變形監(jiān)測在城市淺埋暗挖隧道施工中的應(yīng)用

余志奇，楊林松，付小明，王建強(qiáng)

(1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢　430015；2.長江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢)測繪信息工程院，湖北 武漢　430010；3.東華理工大學(xué)測繪工程學(xué)院，江西 南昌　330013)

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變形監(jiān)測在城市淺埋暗挖隧道施工中的應(yīng)用

余志奇1*，楊林松2，付小明1，王建強(qiáng)3

(1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢430015；2.長江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢)測繪信息工程院，湖北 武漢430010；3.東華理工大學(xué)測繪工程學(xué)院，江西 南昌330013)

摘要：基于研究城市淺埋暗挖型隧道的發(fā)展以及隧道變形監(jiān)測在施工中的重要意義，通過對武漢市東湖團(tuán)山隧道的變形監(jiān)測在施工中的應(yīng)用研究為例，采用多種監(jiān)測方法對暗挖隧道施工進(jìn)行變形監(jiān)測，說明變形監(jiān)測在城市淺埋暗挖隧道安全施工中起到的重要作用。

關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測；隧道；襯砌；圍巖

1引言

近幾年來，隨著武漢市經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)和城市規(guī)劃規(guī)模的擴(kuò)大，武漢市進(jìn)入了城市建設(shè)快速發(fā)展的時期，為緩解城區(qū)日益增長的交通壓力，武漢市對主骨架路網(wǎng)進(jìn)行了規(guī)劃調(diào)整，在某些不適合修建立交橋的地方多采用隧道的形式解決城市節(jié)點(diǎn)交通。東湖通道為武漢市武昌大東湖地區(qū)的重點(diǎn)道路交通工程，對完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與緩解交通擁堵等方面具有重大作用。同時，通道兼有環(huán)境、景觀、文化功能，對加強(qiáng)東湖景區(qū)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)東湖景區(qū)利用與開發(fā)，凸顯地域文化與彰顯城市魅力有重大意義。

城市暗挖隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)性大于明挖工程，作為整個東湖通道工程中唯一的暗挖隧道，對團(tuán)山隧道施工進(jìn)行監(jiān)控量測的重要性不言而喻。隧道監(jiān)測作為施工工序中不可缺少的內(nèi)容，它不僅監(jiān)測各施工階段圍巖和支護(hù)動態(tài)，確保施工安全，而且可為調(diào)整初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，確定二襯和仰拱的施作時間，了解施工對附近建筑物的影響，加強(qiáng)監(jiān)測頻率，及時反饋信息，以指導(dǎo)分步施工，優(yōu)化施工步長。因此，為全面提高東湖隧道工程質(zhì)量，加強(qiáng)隧道施工期間監(jiān)測極為必要。

2東湖團(tuán)山隧道的項(xiàng)目概況

(1)工程概況

東湖通道工程規(guī)劃北起二環(huán)線紅廟立交與二環(huán)線水東段對接，南止于喻家湖路喻家山北路道口，全長約 9.86 km，除兩端局部段采取高架和地面方式外，全線基本采取隧道建設(shè)方式，其中穿東湖隧道段全長約 6.88 km，團(tuán)山隧道段長約 1.22 km，地面段長約 0.70 km，高架段長約 1.06 km。

本次施工監(jiān)測的團(tuán)山隧道作為東湖通道的重要組成部分，雙向6車道，采用暗挖法施工，最新方案是直接與對接路面平齊，直接穿過山體，另在團(tuán)山中間的埡口段有長約 100 m的外露通道，形成了新的城市景觀。此外，團(tuán)山隧道兩端接線處的團(tuán)山路和喻家湖下方將各建一條下穿通道，與隧道車流立體交叉通行。本工程區(qū)位圖如圖1中粗線所示。

