大直径连续变断面渡线隧道开挖变形分析

□文/李亚飞 黄艳萍

大直径连续变断面渡线隧道开挖变形分析

□文/李亚飞 黄艳萍

埋设相对较浅的大直径渡线隧道施工对工法及工法的连续性要求较高，为验证工法的合理性，需要在开挖过程实时监测拱顶、拱腰、收敛变形以及地表建（构）筑物和道路的沉降情况，根据监测值来调整施工工序。文章以某地铁渡线隧道为例，在E断面到C2断面连续变化过程，工法从台阶法到CRD法，为保证施工安全进行，以监测过程中的最大沉降点位为例，分析了监测点在施工过程的动态沉降情况，结合实时监测信息调整施工技术，顺利完成渡线隧道的掘进工作。

大直径；连续变断面；渡线隧道；工法；开挖；沉降；变形

隧道的监测主要是隧道地表沉降监测和隧道拱顶沉降、收敛监测，隧道拱顶沉降变形、收敛监测的目的主要是监测在基坑开挖和隧道施工的过程中隧道内部的变形情况，由此可以及时了解隧道内部的变形情况，防止隧道塌方等事故的发生，增加施工的安全性。隧道地表沉降监测的目的主要是监测基坑开挖以及隧道结构施工过程中周边地表道路的垂直位移（沉降）及水平位移的变化，即隧道外部的变形情况，由此可以掌握在隧道开挖过程中对地表道路或建筑物的影响，以便及时采取有效措施，避免房屋倾斜、道路塌陷等危险的发生。

城市地铁网的快速建设，浅埋暗挖、大跨、变断面渡线隧道的施工案例逐渐增多，施工地质条件的复杂使得工法亦进行相应的调整，如采用CD工法、CRD工法、双侧壁导洞工法、中导洞工法等施工技术，均成功地完成了浅埋、大跨、变断面渡线隧道的施工[1～2]。但是，从区间标准断面快速、顺利进入变断面和大跨渡线地段施工，如何在实现施工工序连续的同时减少对围岩的扰动、地表建（构）筑物的影响[3～4]，是决定和评价一个工法是否适用的重要指标，因此需要在施工过程实时监测拱顶和地表的动态沉降情况，以便及时调整工法[5～6]，达到安全施工的目的。

1 工程概况

某渡线隧道位于路面交通繁忙的地带，场地地势平坦，为南亚热带季风气候，夏季较长冬季短，降雨较多，气候湿润，灾害性天气较多，其中以台风为主。开挖区域为河谷冲洪积平原，现经过人工回填，场地地势平坦，标高为4.3～6.1 m。下伏基岩除场地西侧为花岗岩外，其余场地为侏罗系变质砂岩，上部发育冲洪积层。地面被建筑物、道路覆盖，原始地貌不复存在或变得极为模糊。隧道的土质为强风化变质砂岩，隧道顶部存在粉细砂层透水层，距隧道顶2～6 m（强风化变质砂岩：颜色为褐黄色，组织构造已部分分离，遇水易崩解），隧道东端头距某河最近距离只有2 m，据目前开挖水量判断，极有可能与河水存在水力联系。

渡线隧道左线长度为58.2 m（不含竖井内部分），而右线略长为120 m。隧道埋深16.7～19.2 m，均使用矿山法开挖，一共分为A、B、C、D、E五种暗挖断面。A断面尺寸6.4 m×6.837 m，E断面14.85 m×11.75 m。本次渡线隧道开挖施工起点为竖井，从左线的E断面，右线的A和E断面三个方向进行开挖。为监测隧道的稳定性，分别对立交桥、拱顶、拱肩、隧道地表、塔、隧道收敛、应力及水文情况进行监测。

本文采用全站仪和精密水准仪对渡线隧道拱顶、拱腰的位移和地表、建（构）筑物监测点沉降进行观测，基准点埋设于距施工影响区约100 m左右，点位易于保存且观测方便之处。按规范布设3个永久性标志点，观测周期一般情况每3个月观测1次。工作基点根据工程现场情况在入口周边埋设3个并进行了编号和注记，作为每次观测的工作点。观测周期一般情况每天一次，特殊情况下加密观测。观测采用五固定并随时检查和计算，发现异常情况及时汇报，分析和发现问题，掌握工程的安全性，通过动态信息管理，对监测数据及时处理并反馈以指导施工。

