城市山嶺隧道淺埋偏壓段沉降監(jiān)測與治理

摘 要：本文以深圳市龍瀾大道北延段工程山嶺隧道段為背景，該隧道施工中局部受淺埋、偏壓以及軟弱圍巖等不利影響，如果處理不當(dāng)，就容易引起隧道塌方冒頂、結(jié)構(gòu)變形等病害，對施工人員及機(jī)械的安全造成威脅。本文通過隧道沉降、收斂監(jiān)測，采用超前支護(hù)、地表注漿以及合理優(yōu)化施工工序等輔助施工措施以增強(qiáng)安全性。研究表明，在大斷面淺埋偏壓隧道中，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法更優(yōu)越，同時(shí)通過采取地表注漿、合理安排施工步序等輔助措施，可嚴(yán)格控制隧道拱頂沉降與凈空收斂，以消除淺埋、偏壓造成的不利影響，為類似工程地質(zhì)條件下的隧道進(jìn)洞施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：淺埋偏壓；雙側(cè)壁導(dǎo)坑；監(jiān)控量測；偏壓處理

中圖分類號：U 416 " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在城市山嶺隧道開挖施工中，特別是在深圳沿海復(fù)雜地質(zhì)的條件下，強(qiáng)風(fēng)化砂巖地區(qū)淺埋偏壓會對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不利影響。圍巖開鑿時(shí)的應(yīng)力釋放、拱頂垂直位移、隧道凈空收斂等都會表現(xiàn)出顯著的非對稱性變化。如果監(jiān)控量測工作不細(xì)致，偏壓處理方法不當(dāng)，偏壓隧道的圍巖變形幅度比一般隧道大，就會影響隧道的初期支護(hù)及二次襯砌的質(zhì)量和安全。結(jié)合廣東深圳市龍瀾大道北延段一段雙幅四車道分離式隧道，通過對該工程施工監(jiān)控量測資料分析，研究淺埋、偏壓對隧道的影響及主要處置措施。通過選取其隧道左線出口端洞口處作為典型斷面，進(jìn)行拱頂沉降及凈空收斂監(jiān)控，歷時(shí)6個(gè)月，提出適合該隧道施工的施工方法與安全措施，得出的結(jié)論對于類似的項(xiàng)目可以起到參考作用。

1 現(xiàn)場監(jiān)控量測

1.1 工程背景

章閣隧道為明挖下沉式+暗挖，隧道全長890m（雙線平均），隧道左線含山嶺暗挖段369m，右線含山嶺暗挖段329m。暗挖段最大埋深37m，最小埋深2m，地層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，該隧道工程特點(diǎn)為Ⅴ級圍巖、淺埋、偏壓以及小凈距。拱形暗挖隧道開挖斷面尺寸：四車道開挖斷面面積284.6㎡，寬度23.43m，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，分9個(gè)導(dǎo)洞。隧道暗洞襯砌全部采用新奧法原理施工，支護(hù)體系結(jié)構(gòu)全部采用復(fù)合式襯砌[1]，即錨桿、鋼拱架、噴射混凝土作為初期支護(hù)，采用模筑混凝土或鋼筋混凝土進(jìn)行二次襯砌，土工布和防水板敷設(shè)于二次襯砌之間；此外，采取超前支護(hù)等輔助施工措施，對洞口段和淺埋、偏壓、圍巖較破碎的斷層破碎帶等進(jìn)行加固，保障其安全。

1.2 監(jiān)控?cái)嗝娴牟荚O(shè)

1.2.1 測點(diǎn)布置原則

沿隧道縱向每5m一個(gè)斷面。

1.2.2 測點(diǎn)的制作

測點(diǎn)由基座和反射膜片組成，基座由5cm鋼板及?22mm長30cm的鋼筋焊接而成。

1.2.3 監(jiān)測儀器

徠卡TZ08全站儀，反射片。

1.2.4 監(jiān)測實(shí)施

1.2.4.1 測點(diǎn)埋設(shè)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，當(dāng)初支拱頂測點(diǎn)埋設(shè)時(shí)，應(yīng)在掌子面開挖出碴完畢后，當(dāng)拱架架立時(shí)，將預(yù)埋件焊接至拱頂，待該環(huán)砼噴射完畢牢固后，將預(yù)埋件上砼清除干凈后，即可進(jìn)行量測。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂沉降點(diǎn)與地表沉降點(diǎn)應(yīng)互相對應(yīng)，以便進(jìn)行對比。埋設(shè)示意圖如圖1所示。