(2)工程地質(zhì)條件

本工程場地屬長江右岸Ⅲ級階地，現(xiàn)場地地面標(biāo)高變化在 21.36 m～ 32.02 m(以孔口標(biāo)高計(jì))。沿線還分布有少量孤立的水塘、魚塘、洼地等。團(tuán)山隧道段場地屬剝蝕殘山地貌及長江右岸Ⅲ級階地。整個線路地勢起伏較大，地面標(biāo)高變化在 19.00 m～ 65.96 m，線路沿線水系較發(fā)育。暗挖段自北向南依次穿越地層如下：中風(fēng)化砂巖10c-2、中風(fēng)化石英砂巖9a-2、強(qiáng)風(fēng)化泥巖9b-1、中風(fēng)化泥巖9b-2、中風(fēng)化石灰?guī)r8a-2、強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)泥巖7b-1、強(qiáng)風(fēng)化煤層7d、強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)頁巖7c-1、中風(fēng)化硅質(zhì)巖7e-2、中風(fēng)化碳質(zhì)泥巖7b-2、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖7a-2、中風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖6a-2、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖7a-2、中風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖6a-2、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖6a-1、紅黏土4-7 4-6。

3東湖團(tuán)山隧道變形監(jiān)測的實(shí)施

3.1監(jiān)測意義和目的

(1)鑒于團(tuán)山隧道作為東湖通道工程中暗挖型隧道的復(fù)雜性，土建施工可能會對周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響甚至破壞，如產(chǎn)生裂縫、錯位、沉陷、傾斜和坍塌等，因此在工程施工期間不僅要考慮到工程自身的安全，同時也要考慮到周邊環(huán)境的安全和穩(wěn)定。

(2)在土建施工過程中對周邊環(huán)境、工程自身關(guān)鍵部位及圍巖實(shí)施獨(dú)立、公正的監(jiān)測，基本掌握周邊環(huán)境、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系和圍巖的動態(tài)，驗(yàn)證施工方的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為建設(shè)單位、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工單位提供參考依據(jù)，也為整個隧道工程的安全保駕護(hù)航。

(3)為建設(shè)管理單位對東湖通道重點(diǎn)工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理提供支持，通過安全監(jiān)測、安全巡視和安全風(fēng)險(xiǎn)咨詢管理服務(wù)工作，較全面地掌握各工點(diǎn)的施工安全控制程度，為信息管理平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對施工過程實(shí)施全面監(jiān)控和有效控制管理。

(4)作為獨(dú)立的監(jiān)測方，其監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)分析資料可成為處理風(fēng)險(xiǎn)事務(wù)和工程安全事故的重要參考依據(jù)。

3.2監(jiān)測項(xiàng)目及預(yù)警方法

根據(jù)位移控制基準(zhǔn)，位移管理按表2分為三個等級：

注：U——實(shí)測位移值。

①當(dāng)量測位移U小于U0/3，表明圍巖穩(wěn)定，可以正常施工；

②當(dāng)量測位移U大于U0/3并小于2U0/3時，表明圍巖變形較大，應(yīng)密切圍巖動向，可采取一定的加強(qiáng)措施，如加密、加長錨桿等；

③當(dāng)量測位移U大于2U0/3時，表明圍巖變形很大，應(yīng)立即停止掘進(jìn)，并采取特殊的加固措施，如超前支護(hù)、注漿加固等。

④當(dāng)實(shí)測最大位移值或預(yù)測最大位移值不大于2U0/3時，可以認(rèn)為初期支護(hù)達(dá)到基本穩(wěn)定。

3.3監(jiān)測斷面布置

4東湖團(tuán)山隧道變形監(jiān)測對施工的指導(dǎo)

4.1團(tuán)山隧道邊坡地表位移沉降監(jiān)測

如圖4中，團(tuán)山隧道地表下沉測點(diǎn)斷面布設(shè)在左右洞的洞口段、在施工中可能產(chǎn)生塌陷之處(尤其是進(jìn)出洞的淺埋地段)，對隧道施工有影響的偏壓段或洞身淺埋段。洞口和淺埋段每個斷面至少12個測點(diǎn)，斷面間距 5 m～ 10 m。

