大断面隧道下穿既有客运专线施工安全监控

杨亚芳

（中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西西安030024）

大断面隧道下穿既有客运专线施工安全监控

杨亚芳

（中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西西安030024）

依托北京至石家庄客运专线石家庄隧道下穿既有石（家庄）太（原）直通线暗挖工程，从客运专线运营的安全和舒适性出发，制定了中洞法+CRD法的暗挖施工方案，并进行了现场监测与安全分析。结果表明:采用中洞法+CRD法进行大断面隧道施工时，地表沉降最大值为9.1mm；初期支护与二次衬砌之间的接触压力增加缓慢，隧道二次衬砌左洞和右洞所承受的围岩压力较小，而中墙部位所承受的围岩压力较大，施工时应加大衬砌厚度；隧道开挖引起的既有线路基沉降最大值为8.6mm，铁路轨道沉降最大值为5.3mm，均在可控范围内。

大断面隧道；下穿既有线；中洞法；安全监控

现代化的施工管理中，安全监控量测是确保施工安全和保证施工质量的一种重要手段［1-2］。隧道工程施工不可避免将对周围环境产生影响，引起周围既有结构物的变形［3-4］。尤其是在隧道下穿既有铁路时还可能引起上方既有线变形超限，从而影响列车正常运营［5-6］。大断面隧道存在结构复杂、开挖断面大、自身稳定性差等特征，开挖过程中将造成更大扰动［7］。而关于大断面隧道穿越既有高速铁路的案例相对较少，仍存在许多关键性问题需要解决。

本文依托（北）京石（家庄）客运专线石家庄隧道下穿既有石（家庄）太（原）直通线暗挖工程，结合大断面隧道断面尺寸及围岩的地质、水文条件，采用中洞法+CRD法对暗挖段进行施工。同时监控分析了隧道施工中的地表沉降、初期支护和二次衬砌接触压力、既有线路基和铁路轨道的沉降，并根据规程［8］确定的监控量测管理基准值，评价隧道施工方案的可靠性与安全性。

1　工程概况

石家庄隧道工程位于石家庄市区，全长4.98km。隧道为四线双洞隧道，标准结构断面高度约13m，开挖宽度约40m。隧道大部分采用明挖法施工，在DK278+300—DK278+380段下穿既有石太直通线，下穿部分采用暗挖法施工。

场地地下水主要为第四系孔隙潜水，水位线为45～50m，位于隧道工程底板以下，顶板覆土深度9.47～11.92m，新建隧道与既有石太直通线的位置关系见图1。

图1　新建隧道下穿既有石太直通线平面（单位：m）

隧址处地层从上至下依次为杂填土、新黄土、砂类土以及粉质黏土。隧道进出口部分在人工填土层中，土壤成分比较复杂，属Ⅳ级围岩。隧道洞身主体在砂质地层中，其围岩稳定性差，在开挖过程容易造成隧道坍塌和过大沉降。暗挖段主体结构及地质纵断面见图2。

暗挖隧道采用中洞法+CRD法施工，开挖断面横向上分为3个洞，2个侧洞加1个中洞，每1个洞室均采用CRD法进行施工。按照“小分块、短台阶、早成环、环套环”的原则，施工顺序为先中洞后侧洞，左右侧洞自上而下对称开挖，及时成环和支护。先施工中洞，中洞施工时严格控制进尺，分块开挖，及时成环，尽快施作初期支护；再自下向上施作中隔墙，中洞成环，构成完整的稳定受力体系；然后左右对称施工侧洞，分部掘进，及时成环，施作初期支护。侧洞完成开挖后，沿隧道纵向分段施作二次衬砌，形成完整的支护体系。具体施工步骤见图3。

图2　暗挖段主体结构及地质纵断面（单位：m）

图3　中洞法+CRD法开挖步骤

2　安全监控量测标准及实施

京石客运专线石家庄隧道下穿既有石太直通线工程，涉及到正在运营的石太直通线以及周围的京广线，为了确保两线的安全运营，施工过程中必须进行全面系统的监测。

为了保证上层既有线的正常运营及施工安全，工程综合考虑了隧道断面尺寸及围岩的地质、水文条件，经比选后暗挖隧道结构采用双跨连拱断面形式，洞内衬砌采用复合式衬砌，并采用中洞法+CRD法完成暗挖段施工。

结合施工特点，分析施工过程的风险源，提出了对重点控制部位的监测方案，并确定了位移管理等级，建立了完善的监测反馈机制，见表1和图4。

表1　位移管理等级

图4　监测反馈程序

隧道施工时，主要对隧道、既有线进行监测。监测内容主要包括拱顶下沉、洞内收敛、地表沉降、路堤内部位移、初支钢架应力、既有线路基与轨道沉降、地层位移、围岩压力、初期支护与二次衬砌间接触压力等，见图5。

图5　监测断面测点布置示意（单位：m）

监控量测管理基准值依据《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121—2007）确定［9］，见表2。将监控量测管理基准值的80%作为控制的警戒值，当监测数据达到警戒值时，应加强监测频率；当现场量测数据接近或超过规定的管理基准值时，须立即停止施工，采取相应的加固补救措施，并对相应的支护参数进行修正后，才能进行正常施工。

