复杂地层特大断面车站拱盖法施工监测数据分析与应用

杨秀才

（贵阳市公共交通投资运营集团有限公司，贵阳 550081）

1 工程概况

贵阳某地铁暗挖车站位于黄河路与锦江路交叉口以北，沿黄河路呈南北向布置。为地下2层岛式站台车站，标准段宽19.90 m，轨面埋深22.8～24.2 m，车站起始里程ZDK37+101～ZDK37+317，总长216 m，共设4个出入口和2组风亭组。车站最大开挖断面宽20.81 m，高17.88 m，开挖面积达334 m2，属于特大断面暗挖隧道。

车站采用双层初支拱盖法非爆破开挖方式施工，两端接矿山法区间，利用风亭组通道作为施工通道。车站拱顶覆土约9.5 m，主要为人工填土、软土、膨胀性土，泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩等膨胀岩，岩层走向与线路中线近于平行，岩层倾向线路右侧，施工开挖后线路左侧边墙、基坑西侧边坡存在顺层，施工时，易产生顺层滑动、坍塌、掉块等现象。基岩裂隙水发育不均，赋存规律性差，埋深不一，富水性及透水性弱，勘探揭示地下水位较高。

2 工程环境条件

车站两侧多为多层或高层房屋，房屋主体结构主要为砖混和混凝土结构高层。车站东侧有低层商铺及生活小区，到主体结构最小净距为3 m；东北侧有医院，到主体结构的最小净距3 m，西侧有贵阳国家经济开发区大厦，与主体结构的最小净距3 m，南侧是黄河路与锦江路交叉口上的天桥，贵阳国家经济开发区广场下有地下停车场。两侧的人行道下方，埋深0.2～2.8 m杂填土层中有大量管线，周围环境条件敏感复杂。

3 监测项目

拱盖法施工分步较多，工序转换频繁，受力体系转换多，安全隐患极大，为确保施工及周边建构筑物安全，做好监测工作非常重要[1-2]，故结合车站监测设计图的要求和车站工程施工现状，周边建（构）筑物现状、相关文件以及有关规范、规程，确定本车站工程现场监测项目及布点原则，见表1、表2。根据施工进展情况布设监测点，如图1所示。

表1 监测项目统计表

表2 监测点布设原则

图1 监测点布设剖面图

4 预警情况统计

截至车站拱部右侧导坑贯通，左侧导坑正在施工，拱部⑤、⑥步还未开口的工况，监测共发布红色预警11次，其中，红色预警89点次，橙色预警32点次，黄色预警3点次；按监测项目统计，净空收敛44点次，拱顶沉降18点次，地表沉降37点次，管线沉降23点次，建筑物沉降3点次。预警主要表现在以下方面。

4.1 净空收敛

净空收敛预警的44点有38点次发生在车站左线隧道，预警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+135、ZDK37+155～ZDK37+195、ZDK37+225～ZDK37+235三个区段；剩余的6点次预警发生在车站右线YDK37+108～YDK37+133区段。

对车站施测净空收敛共计96点，预警点位占所有监测的46%；车站①步、②步开挖过程中发生预警38点次，占总预警点位的86%；③步、④步开挖过程发生预警6点次，占总预警点位的14%。净空收敛累计变化量最大点SDJ37+128-3-1（累计变化量-90.5 mm），累计超控制值450%。

4.2 拱顶沉降

拱顶沉降预警的18点次全部发生在车站左线隧道，预警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+140、ZDK37+180～ZDK37+185、ZDK37+225～ZDK37+235三个区段。

对车站施测拱顶沉降共76点，预警点位占所有监测点的15%，累计变化最大点GDC37+125-1，累计变化量-22.6 mm。

4.3 地表沉降

地表沉降预警的36点有11点次发生在车站左线隧道上方，其余监测点发生在隧道右线上方，预警位置主要分布在YDK37+126～YDK37+161、ZDK37+191～ZDK37+266两 个区段。

对车站施测地表沉降共计216点，预警点位占所有监测的16%。地表沉降累计变化最大点DBC37+141-8，累计变化量-79.51 mm。

4.4 管线沉降

管线沉降预警18个点位计23点次，有10点次发生在车站右线隧道上方，其余监测点发生在隧道左线上方，预警位置主要分布在YDK37+071～ZDK37+136、ZDK37+121～ZDK37+141两个区段。