1.2.4.2 量測方法

初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂沉降采用全站儀三角高程法測量其絕對高程，凈空收斂監(jiān)測通過全站儀測量每對測線2個(gè)測點(diǎn)間的距離，均與初始值對比，計(jì)算隧道初支結(jié)構(gòu)變形情況。

1.2.4.3 數(shù)據(jù)處理與分析

量測后應(yīng)繪制位移—?dú)v時(shí)曲線，當(dāng)變化速率發(fā)生突變時(shí)，應(yīng)立即對各種量測信息進(jìn)行綜合分析，判斷施工中出現(xiàn)的問題，并及時(shí)采取保障施工安全的對策。

1.3 量測數(shù)據(jù)分析

1.3.1 拱頂沉降數(shù)據(jù)分析

2023年2月25日監(jiān)測工作開始，此時(shí)，洞口只進(jìn)行1號導(dǎo)洞上臺階開挖。2023年9月3日，實(shí)測監(jiān)測斷面拱頂沉降隨時(shí)間變化關(guān)系如圖2所示，反映了隧道拱頂圍巖在隧道初期支護(hù)施工前后發(fā)生變形的特點(diǎn)。圖2顯示，各區(qū)段各測點(diǎn)均出現(xiàn)了連續(xù)、穩(wěn)定的沉降發(fā)展態(tài)勢。觀測期間，測點(diǎn)差異沉降累計(jì)量最大值約-19.60mm，各斷面拱頂最大沉降速率及其對應(yīng)日期見表1。

1.3.2 凈空收斂數(shù)據(jù)分析

圖3是各斷面的周邊收斂曲線。各斷面內(nèi)各測點(diǎn)總體呈現(xiàn)收斂持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的趨勢。觀測期內(nèi)，測點(diǎn)的差異收斂最大值為+18.02mm[1]；其中，5號導(dǎo)洞各凈空收斂監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)變化量均在控制值范圍內(nèi)。各斷面最大凈空收斂變化及其對應(yīng)日期見表2。

2 偏壓處理

2.1 處理原則

本隧道跨度大，左右洞凈距小，且洞口段有較大偏壓，在施工小凈距偏壓段的過程中，為防止坡腳掏空而導(dǎo)致內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)變形，應(yīng)將山體外側(cè)（即埋深淺的一側(cè)）隧道作為先行洞，山體內(nèi)側(cè)隧道（即埋深大的一側(cè)）隧道作為后行洞。受凈距較小限制，左右洞明暗交接面設(shè)置在同一位置，因此右洞仰坡較高，為保證邊仰坡及暗洞洞口段的穩(wěn)定性，應(yīng)待地表注漿加固完成后，隧道出口段方可進(jìn)行洞口明洞及暗洞施工，且應(yīng)先施工明洞，在明洞結(jié)構(gòu)和洞頂回填施工完成后，再進(jìn)行暗洞施工。

同時(shí)采取如下強(qiáng)化支護(hù)措施： 1）對圍巖進(jìn)行注漿加固，尤其是對靠山一側(cè)的巖壁進(jìn)行注漿加固，通過漿液固結(jié)，在偏壓作用下形成能夠減少側(cè)移的整體受力結(jié)構(gòu)，并通過管棚注漿，當(dāng)向前掘進(jìn)時(shí)防止地表坍塌。2）嚴(yán)格控制裝藥量，減少爆破開挖時(shí)對圍巖造成的擾動。3）對拱腳基礎(chǔ)進(jìn)行加固，防止隧道墻壁因基底下沉而拉裂。4）反壓抗力，包括增加二次襯砌厚度和采取回填隧道棄碴反壓洞外坡面等。

2.2 地表注漿

地表注漿導(dǎo)管尾部至開挖輪廓線距離為50cm，注裝管間距1.5m×1.5m，“梅花”形布置，注漿采用水泥漿體，水灰比1∶1，注漿壓力0.5MPa～1.0MPa。

