變形監測在城市淺埋暗挖隧道施工中的應用

余志奇，楊林松，付小明，王建強

(1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢　430015；2.長江空間信息技術工程有限公司(武漢)測繪信息工程院，湖北 武漢　430010；3.東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌　330013)

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變形監測在城市淺埋暗挖隧道施工中的應用

余志奇1*，楊林松2，付小明1，王建強3

(1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢430015；2.長江空間信息技術工程有限公司(武漢)測繪信息工程院，湖北 武漢430010；3.東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌330013)

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

關鍵詞：變形監測；隧道；襯砌；圍巖

1引言

近幾年來，隨著武漢市經濟實力增強和城市規劃規模的擴大，武漢市進入了城市建設快速發展的時期，為緩解城區日益增長的交通壓力，武漢市對主骨架路網進行了規劃調整，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點交通。東湖通道為武漢市武昌大東湖地區的重點道路交通工程，對完善區域路網結構與緩解交通擁堵等方面具有重大作用。同時，通道兼有環境、景觀、文化功能，對加強東湖景區環境保護，促進東湖景區利用與開發，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險性大于明挖工程，作為整個東湖通道工程中唯一的暗挖隧道，對團山隧道施工進行監控量測的重要性不言而喻。隧道監測作為施工工序中不可缺少的內容，它不僅監測各施工階段圍巖和支護動態，確保施工安全，而且可為調整初期支護設計參數，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，加強監測頻率，及時反饋信息，以指導分步施工，優化施工步長。因此，為全面提高東湖隧道工程質量，加強隧道施工期間監測極為必要。

2東湖團山隧道的項目概況

(1)工程概況

東湖通道工程規劃北起二環線紅廟立交與二環線水東段對接，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方式，其中穿東湖隧道段全長約 6.88 km，團山隧道段長約 1.22 km，地面段長約 0.70 km，高架段長約 1.06 km。

本次施工監測的團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，團山隧道兩端接線處的團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。本工程區位圖如圖1中粗線所示。

(2)工程地質條件

本工程場地屬長江右岸Ⅲ級階地，現場地地面標高變化在 21.36 m～ 32.02 m(以孔口標高計)。沿線還分布有少量孤立的水塘、魚塘、洼地等。團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，地面標高變化在 19.00 m～ 65.96 m，線路沿線水系較發育。暗挖段自北向南依次穿越地層如下：中風化砂巖10c-2、中風化石英砂巖9a-2、強風化泥巖9b-1、中風化泥巖9b-2、中風化石灰巖8a-2、強風化碳質泥巖7b-1、強風化煤層7d、強風化硅質頁巖7c-1、中風化硅質巖7e-2、中風化碳質泥巖7b-2、中風化泥質粉砂巖7a-2、中風化鈣質泥巖6a-2、中風化泥質粉砂巖7a-2、中風化鈣質泥巖6a-2、強風化鈣質泥巖6a-1、紅黏土4-7 4-6。

3東湖團山隧道變形監測的實施

3.1監測意義和目的

(1)鑒于團山隧道作為東湖通道工程中暗挖型隧道的復雜性，土建施工可能會對周邊環境產生一定的影響甚至破壞，如產生裂縫、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境的安全和穩定。

(2)在土建施工過程中對周邊環境、工程自身關鍵部位及圍巖實施獨立、公正的監測，基本掌握周邊環境、圍護結構體系和圍巖的動態，驗證施工方的監測數據，為建設單位、監理、設計、施工單位提供參考依據，也為整個隧道工程的安全保駕護航。

(3)為建設管理單位對東湖通道重點工程建設風險管理提供支持，通過安全監測、安全巡視和安全風險咨詢管理服務工作，較全面地掌握各工點的施工安全控制程度，為信息管理平臺提供基礎數據，對施工過程實施全面監控和有效控制管理。

(4)作為獨立的監測方，其監測數據和相關分析資料可成為處理風險事務和工程安全事故的重要參考依據。

3.2監測項目及預警方法

根據位移控制基準，位移管理按表2分為三個等級：

注：U——實測位移值。

①當量測位移U小于U0/3，表明圍巖穩定，可以正常施工；

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

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

④當實測最大位移值或預測最大位移值不大于2U0/3時，可以認為初期支護達到基本穩定。

3.3監測斷面布置

4東湖團山隧道變形監測對施工的指導

4.1團山隧道邊坡地表位移沉降監測

如圖4中，團山隧道地表下沉測點斷面布設在左右洞的洞口段、在施工中可能產生塌陷之處(尤其是進出洞的淺埋地段)，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，斷面間距 5 m～ 10 m。

