鋼筋計(jì)制作時(shí)與安裝時(shí)溫差。

3）、鋼筋及就位后，需要嚴(yán)格控制注漿速度、注漿壓力，盡量減少對(duì)鋼筋計(jì)垂度的影響。待漿液凝固后，在地面對(duì)連接鋼筋計(jì)的鐵絲拉緊，檢查由于注漿原因引起的長(zhǎng)度誤差（記為△2）。

4）、為了減少回填孔對(duì)鋼筋計(jì)的影響，鋼筋計(jì)頂面以上2m范圍內(nèi)采用細(xì)中砂回填。控制回填速度，確保砂土在自重作用下達(dá)到自然填滿。

5）、細(xì)中砂頂面至地面段引孔內(nèi)回填粉質(zhì)粘土，地面下2.5m范圍內(nèi)加大回填土的壓實(shí)效果，確保無(wú)滲水路徑。

6）、后期隧道開(kāi)挖臨近測(cè)點(diǎn)時(shí)及初期支護(hù)格柵架設(shè)時(shí)，須避免對(duì)測(cè)點(diǎn)碰撞，做好保護(hù)。

4.3、測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)點(diǎn)及不足

與傳統(tǒng)測(cè)點(diǎn)相比，可以通過(guò)測(cè)量隧道開(kāi)挖后至初支支護(hù)形成前（初支形成后監(jiān)測(cè)與傳統(tǒng)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)相同），這段任意時(shí)間內(nèi)的鋼筋計(jì)高程G3，計(jì)算出沉降值△G。具有較高的科研價(jià)值，對(duì)同類型地層沉降分析具有參考性，對(duì)隧道上方有重要管線（埋深較深的管線）采取提前保護(hù)措施提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)地面沉降與拱頂沉降分析及預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。

與傳統(tǒng)測(cè)點(diǎn)相比，優(yōu)化后的測(cè)點(diǎn)布設(shè)相對(duì)比較復(fù)雜，成本相對(duì)較高。由于受地面及隧道開(kāi)挖的影響，對(duì)測(cè)點(diǎn)保護(hù)需要特別注意。

5、優(yōu)化測(cè)點(diǎn)方案案例分析

通過(guò)對(duì)哈爾濱地鐵3號(hào)線崗阜狀平原（粉質(zhì)粘土地層）某淺埋暗挖隧道（位于地下水位以上）拱頂沉降5個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其結(jié)果如下：

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由表格可以看出：淺埋暗挖隧道沉降主要集中在初期支護(hù)完成前，且其沉降量占總沉降量比值較大。初期支護(hù)形成后，隧道拱頂沉降較小，隨時(shí)間推移，后期初支拱頂趨于穩(wěn)定，不再產(chǎn)生沉降。拱頂沉降略大于地面沉降值，與理論分析基本吻合。

6、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)城市淺埋暗挖隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的調(diào)整，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施反饋資料，基本上說(shuō)明了隧道初期支護(hù)前洞內(nèi)沉降占比較大，位于地下水位以上粉質(zhì)粘土中的隧道其拱頂沉降大于地面沉降，與理論分析相吻合，與傳統(tǒng)方法在初期支護(hù)格柵上埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果相反。對(duì)于隧道上方有深埋管線的地層，為了節(jié)約成本和降低工程風(fēng)險(xiǎn)，可考慮在管線左右合理位置布置測(cè)點(diǎn)，能有效預(yù)控管線對(duì)隧道安全施工的風(fēng)險(xiǎn)。