敖包沟隧道下穿建筑物地表沉降控制研究

曹海滨

(神华集团有限责任公司工程管理部，北京 100011)

隧道下穿建筑物已有许多工程实例，但在黄土地层浅埋条件下穿越建筑物的工程还较少。巴准铁路敖包沟隧道出口段在黄土地层中下穿敖家沟西梁煤矿职工宿舍、职工食堂及变电站三栋建筑物，洞顶覆土厚度约10～20 m，隧道洞身岩性为砂质黄土与软弱砂岩夹泥岩。

敖包沟隧道浅埋下穿西梁煤矿三栋建筑物，建筑物结构强度较差，地表各建筑物与隧道空间位置关系不一，隧道施工对建筑物的影响亦不同。为确保施工过程中建筑物的安全，在施工过程中必须对隧道变形及地表沉降严密监控，并根据监控量测结果，不断优化隧道施工方案，以确保施工安全进行［1］。

1 敖包沟隧道概况

敖包沟隧道是巴准铁路重点工程，全长3 180 m，为双线铁路隧道。隧道位于内蒙古高原区，主要地貌单元为低中山区，地形起伏大，沟梁相间，间歇性沟谷发育，山陡峰峻，切割强烈，最大高差85 m。隧道洞身围岩主要为Ⅳ，Ⅴ级，其中Ⅳ级围岩1 020 m，Ⅴ级围岩2 136 m。隧道在D1K34+592—D1K34+658段连续穿越三栋建筑物［1］。

敖包沟隧道下穿建筑物施工区段岩性自上而下主要为人工填土、上更新统风积砂质黄土、侏罗系下统砂岩夹泥岩。洞身段拱部为厚度不等的砂质黄土，见图1。敖包沟隧道围岩自稳能力较差，隧道开挖过程中容易产生较大变形。

图1 浅埋下穿建筑物段隧道洞顶砂质黄土

2 黄土隧道下穿建筑物地表沉降监测

2.1 测点布设

测点的布设综合考虑距隧道中线不同距离的沉降差，同时兼顾地表沉降对建筑物基础的影响。地表沉降测点布设见图 2［2-4］。

2.2 监测结果与分析

1)地表沉降随时间变化规律［1］

本段隧道施工地表沉降测量周期为2011年11月17日至2012年5月3日，对应的施工节点为隧道掌子面开挖前一个月至隧道二衬施工完成后一个月。地表各测点累计沉降变化曲线见图3。

由图3可见，地表各测点累计沉降值随着时间推移不断增大，受到测量误差的影响，累计地表沉降曲线呈现锯齿形变化，但累计沉降总体上随时间不断增大，并在3 月 12 日达到最大值。测点 3，4，5，6-1，6-2，6-3，6-4，6-5 的最大沉降值分别为 －18，－19，－23，－24，－32，－19，－21，－19 mm。在3月12日后随着时间推移地表沉降有逐渐减小的趋势，整个沉降曲线呈槽形。

图2 敖包沟隧道下穿建筑物地表沉降测点布置

图3 不同地表测点累计沉降值随时间变化曲线

2)地表沉降随施工步骤变化规律

地表测点6-1，6-2，6-3，6-4，6-5 随隧道开挖步骤的变化曲线见图4。

图4 不同地表测点累计沉降值随开挖步骤变化曲线

分析图4发现，该段隧道上下台阶施工间隔较长，地表沉降在上台阶开挖后约一个月时间达到最大值，至下台阶开挖时，地表沉降基本收敛。下台阶开挖后，地表沉降趋势减缓;随着仰拱的开挖，累计沉降值还有一定增大，说明仰拱施工对地表沉降还有一定影响。

3 黄土隧道下穿建筑物地表沉降控制措施

在敖包沟隧道施工中，为减少和控制施工中的地表沉降，主要采取了3项措施，即超前支护、优化开挖方法和综合控制爆破技术［5-8］。

3.1 超前支护

敖包沟隧道出口段洞身岩层性质软弱，层理平缓，层间粘结较差，隧道开挖后易造成层间剥离，支护不及时易掉块和局部塌方，为减少隧道开挖引起的地表不均匀沉降对建筑物造成的损坏，施工中采用超前管棚进行支护。

隧道拱部采用超前管棚注浆加固。管棚采用热轧无缝钢管，壁厚5 mm，环向间距40 cm，每环20根，节长3，6，9 m。两组管棚间搭接长度3.0 m，管棚外倾角为1°～3°，方向与线路方向平行。同时，密切注意拱部岩体变化及地表沉降，开挖后及时喷射混凝土支护，以防止地表产生过大变形，造成建筑物基础不均匀沉降。

3.2 优化隧道开挖方法

暗挖隧道的开挖方法主要有全断面法、台阶法、三台阶临时仰拱法、环形开挖预留核心土法、中隔墙法等，不同的开挖方法在变形控制、施工效率等方面差别显著。隧道下穿建筑物施工时，经综合比选确定，优先采用微台阶法。微台阶法采用小循环进尺施工，开挖时采用人工与小型机械相结合，有利于控制隧道下穿建筑物引起的变形。

3.3 综合控制爆破技术

为减少爆破振动对地表建筑物的影响，采用爆破振动测试仪实时监控爆破对地表建筑物的影响。采取的综合控制爆破技术措施包括合理选择炸药品种、限制同时起爆的最大药量、优化装药结构、合理起爆顺序等，以减小爆炸能量，降低爆破震动波主振幅，控制爆破源与传播途径［5-8］。

在控制装药量方面。上台阶开挖时，采用两次爆破分部开挖，第一步对掏槽眼及辅助眼进行爆破;第二步对周边眼、内圈眼及底板眼进行爆破。避免一次性爆破产生的振动波对建筑物的影响。下台阶开挖时，分为两部开挖，严格控制装药量，即采用一次性钻孔，分两次装药，分批爆破。

4 结论

1)敖包沟隧道施工过程中地表沉降曲线呈槽形，地表沉降最大值为32 mm，开挖通过后地表沉降随时间不断减小。

2)敖包沟隧道上下台阶施工间隔较长，地表沉降在上台阶开挖后约一个月时间达到最大值，至下台阶开挖时，地表沉降基本收敛。下台阶开挖后，地表沉降趋势减缓;随着仰拱的开挖，累计沉降值还有一定的增大，说明仰拱施工对地表沉降还有一定影响。

3)采用超前管棚加固、微台阶法和控制爆破源与传播途径三种措施可有效减少隧道下穿施工对建筑物的影响。

［1］新准铁路有限责任公司.巴准铁路敖包沟隧道采空区处理与下穿工程技术研究［R］.鄂尔多斯:新准铁路有限责任公司，2013.

［2］中华人民共和国铁道部.TB 10121—2007 铁路隧道监控量测技术规程［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［3］中华人民共和国铁道部.TB 10204—2002 铁路隧道施工规范［S］.北京:中国铁道出版社，2002.

［4］中华人民共和国铁道部.TZ 204—2008 铁路隧道工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［5］中华人民共和国国家标准.GB 6722—2003 爆破安全规程［S］.北京:中国标准出版社，2003.

［6］宋福.敖包沟隧道下穿工程爆破振动监测及减振措施研究［J］.铁道建筑，2013(2):43-45.

［7］杨海波.浅埋铁路隧道弱爆破的施工及控制措施［J］.中华建设，2012(8):260-261.

［8］彭道富，李献忠，杨年华.近距离爆破对既有隧道的震动影响［J］.中国铁道科学，2005，26(4):73-76.