对车站施测管线沉降监测点共计97点，预警点位占所有监测点的18%。管线沉降累计变化最大点WGXC-1-4-2，里程YDK37+136；累计变化量-80.71 mm。

4.5 建筑物沉降

建筑物沉降预警的3点次均发生在车站右线隧道上方，预警位置主要分布在YDK37+100～ZDK37+110区段。

对车站施测建筑物降监测点共计156点，预警点位占所有监测点的2%。预警建筑物沉降累计变化最大点JGC14-3，里程YDK37+105，累计变化量-39.02 mm。

4.6 边墙、中隔墙位移

对现场净空收敛左右监测点，测量其相对坐标并比对，测量结果显示，隧道开挖施工过程中侧墙及中隔壁均存在向隧道内（临空面）偏的情况。

左线侧墙最大内偏9.9 mm，左线中隔墙最大外偏46.3 mm；右线侧墙最大内偏39.8 mm，右线中隔墙最大外偏26.4 mm。

5 监测变形段落及部位分析

净空收敛预警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+135、ZDK37+155～ZDK37+195、ZDK37+225～ZDK37+235三个区段；预警发生主要存在于车站左右线③步、④步开挖施工过程中，③步、④步开挖完成到临时仰拱实施完成期间洞内净空收敛整体变形情况在-40～-70 mm，个别监测点能到-90 mm，其中，在③步、④步土方开挖、初支钢拱架架设期间变形速度最为明显，变形速率约为-8 mm/d。通过坐标计算，变形位置均为侧墙向隧道内偏移；净空收敛出现预警后周边地表、管线及邻近建筑物均出现不同程度的变形。

拱顶沉降预警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+140、ZDK37+180～ZDK37+185、ZDK37+225～ZDK37+235三个区段；地表沉降预警位置主要分布在YDK37+126～YDK37+161、DK37+231～DK37+266两个区段；管线沉降预警位置主要分布在YDK37+071～ZDK37+136、ZDK37+121～ZDK37+141两个区段；建筑物沉降预警位置主要分布在YDK37+100～ZDK37+110区段。

监测数据整体情况分析，左线隧道小里程ZDK37+101～ZDK37+140区段，临时仰拱施作完成后23 d内变形最大点SDJ37+110-1-1，变形量-12.1 mm（平均变形速率-0.5 mm/d），监测数据整体趋于稳定。右线隧道小里程YDK37+101～YDK37+140区段，临时仰拱施作完成后8 d内变形最大点SDL37+138-3-2，变形量4 mm（平均变形速率-0.5 mm/d），监测数据整体趋于稳定。

6 监测变形主要原因分析

经分析，变形原因主要有以下方面：

1）拱部左右导坑开挖下台阶支护不及时，拱架长时间悬空，未及时封闭成环，且未及时进行初支背后注浆时变形较明显。

2）车站左线隧道处于岩土顺层位置，土方卸载后岩层下滑力加剧。

3）地质位于强风化泥岩与中风化泥岩交接处，受施工扰动引起周围土体发生位移。

4）节理裂隙较发育地段洞内土石方挖除后地下水易沿节理裂隙渗透，软化初支背后岩体，使其物理力学指标降低从而引发形变。

5）车站拱顶埋深较浅（9～10 m），拱顶上部岩土体主要为软质岩（强风化砂质泥岩）及杂填土，围岩等级差，上部路面为交通主干道，车流量大，路面荷载大，洞内土方卸载后应力释放，初期支护结构受压引发形变。

7 结语

通过以上分析，在复杂工况条件下为了确保施工安全、结构安全和周边环境安全，采用现代化的监测手段获取监测数据，及时调整设计支护参数、施工组织措施，制订有针对性的应急处理方案等是十分必要的。同时，要求参建单位严格按设计要求有序开展现场开挖工作，控制车站隧道开挖进尺，严控导坑上下台阶间距并及时进行初期支护；车站导洞下台阶开挖支护完成后，及时跟进临时仰拱，根据区域地质情况调整导洞中空锚杆和系统锚杆打设角度，适当增长锚杆长度等支护措施；还要对拱部埋深较浅的车站上方具备条件的尽量增设地表预注浆加固，切实保证安全。