2 点位布设

监测点埋设按照相应的规范和要求进行，主要的监测内容有拱顶沉降（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），立交桥（Q1、Q2、Q3、Q4），塔沉降（G1、G2、G3、G4），部分点位的分布见图1。

图1 渡线隧道断面及监测点位布置

3 数据分析

本文选择了隧道拱顶和隧道地表的沉降累计值作为建模的原始数据，此两处地点分别代表了地铁隧道内、外的两种不同监测数据（拱顶沉降点为洞口位置沉降最大的位置，地表沉降点位于地表沉降最大的断面上），具有一定的代表性并且分别选取了观测数据较完整的两组数据（隧道拱顶GZD1、GD2；隧道地表SE4、EL3）。观测数据总共有67期，见表1和图2-图3。

表1 地铁变形监测累计沉降值（部分数据） mm

续表1 mm

图2 拱顶最大沉降点动态变形曲线

图3 地表最大沉降点动态变形曲线

由表1和图2可知，最大沉降拱顶点位于E断面，对于拱顶点，随着E断面的施工，拱顶点GDZ1和GD2 (均位于洞门口位置)呈加速下沉的趋势，由于E断面直径较大，施工时间较长，使得点位沉降时间增长，累计沉降量增大，当E断面施工完成后（20期），进入D断面施工，拱顶点沉降速度降低，沉降量继续增加，后续的C1和C2施工（49～67期），点位沉降速度几乎不再增加，匀速沉降，直至分别稳定为67.82、50.43 mm，未超过设计给定限值（设计给出的拱顶极限沉降值为80 mm，由于E断面施工前期将GZD1遮挡，导致前22期数据无法获取）。

由表1和图3可知，地表沉降最大位置在D与C1两断面的交接面附近，在E施工断面结束前（15期之前），SE4和EL4沉降速度缓慢，之后，随着其他各断面的施工，开始加速沉降，第24（27）期沉降数据已超过设计给定的30 mm控制值标准，直到第54期，SE4和EL4沉降分别达到78.46、100.51 mm，此后沉降开始减速，累计沉降值继续增大，直到第67期稳定在93.02、114.11 mm，远远超出了设计给定的限值。当时考虑到路面为临时辅道，物探结果证明地层内无溶洞等破坏性地层结构，车速、车流量均较小，配合施工过程每2 h监测一次地表沉降，保证施工和地表道路安全。

4 结语

整个施工过程设计的工序较多，施工转换频繁，从E断面到C断面，工法从台阶法到CRD法，施工过程需要密切监测拱顶、拱腰、地表建筑物和道路的沉降情况，尤其对于近12 m高的E断面，施工的风险性更大，更应该根据监测数据来掌握围岩的应力变化以及对周边环境的影响，及时调整掘进进尺和初期支护技术参数，做到信息化施工，尤其在隧道内沉降、收敛较小，而地面沉降较大时，应及时分析查找原因，防止地表突然塌陷和隧道内涌水、砂现象，造成灾难性后果。

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]施仲衡.地下铁道设计与施工手册[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.

[3]王海君，朱兰洋.北京地铁西四站暗挖段施工工法数值模拟研究[J].建筑科学，2007，23(11)：20-25.

[4]吴介普.北京地区浅埋暗挖引起的地表沉降及其控制标准的研究[D].北京：北京交通大学，2009.

[5]宋宜容，陈广峰，夏世龙，等.暗挖法地铁施工测量与反馈技术[J].铁道工程学，2010，（3）：105-108.

[6]黄 俊.北京地铁和平西桥站—北土城东路站区间渡线区隧道暗挖施工技术[J].现代隧道技术，2006，43（1）：67-71.

□黄艳萍/天津市地质工程勘察院。

U456

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1008-3197（2015）06-50-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.017

2015-10-09

李亚飞/男，1981年出生，工程师，天津市地质工程勘察院，从事岩土工程相关领域技术服务及研究工作。