以位于樁號K8+010處的團(tuán)山隧道地表沉降監(jiān)測NS斷面為例，從2014年4月4日～2015年3月3日，最大累計(jì)沉降量為位于隧道右洞中線附近的NS09號點(diǎn)的 101.1 mm，從下圖中可以看出，隨著隧道開挖面的推進(jìn)，支護(hù)的跟進(jìn)及時，地表監(jiān)測點(diǎn)的沉降速度和累計(jì)變化呈現(xiàn)由快到慢的趨勢，遠(yuǎn)離開挖面的地表沉降曲線趨于收斂。并且，隨著含水量的增加，地質(zhì)圍巖情況會有所變化，應(yīng)在開挖隧道中注意加強(qiáng)施工質(zhì)量，及時控制圍巖變形，減小圍巖擾動，特別在武漢這樣的雨季頻發(fā)的城市，應(yīng)該更加注意地表水的入滲。

NS斷面最大沉降測點(diǎn)為右洞中線的NS09號測點(diǎn)，最大累計(jì)沉降量為 101.1 mm，左洞頂部邊坡沉降量較上月增長變緩，但左洞洞頂附近的NS02點(diǎn)累計(jì)沉降量 74.9 mm，觸及允許值范圍(40 mm)，NS01點(diǎn)累計(jì)沉降量 60.0 mm，觸及允許值范圍(40 mm)，NS12點(diǎn)累計(jì)沉降量 52.9mm，觸及允許值范圍(40 mm)，需引起各方高度重視。

4.2團(tuán)山隧道拱頂下沉及水平收斂監(jiān)測

(1)截止最近90天的數(shù)據(jù)，團(tuán)山隧道左線1#、2#、3#和4#導(dǎo)洞共埋設(shè)44個拱頂下監(jiān)測點(diǎn)。至3月12日拱頂下沉監(jiān)測結(jié)果顯示，最大拱頂沉降量發(fā)生在團(tuán)山隧道埡口左線南側(cè)1#和2#導(dǎo)洞，里程為K8+277，累計(jì)沉降量為 55.0 mm，是否繼續(xù)變化有待進(jìn)一步監(jiān)測。

(2)團(tuán)山隧道埡口左線收斂測線目前埋設(shè)有26條。最大累計(jì)收斂量位于K7+966斷面，A-A′累計(jì)收斂量為 -52.6 mm。左線1#、2#和3#、4#導(dǎo)洞內(nèi)K8+200、K8+210、K8+223、K8+232、K8+248、K8+255、K8+262、K8+272、K8+277、K8+282、K8+287、K7+983、K7+966、K7+958、K7+952、K7+946、K7+931、K7+915、K7+878、K7+870和K7+838處的斷面收斂變形量較大，速率超過預(yù)警值，望施工方加強(qiáng)重視，及時處理加固。

(3)團(tuán)山隧道埡口左線南側(cè)1#和2#導(dǎo)洞內(nèi)拱頂下沉最大為K8+277斷面，累計(jì)沉降量為 55.0 mm，按照U0取 40 mm的情況屬于Ⅰ級位移管理等級，水平收斂最大值為K7+966斷面A-A′，累計(jì)收斂量為 -52.6 mm，按照U0取 20 mm的情況屬于Ⅰ級位移管理等級，應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

(4)截至目前團(tuán)山隧道埡口左側(cè)開挖接近出口，施工逐步開展，沉降量較上周有所增加，K8+022、K7+983、K7+966、K7+958、K7+952、K7+946、K7+931、K7+915、K7+878、K7+870和K7+838樁號的拱頂下沉或累計(jì)水平收斂均超過預(yù)警值，建議施工方加強(qiáng)臨時仰拱的布設(shè)和注意開挖進(jìn)度，采取加強(qiáng)鎖腳錨桿的施工和相關(guān)區(qū)域防護(hù)等措施，并需引起各方高度重視，如表3所示。

以位于樁號K8+022處的團(tuán)山隧道埡口左線北側(cè)斷面為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，得到如圖5所示。