表2　监控量测管理基准值［9］

3　隧道安全监控结果分析

本文主要对地表沉降、初期支护与二次衬砌接触压力以及既有线路基与铁路轨道的沉降监控量测结果进行分析。

1）地表沉降

图6为隧道开挖完成后地表沉降曲线。由图6可知，沉降曲线出现了明显的Peck沉降槽，边洞初期支护完成后地表沉降值为9.1mm，满足地面沉降基准值（＜15mm）要求。

图6　地表沉降曲线

2）初期支护与二次衬砌接触压力

对初期支护与二次衬砌之间的接触压力进行了监控量测，测点分布见图7。

图7　初期支护与二次衬砌接触压力测点分布

接触压力监测采用钢弦式双膜压力盒，为便于压力盒的安装，待开挖面初喷混凝土强度到达设计要求后，再将压力盒埋置在初期支护与二次衬砌之间。每个监测断面布置5个测点，用以确定初期支护与二次衬砌之间的作用力，进而分析围岩压力的分布特点。监测断面初期支护与二次衬砌接触压力变化曲线见图8。

图8　监测断面初期支护与二次衬砌接触压力变化曲线

分析图8可知：隧道边墙A测点、左洞拱顶B测点和右洞拱顶D测点、边墙E测点的压力都较小，但隧道中墙C测点处的接触压力较大，该位置在开挖过程中可能产生较大的应变；但随着开挖的进行，各个位置的接触压力变化渐趋变缓。

A测点的接触压力最大值为1.08MPa，B测点的最大值为0.91MPa，C测点的最大值为1.69MPa，D测点的最大值为0.93MPa，E测点的最大值为1.16MPa。由此可以看出，隧道二次衬砌左洞和右洞所承受的围岩压力较小，而中墙测点C处所承受的围岩压力较大，因此施工时应加大衬砌厚度。

3）既有线路基与铁路轨道的沉降

新建隧道与既有线平面位置关系及测点布置见图9，既有线路基、铁路轨道的沉降随时间变化曲线见图10。

图9　新建隧道与既有线平面位置关系及测点布置

图10　既有线路基和铁路轨道的沉降随时间变化曲线

由图10可以看出，既有线铁路路基不均匀沉降最大值为8.6mm，没有超过规范［9］规定的沉降允许值（20mm）；铁路轨道沉降最大值为5.3mm，小于规范［9］规定的沉降允许值（15mm）。说明该隧道的施工对既有线的运营并没有造成威胁，证明了该工程的施工方案可行。

4　结论

1）经安全监控量测得到地表沉降最大值为9.1mm，满足地表沉降要求。

2）新建隧道初期支护与二次衬砌之间的接触压力增加缓慢；隧道二次衬砌左洞和右洞部位所承受的围岩压力较小，而中墙部位所承受的围岩压力较大，因此施工时应加大衬砌厚度。

3）既有线路基不均匀沉降最大值为8.6mm，铁路轨道沉降最大值为5.3mm，均小于规范规定的监控量测管理基准值，新建隧道施工未对其安全造成威胁，施工方案可行。

［1］张国华，陈礼彪，钱师雄，等.大断面小净距大帽山隧道现场监控量测及分析［J］.岩土力学，2010，31（2）：489-496.

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［5］张成平，张顶立，王梦恕.大断面隧道施工引起的上覆地铁隧道结构变形分析［J］.岩土工程学报，2009，31（5）：805-810.

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［7］祁洪.大跨度隧道围岩稳定性分析［D］.北京：中国地质大学，2007.

［8］中华人民共和国铁道部.TB10121—2007铁路隧道监控量测技术规程［S］.北京：中国铁道出版社，2007.

AbstractBased on the subsurface excavation engineering of Shijiazhuang tunnel of Beijing-Shijiazhuang passenger dedicated railway passing under existing Shijiazhuang-T aiyuan railway straight line，the subsurface excavation scheme of center drift method+CRD method was made considering the safety and comfort of passenger dedicated railway.Field monitoring and safety analysis results showed that the maximum surface subsidence was 9.1 mm by using center drift method+CRD method for the large profile tunnel construction，the contact pressure between the primary support and secondary lining increases slowly，the surrounding rock pressure born by the left and right hole of tunnel secondary lining was less and the surrounding rock pressure in the middle wall was larger，which means the lining thickness should be increased during construction，the maximum existing railway subgrade settlement caused by tunnel excavation was 8.6 mm and the maximum railway track settlement was 5.3 mm，which were all in the controllable range.

Safety Monitoring on Construction of Large Profile Tunnel Passing Under Existing Passenger Dedicated Railway

YANG Yafang
（The First Engineering Co.，Ltd.，the 12th Bureau Group of China Railway，Xi’an Shaanxi 030024，China）

Large profile tunnel；Passing under existing railway；Center drift method；Safety monitoring

U456.3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.19

1003-1995（2016）04-0072-04

（责任审编葛全红）

2015-12-10；

2016-01-20

杨亚芳（1975—），女，工程师。