2.3 進(jìn)洞順序

2.3.1 四車道初支施工步序

四車道初支施工步序如下：1）施作洞室1（靠山體外側(cè)）超前小導(dǎo)管，注漿加固地層。開挖洞室1土體，施作拱部支護(hù)及臨時(shí)中隔壁、臨時(shí)仰拱[2]，采用鎖腳錨桿加固墻腳。2）1號洞室超前4號洞室2～3m，施作4號洞室超前小導(dǎo)管，注漿加固地層，開挖洞室4土體，施作拱部支護(hù)及臨時(shí)中隔壁、臨時(shí)仰拱，采用鎖腳錨桿加固墻腳。3）1號洞室超前2號洞室3～5m，施作邊墻、臨時(shí)仰拱及臨時(shí)中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。4）4號洞室超前5號洞室3～5m，施作邊墻、臨時(shí)仰拱及臨時(shí)中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。5）2號洞室超前3號洞室3～5m，施作邊墻、仰拱支護(hù)及臨時(shí)中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。6）5號洞室超前6號洞室3～5m，施作邊墻、仰拱支護(hù)及臨時(shí)中隔壁，采用鎖腳錨桿加固墻腳。7）6號洞室前進(jìn)20～30m后，施作洞室7超前小導(dǎo)管，注漿加固地層?；⌒螌?dǎo)坑開挖7部土體，施作拱部支護(hù)、臨時(shí)仰拱。8）7號洞室超前8號洞室3～5m，開挖8部土體，施作臨時(shí)仰拱。9）8號洞室超前9號洞室3～5m，開挖9部土體，施做仰拱初支，封閉成環(huán)。施工步序如圖4所示。

2.3.2 四車道安全步距要求

四車道隧道開挖初期支護(hù)應(yīng)邊開挖邊支護(hù)，二次襯砌應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果綜合分析[3]，掌子面與二襯的距離≤70m，適時(shí)施做，采用上下臺階開挖本類型時(shí)，外側(cè)導(dǎo)洞上臺階長度至掌子面5m內(nèi)，二襯距離下臺階20m內(nèi)，后行洞掌子面距離先行洞二襯20m以上。對于存在偏壓的隧道洞口段，應(yīng)將山體外側(cè)的隧道作為先行洞，山體內(nèi)側(cè)隧道作為后行洞。

2.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是保障施工安全、指導(dǎo)各工序施作時(shí)間、合理調(diào)整結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)的重要依據(jù)，在施工中應(yīng)予以重視。根據(jù)新奧法原理對山嶺拱形暗挖隧道組織施工，加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，根據(jù)量測信息指導(dǎo)施工，及時(shí)反饋信息以修正設(shè)計(jì)，并采取應(yīng)急措施。在施工中的必測項(xiàng)目如下：洞內(nèi)、外觀察，周邊位移，拱頂下沉，地表下沉。量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)整理分析，并及時(shí)預(yù)報(bào)變位狀況，以便修改設(shè)計(jì)，或制定加強(qiáng)措施，防止坍塌[4]。另外，應(yīng)特別加強(qiáng)對中間巖柱狀態(tài)的監(jiān)控，采取工程措施，防止兩隧道中間巖柱失穩(wěn)是超小凈距平行隧道成功的關(guān)鍵。對中間巖柱采用超前預(yù)注漿和加長低預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿的兩次加固思路，以控制中壁圍巖塑性區(qū)發(fā)展，保障施工安全。

3 結(jié)語

工程實(shí)踐證明，針對山嶺隧道洞身段的淺埋偏壓問題，特別是在深圳沿海復(fù)雜地質(zhì)條件下，通過采用地表注漿加固、圍巖注漿加固和施工開挖步序優(yōu)化調(diào)整等方法，進(jìn)一步提高隧道抗偏壓能力，減少偏壓影響，防止隧道開挖時(shí)冒頂、坍塌，對隧道施工安全有較大作用。同時(shí)通過加強(qiáng)監(jiān)控量測可有效監(jiān)測偏壓淺埋對隧道拱頂沉降及凈空收斂帶來的不利影響。

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