以位于樁號K8+010處的團山隧道地表沉降監測NS斷面為例，從2014年4月4日～2015年3月3日，最大累計沉降量為位于隧道右洞中線附近的NS09號點的 101.1 mm，從下圖中可以看出，隨著隧道開挖面的推進，支護的跟進及時，地表監測點的沉降速度和累計變化呈現由快到慢的趨勢，遠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，地質圍巖情況會有所變化，應在開挖隧道中注意加強施工質量，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的城市，應該更加注意地表水的入滲。

NS斷面最大沉降測點為右洞中線的NS09號測點，最大累計沉降量為 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點累計沉降量 74.9 mm，觸及允許值范圍(40 mm)，NS01點累計沉降量 60.0 mm，觸及允許值范圍(40 mm)，NS12點累計沉降量 52.9mm，觸及允許值范圍(40 mm)，需引起各方高度重視。

4.2團山隧道拱頂下沉及水平收斂監測

(1)截止最近90天的數據，團山隧道左線1#、2#、3#和4#導洞共埋設44個拱頂下監測點。至3月12日拱頂下沉監測結果顯示，最大拱頂沉降量發生在團山隧道埡口左線南側1#和2#導洞，里程為K8+277，累計沉降量為 55.0 mm，是否繼續變化有待進一步監測。

(2)團山隧道埡口左線收斂測線目前埋設有26條。最大累計收斂量位于K7+966斷面，A-A′累計收斂量為 -52.6 mm。左線1#、2#和3#、4#導洞內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，速率超過預警值，望施工方加強重視，及時處理加固。

(3)團山隧道埡口左線南側1#和2#導洞內拱頂下沉最大為K8+277斷面，累計沉降量為 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，應采取加強措施。

(4)截至目前團山隧道埡口左側開挖接近出口，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水平收斂均超過預警值，建議施工方加強臨時仰拱的布設和注意開挖進度，采取加強鎖腳錨桿的施工和相關區域防護等措施，并需引起各方高度重視，如表3所示。

以位于樁號K8+022處的團山隧道埡口左線北側斷面為例，進行數據擬合分析，得到如圖5所示。

5東湖團山隧道變形監測建議

根據目前團山隧道監測結果及現場巡視觀察，結合整個施工情況，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，左線隧道東側出洞口圍巖風化較為嚴重，導致沉降量較大。洞口地表沉降年分析曲線顯示受開挖影響，隨著開挖推進大部已趨于穩定，說明在洞口 10 m范圍內是洞口穩定主要考慮區域，應注意適當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，下沉不斷增大，說明進洞采用大管棚的方案是合理的。當拱頂下沉增大到 30 mm左右后，基本保持不變。監測結果顯示，左線隧道下行線進口段拱頂下沉隨著進尺的增加不斷增大，是由于洞口埋深較淺，隨著開挖前進埋深不斷增大，作用在拱頂的荷載不斷增加，從而導致拱頂下沉量不斷增加。

6結論

通過這一年以來對東湖通道團山隧道暗挖段的監控量測及數據分析，及時獲取了圍巖及支護結構的狀態，為合理確定二次襯砌施工時機提供了可靠的依據，積累資料和經驗，為今后的同類工程設計提供類比依據。

(1)將每次采集的監測數據計算后進行擬合分析，估算圍巖最終變形量，并結合監測所得總的收斂值與周邊允許變形值相比較作輔助判斷，從而可以檢驗隧道支護結構的工作狀態及圍巖的穩定性。

(2)經實測與研究表明，通過對拱頂下沉和周邊收斂的監控量測可實現對隧道內空變形的有效監控，監測數據反映的規律能較合理地代表圍巖變形過程及發展趨勢。

(3)團山隧道最佳二次襯砌時機應在圍巖產生適量變形并在發生松動破壞之前，即將圍巖變形過程中的微小變形通過量測的結果及時反饋，對變形較大的地段發出預警，才能保證施工安全，起到指導施工和優化設計的目的。

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

Yu Zhiqi1，Yang Linsong2，Fu 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

文獻標識碼：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測方面的工作。

基金項目：江西省教育廳青年基金項目(GJJ12394)；東華理工大學博士科研啟動基金項目(DHBK201114)；地球空間環境與大地測量教育部重點實驗室開放基金資助項目(11-01-01)；國家自然科學基金項目(41304020)；企事業單位委托科技項目(ZR201300060)