5東湖團(tuán)山隧道變形監(jiān)測建議

根據(jù)目前團(tuán)山隧道監(jiān)測結(jié)果及現(xiàn)場巡視觀察，結(jié)合整個施工情況，從安全角度給出如下建議：

(1)地表沉降：由于隧道屬于超淺埋，且圍巖較弱，洞室開挖對地表沉降影響較大，左線隧道東側(cè)出洞口圍巖風(fēng)化較為嚴(yán)重，導(dǎo)致沉降量較大。洞口地表沉降年分析曲線顯示受開挖影響，隨著開挖推進(jìn)大部已趨于穩(wěn)定，說明在洞口 10 m范圍內(nèi)是洞口穩(wěn)定主要考慮區(qū)域，應(yīng)注意適當(dāng)控制施工開挖對洞口的影響。

(2)拱頂下沉：洞口部分拱頂下沉較小，隨著施工推進(jìn)，下沉不斷增大，說明進(jìn)洞采用大管棚的方案是合理的。當(dāng)拱頂下沉增大到 30 mm左右后，基本保持不變。監(jiān)測結(jié)果顯示，左線隧道下行線進(jìn)口段拱頂下沉隨著進(jìn)尺的增加不斷增大，是由于洞口埋深較淺，隨著開挖前進(jìn)埋深不斷增大，作用在拱頂?shù)暮奢d不斷增加，從而導(dǎo)致拱頂下沉量不斷增加。

6結(jié)論

通過這一年以來對東湖通道團(tuán)山隧道暗挖段的監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)分析，及時獲取了圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，為合理確定二次襯砌施工時機(jī)提供了可靠的依據(jù)，積累資料和經(jīng)驗(yàn)，為今后的同類工程設(shè)計(jì)提供類比依據(jù)。

(1)將每次采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算后進(jìn)行擬合分析，估算圍巖最終變形量，并結(jié)合監(jiān)測所得總的收斂值與周邊允許變形值相比較作輔助判斷，從而可以檢驗(yàn)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)及圍巖的穩(wěn)定性。

(2)經(jīng)實(shí)測與研究表明，通過對拱頂下沉和周邊收斂的監(jiān)控量測可實(shí)現(xiàn)對隧道內(nèi)空變形的有效監(jiān)控，監(jiān)測數(shù)據(jù)反映的規(guī)律能較合理地代表圍巖變形過程及發(fā)展趨勢。

(3)團(tuán)山隧道最佳二次襯砌時機(jī)應(yīng)在圍巖產(chǎn)生適量變形并在發(fā)生松動破壞之前，即將圍巖變形過程中的微小變形通過量測的結(jié)果及時反饋，對變形較大的地段發(fā)出預(yù)警，才能保證施工安全，起到指導(dǎo)施工和優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

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Study on Deformation Monitoring In Shallow-buried and Depth and Subsurface Excavation Tunnels of City

Yu Zhiqi1，Yang Linsong2，F(xiàn)u Xiaomin1，Wang Jianqiang3

(1.Wuhan Municipal Engineering Design & Research Institute Co.，Ltd. Wuhan 430015，China；2.Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co.，Ltd，Wuhan 430010，China；3.Faculty of Geomatic，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China)

Key words：tunnel；deformation monitoring；liner；wall rock

Abstract：This paper primarily studies the issue of deformation monitoring in the construction process of shallow-buried and depth and subsurface excavation Tunnels. It introduces the prospect of the tunnel development，the important role that the tunnel deformation monitoring has played in the construction process as well as the study actuality of the tunnel monitoring technology. Taking the deformation monitoring Tuanshan of east lake tunnel as an example，It demonstrates the important role of the deformation monitoring in ensuring the safe construction of the tunnel.

文章編號：1672-8262(2016)03-130-04

中圖分類號：P258，TU196.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

*收稿日期：2016—02—18

作者簡介：余志奇(1982—)，男，高級工程師，主要從事市政工程測量及變形監(jiān)測方面的工作。

基金項(xiàng)目：江西省教育廳青年基金項(xiàng)目(GJJ12394)；東華理工大學(xué)博士科研啟動基金項(xiàng)目(DHBK201114)；地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(11-01-01)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41304020)；企事業(yè)單位委托科技項(xiàng)目(ZR201300060)